数字PCR应用——污水中流感病毒监测

导读

由流感病毒引起的急性呼吸道传染病每年会呈季节性流行。中国国家流感中心发布的2024年第14周中国流感监测周报显示，近期甲流、乙流的来势比较凶猛。如何快速检测流感病毒种类并预测其传播趋势是各国研究者共同关注的热点。瑞士苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系、巴塞尔城市州立实验室环境微生物学系和巴塞尔州卫生局的研究者在SWISS MED WKLY发表了题为Influenza transmission dynamics quantified from RNA in wastewater in Switzerland的文章。作者使用naica®微滴芯片数字PCR系统量化了瑞士三家最大的污水处理厂流入的甲型和乙型流感病毒（IAV和IBV）载量，估算了监测时间内这些区域的感染发病率和有效生殖数（Re）的趋势，并将估算结果与临床流感监测数据进行了比较。

流感疫情的发现和监测是一项至关重要但具有挑战性的任务，因为轻症和无症状病例的比例很高，其症状也容易和其他常见循环呼吸道疾病症状相混淆。因此在人群层面监测流感感染具有挑战性。流感样疾病(ILI)和实验室确诊流感病例的报告系统可用于监测流感传播的时间趋势，而在临床报告外追踪病例的方法可以改善对流感传播的动态监测。

排放到污水中的流感病毒是一个很有前景的信息来源，它能够区分具有重叠症状的疾病，并且可以捕获未报告的病例。一个社区污水样本中病原体负荷可以预示社区的疾病负担。在该研究中，作者检测了瑞士三个最大的污水处理设施中IAV和IBV的浓度

应用亮点：

▶ 使用naica®微滴芯片数字PCR系统量化了污水中甲型和乙型流感病毒（IAV和IBV）载量。

▶ 污水中流感病毒监测对瑞士IAV发病率的峰值更为敏感，与相同地理位置的确诊病例数据相比，可以得到更精确的估算结果。

▶ 首次采用统计模型从污水数据中量化了流感传播动力学。

这项研究的目的是在瑞士范围内实施污水流感监测，并估算污水中的IAV和IBV传播动力学。作者从瑞士苏黎世、日内瓦和巴塞尔（Zurich、 Geneva、Basel）的污水处理设施收集的污水样品中提取RNA用于IAV和IBV定量。先前的研究表明，污水中可检测到IAV用于研究社区传播动力学。但污水中IBV的浓度很低，经常无法检测到。作者在naica®微滴芯片数字PCR系统上使用了IABV和RESPV4两种assay，通过逆转录数字PCR(RT-dPCR) 进行病毒核酸绝对定量。IABV assay是针对IAV和IBV的双重检测。RESPV4是一种四重检测方法，可以同时定量IAV、IBV 、SARS-CoV-2核蛋白座2(N2)和呼吸合胞病毒基质蛋白(RSV)。IAV分析使用了IABV和RESPV4 两种assay的结果，而IBV在IABV assay中阴阳性微滴分离度不够，只使用了RESPV4 assay的检测结果。

实验结果：

在检测时间范围内，作者能够在超过90%的采样日检测到污水中的IAV(苏黎世37/38天，从日内瓦39/42天，从巴塞尔45/50天。在污水中检测到IBV的频率较低(苏黎世7/35天，日内瓦9/33天，巴塞尔1/50天)。污水负荷数据和每周确诊病例数据都表明，每个集水区都有一个或多个IAV爆发高峰(图A)。区域层面的确诊病例数据比全国ILI（流感样疾病）更好地与污水检测值相对应 (图B)。

▲图.污水与临床监测流感数据的比较。(A)用于估计Re的两个数据源。蓝色：污水检测流感平均值(点)和范围(误差线)。没有检测到病毒的天数显示为交叉点。红色：每周报告确诊病例数连接的折线。(B)同期全国每周流感样疾病发病率(橙色)和经校正的流感样疾病拭子每周流感阳性率(棕色)。

结论：

在这项工作中，作者提出了基于污水病毒载量的流感传播动力学量化的概念证明结果，能够在瑞士三个最大的污水集水区估计感染发病率的趋势。作者通过naica®微滴芯片数字PCR系统定量了IAV的有效繁殖数量，也可检测到低浓度IBV。综合起来，这些数据与确诊病例数据相比，描绘了不同的流感爆发动态，基于污水的动态变化更好地符合研究时间范围内SARS-CoV-2变种造成的人口流动限制带来的流感感染趋势。

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