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废水中检出新冠病毒——为城市抗疫预警

仪器信息网 2020/06/24 17:11:03 点击 3936 次
[导读] 早在2月份钟南山院士就曾发出提醒,楼房下水道可能是病毒传播的一个途径。本文通过荧光定量PCR技术和巢式PCR的检测方法,对大量废水样本进行了新冠病毒检测,为流行病学调查研究提供参考。

  新冠肺炎疫情爆发以来,对于新冠病毒传播链和溯源的探索研究一直是疫情防控的一个重要方面,北京新发地农贸市场的突发性传染事件,进一步提示我们,“人传人”和“物传人”都是有可能发生的。根据目前的流行病学研究和感染病例流行病学调查发现,新冠病毒的传播方式超乎想象。除了最常见的飞沫传播外,触摸同一物体、乘坐同一个电梯、衣物鞋底、冷鲜食品等,都有可能是传播途径。而下水道废水也是新冠病毒多个传播方式中主要的一种,需要引起高度关注。

  早在2月份钟南山院士就曾发出提醒,楼房的下水道可能是病毒传播的一个途径。6月12日,日本富山县立大学、金泽大学和京都大学的联合研究小组在MedRxiv发表了题为“Detection of SARS-CoV-2 in wastewater in Japan by multiple molecular assays-implication for wastewater-based epidemiology (WBE)”的文章,通过基于荧光定量PCR技术和巢式PCR的检测方法,对污水处理厂收集的大量废水样本进行了新冠病毒检测,为基于废水的流行病学调查研究提供了有力参考。

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研究小组认为基于废水的流行病学(WBE))研究对COVID-19疫情的早期预警有所帮助,因为WBE能够覆盖无症状感染人群和症状出现前的感染人群,并可在没有医疗偏见的情况下预测总体疫情状况。

  3月5日到4月23日,从日本石川县和富山县的四个污水处理厂不同时间点共收集了的27份进水废水样本,而在此期间,这些县的新冠肺炎确诊病例从几乎无确诊病例增加到每10万人中约20例。各样本中的SARS-CoV-2 RNA通过RT-qPCR和RT-巢式PCR的方法检测,以对结果进行双重验证,并分析新冠病毒在废水中的阳性检出率与当地确诊病例数之间的相关性。

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  图1. 实验总体技术路线

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  图2. RT-qPCR和RT-巢式PCR实验所采用的引物探针信息

  在RT-qPCR实验中,为了确保检测结果的准确性,实验人员制备了含有新冠病毒靶序列的阳性标准品并按照10倍梯度稀释获得系列阳性标准品(浓度范围为1.0×100至1.0×106拷贝/反应),进行荧光定量PCR扩增后得到标准曲线。实验结果表明,每次qPCR检测1.0×101 拷贝/反应的标准品都显示阳性,NTC均为无Ct值,说明每次qPCR检测的定量检出限至少在1.0×101 拷贝/反应,而且即使低于1.0×101 拷贝/反应的样品,也可有效检出(有Ct值)。如果废水样本的Ct值结果对应于>1拷贝/反应,则可以认定该样本为SARS-CoV-2阳性。

  根据研究发现,当每10万人中确诊病例达到1-100例时,在城市废水中就能检测到SARS-CoV-2。当每10万人中确诊的SARS-CoV-2病例总数低于10时,SARS-CoV-2的检出率较低(20份样本中3份阳性),而当每10万人中确诊的SARS-CoV-2病例总数超过10例时,阳性的检出率就会明显提高(7份样本中有4份阳性)。研究的结果还表明,每10万人的病例数低于1时SARS-CoV-2在废水样品中也有可能检出,只是检出率明显变低。

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  图3. 新冠病毒每10万人的确诊病例数与废水中阳性检出率的相关性

  考虑到确诊病例数不一定反映该时间点的实际感染患病情况,作者提出废水阳性检出情况应该与实际感染患病病例的相关性更好,后续计划将进一步积累感染病例数与废水浓度之间关系的数据,以便为新冠疫情的预警和监控提供更多有效的信息。

  与咽拭子、唾液、血液、肺泡灌洗液等病人样本相比,城市废水因其杂质多、病毒含量低而大大增加了病毒有效检测的难度。在此次研究中,日本研究小组选择德国耶拿公司的高灵敏度荧光定量PCR仪qTOWER3来进行废水中新冠病毒的检测,在如此苛刻的实验条件下,qTOWER3不仅检测结果准确稳定,更是发挥灵敏度高的优势,获得低至几个拷贝/反应的检测结果。

  从城市废水中检测新冠病毒浓度,并结合当地人口和患病病例情况进行相关性分析,以期找出一些有效信息来为防疫预警提供参考,日本学者的这种流行病学调查方式值得借鉴。

  文章的原文链接:

  https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.06.09.20126417v2



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