近日我国疫情呈现多地局部暴发和零星散发状态，国内多地报告本土散发病例和聚集性疫情，疫情呈现持续时间长、涉及范围广、传播速度快、有的地方出现了社区传播，防控形势复杂严峻。其中，具有传染性的无症状感染者对于疫情扩散有着极高的风险。

是否有其他指标可在早期检测到来自社区的潜在传播风险？答案是有的，基于废水的COVID-19监测可作为辅助社区抗疫的新型公共卫生工具，应用到日常抗疫工作中。

什么是COVID-19废水监测？

废水”也称“污水”，包括可能含有人类粪便的家庭/建筑用水（即厕所、沐浴、水槽）以及非家用水源（例如雨水和工业用水）。

来自临床和病毒学研究的数据已经提供了证据，表明在新冠症状发作之前，大多数感染病毒的人便会在粪便中有严重的病毒RNA脱落⁴。

图示：最近的一项研究表明⁴，在粪便中能够检测到新冠病毒（SARS-CoV-2）RNA的中位时间长达27.9，比在呼吸道（17天）和血清样品（16天）中的时间更长。

目前已被发现的人类冠状病毒包括SARS-CoV、MERS-CoV以及最近的新冠病毒等，均属于有包膜病毒。有研究报道，在20℃条件下，冠状病毒在粪便和尿液中分别可以存活3天和17天；而在4℃条件下，可存活长达17天以上⁵。

因此，检测废水中SARS-CoV-2（RNA），建立预警响应系统，有助于分析现有疫情态势，避免无症状感染者和轻度感染者的漏检，帮助疾控等公卫部门迅速作出反应控制潜在传播风险。

虽然目前还无法根据污水检测可靠准确地预测一个社区中的感染人数，从人口众多的社区（1000~10000人）收集的废水，经过数据分析可提供SARS-CoV-2浓度随时间变化的趋势。污水中的新冠病毒检测可提供提供有效的、非侵入性的社区汇总样本，其提供的价值流行病学信息包括：

• 从有症状或无症状感染者的粪便中可分离出SARS-CoV-2，废水监测可以采集这两种感染的数据，作为预警工具可及早发现热点 (hotspot)
• 根据检测频率的不同，污水监测可成为社区COVID-19负担变化的主要指标

美国疾病控制预防中心（CDC）和美国卫生及公共服务部（HHS）与联邦政府各机构合作，正在启动国家废水监测系统（NWSS）¹，NWSS生成的数据将帮助公共卫生更好地了解社区中的COVID-19感染程度。

与此同时，荷兰、法国、西班牙、澳大利亚以及中国香港也陆续开展有关污水中监测新冠病毒的研究，2020年中开始，香港环境局、渠务署、环保署与港大团队开展策略性合作研发在生活污水中检测新冠病毒方法，辅助抗疫²。

港大研究团队日前在未出现确诊者的一处大楼的4个污水样本中检测出新冠病毒，判断可能有确诊患者身处大厦。香港特区政府随后要求相关居民进行强制检测，发现有3名住户初步确诊³。

香港环境局局长黄锦星（右二）前往港大实验室了解从污水样本抽取病毒基因作检测的过程²。

检测方法概述：

病毒含量检测通常通过细胞培养方法或分子方法进行检测。

细胞培养方法包括将水样品直接应用于在受控培养条件下生长的哺乳动物细胞，并评估病毒斑的形成；分子方法则须要从样品中提取病毒RNA，然后进行RT-PCR定量检测。

而检测方法也包括样本处理步骤、实验室对照的使用和生物安全措施的实施，以确保数据能够被解读以供公共卫生使用。

典型工作流程

测定废水中SARS-CoV-2 RNA的样本处理涉及样本准备、样本浓缩，RNA提取以及RNA检测。

01 样本浓缩：

为提高废水中的SARS-CoV-2 RNA检测灵敏度，样本处理步骤中会包括额外浓缩过程。针对初级污泥样本，离心是浓缩固体的最有效方法。对于未经处理的废水样本，超速离心方法被证明是可提供足够回收率病毒浓缩方法，Wurtzer等人⁶通过使用更高容量Type 45Ti的转头可提高样本通量并在4度1小时200,000 xg完成11mL的病毒样本浓缩，而通过采用K因子更小的SW41 Ti水平转头，则可将浓缩效率提升30%。

对于较大的未处理废水样本体积可能要求在膜过滤前（因为过滤速度慢）或PEG沉淀前（因为离心体积限制）细分样本。

02RNA提取：

核酸的提取和纯化是从污水混合物中分离出SARS-CoV-2 RNA的必要步骤。污水是一种复杂的混合物，其中含有已知会干扰分子病毒定量方法的物质，推荐针对病毒优化的RNA提取试剂盒 - RNAdvance Viral，这款基于贝克曼专利 SPRI 技术的RNA提取试剂对常见拭子样品的提取效率高达95％，助力RT-qPCR实现了100％的灵敏度，可检测到低至1copy/ul的靶标。

RNAdvance Viral病毒核酸提取试剂盒既适用于常规的手工操作，更可与多种工作站配合使用，大大提升样品处理通量。如下为RNAdvance Viral配合Beckman Biomek i5工作站实现RNA全自动提取的过程，仅需20分钟左右即可完成96个样品的处理。

03生物安全防护：

来自废水中的SARS-CoV-2病毒浓缩过程应遵循生物气溶胶防护程序，建议在具备BSL-3预防措施（包括呼吸保护和穿脱个人防护用品的指定区域）和2级生物安全（BSL2）设施中进行这些操作程序⁷。对于采取RT-qPCR定量的废水样本可进行高温巴氏杀菌，以减少废水样本处理过程中产生生物气溶胶的生物安全风险。

EMFLON II制药级气体除菌过滤器      Optima X系列超速离心机

贝克曼Optima X系列超速离心机可配置来自PALL的EMFLON II 制药级气体除菌过滤器，其可隔离0.2μm液体与0.02μm气体，截留精度远高于HEPA，有效防止气溶胶外溢。同时，使用生物安全认证转头，离心管可于生物安全柜内打开，其多重离心管保护设计（保护部件包括密封圈、内盖及离心瓶外盖），进一步防止气溶胶及危险样品溢出至转头和离心腔内。

总结

废水监测发现COVID-19病毒是一个快速发展中的领域，其检测数据旨在补充而非代替COVID-19监测系统，其优势在于无需进行大量测试即可获得有关潜在感染人群的信息，并可频繁跟踪某个地区的感染水平和趋势。若检测结果显示病毒滴度较高，则可为公共卫生决策是否进行下一步扩大“需检必检”核酸检测范围提供有价值的信息。

参考文献
1. 国家废水监测系统 (NWSS) -了解COVID-19在社区传播的一种新型公共卫生工具https://chinese.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/cases-updates/wastewater-surveillance.html
2. https://sc.news.gov.hk/TuniS/www.news.gov.hk/chi/2021/01/20210110/20210110_151543_531.html
3. https://news.sina.com.cn/c/2020-12-29/doc-iiznezxs9627435.shtml
4. Wu Y, Guo C, Tang L, Hong Z, Zhou J, Dong X, Yin H, Xiao Q, Tang Y, Qu X, Kuang L, Fang X, Mishra N, Lu J, Shan H, Jiang G, Huang X. Prolonged presence of SARS-CoV-2 viral RNA in faecal samples. Lancet Gastroenterol Hepatol. 2020 May;5(5):434-435. doi: 10.1016/S2468-1253(20)30083-2. Epub 2020 Mar 20. PMID: 32199469; PMCID: PMC7158584.
5. Medema G，Heijnen L，Elsinga G，Italiaander R，BrouwerA。污水中是否存在SARS冠状病毒2 [预印本发布于2020年3月30日]。 medRxiv。 doi：10.110112020.03.29.2004588
6. Wurtzer S，Marechal V，Mouchel J-M等。通过巴黎废水污水中的病毒基因组定量评估锁定对SARS-CoV-2动态的影响[预印本发布于2020年5月6日]。 medRxiv。 Doi 10.110112020.04.12.20062679
7. 疾病控制和预防中心《2019年冠状病毒病相关标本处理和处理实验室生物安全暂行指南》www.cdc.gov冠状病毒/ 2019 - ncov /实验室/ lab-biosafety-guidelines.html。2020年6月3日修订于2020年7月7日浏览