水环境中的冠状病毒

在过去几个月里，IWA国际水协会公众号已经和读者跟踪报道过世界各地的污水厂相继检出新冠病毒的RNA遗传物质，并且介绍了污水中的新冠病毒的检测方法，以及污水流行病学的概况。最近，国际水协会旗下期刊《Water Research》又刊登了一篇了关于水环境中的冠状病毒的综述文章，对有关污水和饮用水等水环境中的冠状病毒的现有知识进行了汇总。在本期微信推送里，我们将对其主要内容进行概述。
基本论点

总来的说，水中的冠状病毒并不稳定，因为氯和高温都会使它失活。

论证摘要
  • 新冠病毒对氧化剂特别敏感，例如氯，因为氯会对它包膜有溶解作用
  • 带包膜的冠状病毒在水中的失活速率远快于其他无包膜的水生病毒
  • 温度显著影响病毒存活（冠状病毒在23–25°C时的滴度远低于4°C时的值）；
  • 地表水和地下水均尚未发现活性冠状病毒，也不会经过受污染的饮用水传播；
  • 下一步研究方向是参考现有的无包膜病毒的采样和浓缩方法来开发带包膜的冠状病毒的检测方法。
研究素材
本文五位作者分别任职于意大利环境与健康部、食品安全营养与兽医公共卫生部和非洲喀麦隆兽医部。他们相对目前所有关于水环境中的冠状病毒的研究数据进行一个全面的系统性统计。他们对PubMed、EMBASE和Web Science Core Collection三个电子数据库的文献进行了关键字搜索，得到了12篇符合他们的标准的文献，并以这12篇文献作为这篇综述文章的数据基础。
作者主要考察内容有三个方面，包括对冠状病毒在水环境中的持久性/存活率、病毒出现的来源和处理回收冠状病毒的方法。文献显示目前出现冠状病毒的水环境来源主要有四种，包括市政污水(污泥)、医院废水、自来水和尿液。
病毒按外形可以分为有包膜和无包膜两类。经水传播途径的病毒主要是肠道病毒，它属于无包膜病毒，可以在人的胃肠道中繁殖。它们主要负责胃肠道疾病，但也可能导致多种其他疾病，例如结膜炎、呼吸道症状、病毒性肝炎、中枢神经系统感染。最重要的水生肠道病毒杯状病毒科（诺如病毒Norovirus）、皮科病毒科（肠病毒Enterovirus和甲型肝炎病毒Hepatitis A virus）和腺病毒科（腺病毒Adenovirus）。这些病毒主要通过被感染者的粪便排泄（偶尔在尿液中有低浓度存在）。几乎所有类型的水中都检测到它们的存在，包括废水、海水、淡水、地下水和饮用水，其爆发主要跟水体受污染有关。
资料显示，有包膜病毒在水环境的行为表现和无包膜病毒有较大差别。有包膜病毒包括了正粘病毒科（如流感病毒）、副粘病毒科（麻疹病毒、腮腺炎病毒、呼吸道合胞病毒等）、疱疹病毒科、冠状病毒科和其他几种病毒。在有包膜病毒中，冠状病毒（CoV）属于单链正义RNA病毒。目前冠状病毒可分为4类，包括alpha、beta、gamma和delta，当中前两类能感染人类，2003年的SARS冠状病毒和2012年的MERS冠状病毒都属于beta类，并可能源自蝙蝠。目前还没证据显示这些冠状病毒通过水传播，尽管有报告显示在感染患者的粪便中检测到病毒，后者最多表明粪-口接触是可能传播途径。
冠状病毒带包膜，呈圆形，直径约为120nm。有包膜病毒的生命周期涉及多个方面，例如组装、包膜形成和发病。包膜内部是含有核蛋白和RNA基因组的螺旋衣壳。下图是新冠病毒SARS-CoV-2的结构简图，是源自瑞士生物信息研究所专有的病毒属和家族资源库的图片。它的存活方式有别于其他经水传播的肠道病毒，主要通过呼气、喷嚏和咳嗽产生的飞沫传播。
冠状病毒在水环境中的持久性

目前的病毒学研究显示，在粪便污染的水中，无包膜更为常见，例如下图的诺如病毒(Norovirus)、甲型肝炎病毒(Hepatitis A)、轮状病毒(Rotavirus)等。有包膜病毒(疏水性更强)在水相环境中的存活时间远短于无包膜病毒，而目前已被发现的人类冠状病毒均属于有包膜病毒。

图. 粪便污染的废水中常见的病毒种类 | 图源：KWR
图. 在粪便中检出的有包膜的病毒种类 | 图源：KWR
该综述文献通过下表总结了冠状病毒在水环境中的持久性和存活情况：
上表中的四篇文献分别对SARS冠状病毒、可感染人的冠状病毒229E和两种动物冠状病毒在不同属性的水环境的存活时间进行了统计。数据显示，冠状病毒在低温(4°C)的存活时间更久，但它对氯的抵抗性低于细菌。这些数据反过来证明为什么专家们说目前的水消毒方法（包括饮用水、废水和游泳池水）对冠状病毒是有效的，因为它们本来是针对非包膜病毒和细菌的。
研究可靠性
遗憾的是，受统计日期(2月23日)和文献量所限，作者指出目前的证据还相对缺乏，例如并没有关于地域分布的特点描述，所以现有的收集和富集这些病毒的方法可能并不是最优方法。另外关于SAR-CoV-2在水环境的数据还相对缺乏，所以这篇综述研究的参考意义也相当有限。但这也从侧面反映了，我们目前对这个新出现的病毒还知之甚少，我们应该用开放的态度接受各种新的信息的传入。

图. 系统性文献搜索筛查流程

拓展阅读
在座可能会问：既然这篇综述存在时空的局限性，那么有没有其他资料值得参考呢？我们特意为热心的读者整理了以下资料供各位参考：
1. 水环境中可能影响人类健康的冠状病毒的出现的研究

  • Excretion and detection of SARS coronavirus and its nucleic acid from digestive system. World J. Gastroenterol. 2005 Jul 28;11(28):4390–4395.

  • Glass wool concentration optimization for the detection of enveloped and non-enveloped waterborne viruses. Food and Environmental Virology. 2019;11:184–192.

  • Viral metagenome analysis to guide human pathogen monitoring in environmental samples. Lett. Appl. Microbiol. 2011;52:386–392.

  • Identification of viral pathogen diversity in sewage sludge by metagenome analysis. Environmental Science & Technology. 2013;47:1945–1951.

  • Comparative study of viromes from freshwater samples of the Ile-Balkhash region of Kazakhstan captured through metagenomic analysis. VirusDis. 2017;28:18–25. doi: 10.1007/s13337-016-0353-5.

2. 水环境中的冠状病毒的持久性和存活情况

  • Study on the resistance of severe acute respiratory syndrome-associated coronavirus. J Virol Methods. 2005 Jun;126(1–2):171–177.

  • Survival of surrogate coronaviruses in water. Water Res. 2009;43:1893–1898.

  • Survival of coronaviruses in water and wastewater. Food Environ Virol. 2019;1(1):10. 2009.

  • Survivability, partitioning, and recovery of enveloped viruses in untreated municipal wastewater. Environ. Sci. Technol. 2016;50(10):5077–5085. doi: 10.1021/acs.est.6b00876.

如果你还是嫌上述文献对新冠病毒的参考意义不大的话，我们也建议各位浏览Covid19Waterblog这个博客，网址如下：

https://covid19waterblog.wordpress.com/

这个网站主要是几个澳大利亚的学者搭建的博客，在那里你将了解关于水环境的新冠病毒的最新动态，而且会看到很多很有趣的研究角度，例如有人研究水上乐园等游乐设施是否是新冠病毒传播的潜在途径。

参考文献

  1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004313542030436X?via%3Dihub
  2. https://covid19waterblog.wordpress.com/2020/06/02/coronavirus-in-water-environments-occurrence-persistence-and-concentration-methods-a-scoping-review/

国际水协会（IWA）官网 www.iwa-network.org

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