墨西哥城废水中SARS-CoV-2动态监测与人群感染趋势的时空关联研究

本研究通过废水流行病学（WBE）技术，系统分析了墨西哥城Copilco社区废水中SARS-CoV-2 N1基因浓度与临床病例的时空关联。采用优化的一步法RT-qPCR（效率96.7%，检测限10 copies/μL）监测两波疫情（2021年4-9月及11月-2022年2月），发现废水病毒载量较病例报告提前5-9天（交叉相关系数0.825-0.924），证实WBE可作为城市传染病早期预警工具。研究创新性结合排水系统拓扑划分空间区域（ZA/ZB/ZC），为资源有限地区的公共卫生决策提供数据支持。

　　

引言

新兴传染病（EIDs）如COVID-19对全球卫生系统构成持续挑战。墨西哥城作为疫情重灾区，面临医疗资源分配与监测能力不足的困境。废水流行病学（WBE）因其非侵入性、覆盖无症状感染的优势，成为传统流行病学监测的重要补充。SARS-CoV-2通过粪便排毒的特性，使得基于废水的病毒RNA监测具有理论可行性，尤其在人口稠密且临床检测受限的都市环境中。

方法

研究设计与采样

在Copilco社区地铁站附近排水点（坐标19.335757 N, -99.176893 E）采集40份废水样本，覆盖2021年4月至2022年2月两波疫情高峰。基于排水拓扑和邮政编码划分三级空间区域：ZA（采样点所在邮编，8,458人）、ZB（ZA+相邻邮编，22,099人）、ZC（扩展区域，43,204人）。

病毒检测技术

采用聚乙二醇（PEG）沉淀法浓缩病毒，QIAGEN试剂盒提取RNA。针对N1基因设计引物（正向5'-GACCCCAAAATCAGCGAAAT-3'，反向5'-TCTGGTTACTGCCAGTTGAATCTG-3'）和FAM标记探针，优化后RT-qPCR体系仅需10 μL反应体积，MgCl₂浓度2 mM，引物/探针浓度150/60 nM，在StepOnePlus系统上实现96.7%扩增效率。

数据分析

通过7日简单移动平均（SMA 7）平滑数据，采用快速傅里叶变换（FFT）算法计算废水病毒载量与临床病例的交叉相关系数（CCF），并利用Wilcoxon检验比较不同采样季差异。

结果

检测效能

优化后的RT-qPCR标准曲线R²>0.99，可稳定检测10³-10⁵ copies/L的病毒载量。两波疫情中废水病毒峰值分别出现在2021年7月（渐升型）和12月（骤升型），与临床流行曲线形态一致但存在时间差。

时空关联

Zone C（最大人口覆盖）显示最强相关性：第一波疫情中废水信号提前7-9天（CCF=0.825），第二波提前5-7天（CCF=0.924）。空间分析表明，扩大监测区域可提高信号稳定性，但需权衡人口异质性引入的噪声。

讨论

研究验证了WBE在拉丁美洲高密度城区的适用性。6-8天预警窗口与荷兰（7-9天）、日本（3-9天）等研究差异可能源于：1）人群移动模式差异；2）排水系统滞留时间；3）临床报告延迟。建议未来整合人口标准化指标（如PMMoV病毒或COD值）以提高模型精度。

结论

本研究建立的10 μL微型化RT-qPCR方案为资源有限地区提供经济高效的监测选择。通过排水系统拓扑定义监测半径的方法，可推广至其他病原体监测。5-9天的预警窗口为墨西哥城公共卫生响应赢得关键时间，证明WBE是传统流行病学不可或缺的补充工具。