利用废水监测估算 SARS-CoV2粪便病毒脱落模式及识别传播强化期：纽约市的重要研究

《BMC Public Health》：The use of wastewater surveillance to estimate SARS-CoV-2 fecal viral shedding pattern and identify time periods with intensified transmission

为解决废水 SARS-CoV2病毒载量难以转化为感染人数等问题，研究人员开展相关研究，得出病毒脱落模式及传播强化期，助力疫情监测。

　　在新冠疫情的大背景下，废水监测成为了疫情防控的 “秘密武器”。自疫情爆发初期，研究就发现废水中的 SARS-CoV₂病毒载量常常能紧密追踪或提前反映病例及住院轨迹，全球各地纷纷建立起废水监测系统。可这个 “武器” 却存在一些 “短板”。一方面，由于废水中粪便病毒的脱落率不明，而且新的 SARS-CoV₂变异株不断涌现，病毒的粪便脱落情况也可能随之改变，使得直接将废水病毒载量转化为人群中的具体感染人数变得困难重重。另一方面，随着临床检测和基因测序的减少，废水监测结果与临床健康指标之间的关联也变得难以把握。

为了攻克这些难题，来自哥伦比亚大学（Columbia University）和纽约市卫生和精神卫生部门（New York City Department of Health and Mental Hygiene）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的成果发表在《BMC Public Health》上，为我们深入了解新冠病毒的传播规律带来了新的曙光。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，收集了 2020 年 8 月 31 日至 2023 年 8 月 29 日纽约市 14 个污水处理厂的废水样本（共 3794 个），通过定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）和逆转录数字 PCR（RT-dPCR）测定 SARS-CoV₂ RNA 浓度，并根据污水流量和服务人口规模进行调整 。其次，利用基于贝叶斯数据同化方法的模型推断系统，结合新冠病例、急诊就诊和死亡数据，估算出研究期间每周的感染流行率（即具有传染性的个体数量，包括未被检测为病例的人） 。最后，通过构建线性回归模型，综合考虑变异株和空间差异，来估算不同变异株的粪便病毒脱落率。

研究结果如下：

1. 废水病毒载量与感染流行率趋势：在 3 年的研究期间，废水 SARS-CoV₂病毒载量的趋势与估计的感染流行率趋势总体一致，但两者在不同时间、不同下水道流域的变化幅度差异较大，且并非始终保持一致的比例关系。这表明疫情在纽约市的传播虽有同步性，但不同区域受多种因素影响，病毒传播和感染情况存在差异。
2. 粪便病毒脱落模式：研究发现，粪便病毒脱落可能与呼吸道病毒脱落同时开始，且持续时间略长。通过对不同变异株的分析，发现第二波疫情（主要是原始株和 Iota 变异株）期间，粪便病毒脱落率最高，为每天每感染 14.4 亿（95% 置信区间：13.5 - 15.3 亿）个 RNA 拷贝（通过 RT-qPCR 测量） 。随后，Delta 变异株期间下降约 20%，Omicron 变异株期间下降 50 - 60%。这种变化可能与疫苗接种、感染者康复后病毒脱落减少以及变异株自身特性有关。
3. 传播强化期的识别：研究人员通过对比废水病毒载量和基于感染流行率估算的预期病毒载量，识别出 198 次废水 SARS-CoV₂病毒载量超过预期水平的情况。这些异常情况多发生在 1 月下旬、4 月下旬至 5 月上旬、8 月上旬以及 11 月中旬至 12 月下旬，且发生频率显著高于随机发生的预期。这意味着在这些时间段，纽约市可能存在一些因素导致病毒传播加剧，需要进一步关注和研究。
4. 敏感性分析：两项敏感性分析结果与主要分析一致。仅使用 RT-qPCR 测量的病毒载量进行分析时，得到的粪便病毒脱落率相似；使用下水道流域特异性转换率转换 RT-dPCR 测量值后，也得到了相同的粪便病毒脱落率，且额外识别出 3 个异常情况。这表明研究结果较为稳健，不受检测方法和转换率计算方式的影响。

研究结论和讨论部分指出，这项研究意义重大。一方面，通过结合废水监测数据和感染流行率估计，研究人员成功描绘了多种 SARS-CoV₂变异株的粪便病毒脱落模式，这些估计有助于了解潜在感染率的变化，更准确地量化 COVID-19 传播和严重程度随时间的变化 。另一方面，研究还证明了废水监测数据可用于识别潜在的传播强化期，为疫情防控提供了重要的预警信息。

不过，研究也存在一些局限性。例如，由于废水采样频率和感染流行率估算频率的限制，无法测试更精细的时间差异和持续时间；基于人群数据的估计可能无法反映个体患者的真实情况，导致估计的粪便脱落持续时间可能偏短；感染流行率估算虽考虑了主要传播因素，但仍可能遗漏一些传播强化事件，且废水样本可能包含非纽约市居民，而感染流行率仅基于纽约市居民。

尽管如此，该研究为新冠疫情监测提供了重要的参考依据。未来，还需要更多研究来深入了解传播强化期的具体原因，并探索如何更好地利用废水监测数据来防控 SARS-CoV₂的传播，守护公众健康。