污水监测：追踪新冠病毒及其他呼吸道病原体的新利器

随着科技的不断进步，人们在疾病监测和预防上也有了更多的选择。近年来，污水监测作为一种新兴的方法被广泛应用于疾病监测领域。通过分析污水中的病原体，可以及早发现并追踪疾病的传播情况。特别是在面对像新冠病毒(SARS-CoV-2)这样的传染病时，污水监测不仅可以及早发现病毒存在的地区，还能为公共卫生决策提供重要数据。

SARS-CoV-2是全球范围内广泛传播的呼吸道病毒。传统的疫情监测方法主要依赖于个体的临床诊断，但这种方法存在报告时间滞后，依赖大量医疗资源投入以及难以及时监测病毒隐匿传播的局限性。然而，研究表明，SARS-CoV-2存在于感染者排泄的粪便中，并通过污水排放到环境中[1]。因此，利用污水监测可以更加高效地追踪和监测新冠病毒的传播情况。

污水监测SARS-CoV-2及其他呼吸道病原体的原理是收集污水样品，并使用特定的分子生物学技术检测其中的病毒遗传物质。这种方法可以在一个区域范围内监测大量人群的感染情况，无需对每个个体进行单独的测试。研究表明，污水监测可以提前数天或数周发现疫情爆发，为疫情防控提供宝贵的时间窗口[2]。

除了SARS-CoV-2，污水监测还可以用于追踪其他呼吸道病原体的传播情况。例如，流感病毒[3]、鼻病毒[4]、季节性冠状病毒[5]等多种病原体都可以通过呼吸道排泄物进入污水系统。通过对污水样品进行检测，可以及早了解这些病原体在社区或城市范围内的传播情况，从而采取相应的措施进行疫情防控。

主要技术方法

污水监测主要依赖于分子生物学技术，尤其是PCR技术的应用。具体步骤如图1所示：

**采样：**从污水处理厂进水口或城市下水道中采集污水样品并低温运输。

**浓缩：**将采集到的样品进行浓缩处理，以提高病原体的检测灵敏度。

**提取核酸：**利用核酸提取试剂盒从浓缩后的样品中提取出核酸，其中包括病原体的RNA。

**荧光定量PCR检测：**使用病原体的特异性引物和探针进行PCR反应，扩增并检测样品中的相应病原体的核酸。

**数据分析：**对PCR反应结果进行数据分析，确定样品中是否存在相应病原体的核酸，并据此评估社区中的感染情况。

图 1污水病毒检测的技术流程（图片选自Zhang et al. 2022. Science of The Total Environment）[6]

主要应用

污水监测在疫情监测和公共卫生管理中具有广泛的应用价值。具体应用场景如图2所示：

**群体监测：**污水监测可以在一个区域范围内对大量人群进行监测，尤其适用于人口密集的城市环境。这样可以更早地发现和控制疫情的传播。

图 2污水监测的主要应用场景（图片选自Shrestha et al. 2023. Science of The Total Environment）[7]

**提前预警：**由于病原体存在于排泄物中，通过污水监测可以提前数天或数周发现疫情爆发，为防控工作提供宝贵的预警时间。

未来，污水监测技术还有进一步的发展空间。例如，结合人工智能算法，可以提高病原体的检测灵敏度和准确性；同时，研究人员还可以通过病原体的遗传物质分析，了解病原体的传播路径和变异情况，为疾病控制提供更多的参考信息。

Reference

[1] AHMED W, ANGEL N, EDSON J, et al. Firstconfirmed detection of SARS-CoV-2 in untreated wastewater in Australia: A proofof concept for the wastewater surveillance of COVID-19 in the community [J].The Science of the total Environment, 2020, 728: 138764.

[2] MALLAPATY S. COVID variants found insewage weeks before showing up in tests [J]. Nature, 2022.

[3] TORIBIO-AVEDILLO D, GóMEZ-GóMEZ C,SALA-COMORERA L, et al. Monitoring influenza and respiratory syncytial virus inwastewater. Beyond COVID-19 [J]. The Science of the Total Environment, 2023,892: 164495.

[4] BOEHM A B, HUGHES B, DUONG D, et al.Wastewater concentrations of human influenza, metapneumovirus, parainfluenza,respiratory syncytial virus, rhinovirus, and seasonal coronavirus nucleic-acidsduring the COVID-19 pandemic: a surveillance study [J]. The Lancet Microbe,2023, 4(5): e340-e8.

[5] ZHANG M, ROLDAN-HERNANDEZ L, BOEHM A.Persistence of human respiratory viral RNA in wastewater-settled solids [J].Applied and Environmental Microbiology, 2024, 90(4): e0227223.

[6] ZHENG X, DENG Y, XU X, et al. Comparisonof virus concentration methods and RNA extraction methods for SARS-CoV-2wastewater surveillance [J]. The Science of the Total Environment, 2022, 824:153687.

[7] SHRESTHA S, MALLA B, ANGGA M S, et al.Long-term SARS-CoV-2 surveillance in wastewater and estimation of COVID-19cases: An application of wastewater-based epidemiology [J]. The Science of theTotal Environment, 2023, 896: 165270.

作者 | 傅松哲（西北大学 副教授）