污水SARS-CoV-2监测:为什么它可以成为一项重要的公共卫生措施

时间:2020-07-25 09:19:06   作者:
我们要上一个速成班,关于暴露,流行,发病率,群体免疫。在病毒大流行的背景下,这些术语在概念上与监视联系在一起。

通过使用RT-PCR寻找病毒RNA或针对病毒抗原的抗体,对人群进行总体调查,评估感染或康复的人数,以了解SARS-CoV-2在某一特定时间在何处传播/已传播。

当流行病学家、公共卫生官员和政府就如何对个人进行调查以估计这些数字展开辩论时,对环境进行调查更容易,也更便宜。

一个容易适用的方法是监测下水道系统和未经处理的/原始废水。其成功的关键在于粪便中的病毒载量、适当的阳性和阴性对照以及所使用方法的检测限度。

这种方法是可行的,因为SARS-CoV-2是一种呼吸道病毒,但它可以通过粪便传播。不仅有症状(1,2,3,4,5),还有无症状/症状前(6,7),甚至恢复期(8,9,10,11)。这些品质使得废水SARS-CoV-2监测不仅有用,而且比个体临床取样更有优势。粪便中的病毒是否具有传染性,一些论文确实证明了这一点(12,13),这是一个与废水监测无关的独立问题。

污水SARS-CoV-2监测的优势

与临床监测相比,更便宜,更省力。

如果一个废水样本可以为给定流域内的整个人口提供快照,那么对同一人口的临床监测需要更多的样本采集和测试,这将消耗更多的时间、精力、劳动力和资源。

粪便中的病毒或病毒物质使污水监测成为一种廉价、方便和敏感的方法,可以在时间和空间上评估当地环境中的病毒载量。

临床监测受到选择偏差和检测试剂盒短缺的困扰。

世卫组织检测已成为COVID-19中一个特别令人担忧的问题,目前已知无症状和前期症状在感染传播中发挥重要作用。

另一方面,废水取样代表了给定集水区内每个人的病毒输出量,而不管是否存在明显的临床症状。

临床监测是分散的,往往只是冰山一角,而未经处理的废水监测在估计其服务的社区内的每个人的总病毒输出,无症状的,症状前的和完全症状的更好。

COVID-19大流行是一个可怕的集合,有太多没有群体免疫力的易感人群和一种极具传染性的新病毒。

一旦建立了社区传播,就需要大量的检测试剂来重复对每个人进行取样,这使得在可预见的将来进行全面的挨家挨户的追踪来积极监测病毒在整个人群中的传播变得过于昂贵和劳力密集。

然而,直到特定疫苗/抗病毒药物可以阻止SARS-CoV-2,某种形式的积极监测需要密切与非药物干预措施(NPI)等物理距离,掩盖在公共场所和关闭的集体活动时当地的热点出现的地方。

这就是废水SARS-CoV-2检测有望证明其勇气的地方,它允许更有效的监测,即使它作为未来病例增加的准确早期预警系统(14)。如果有能力预测哪里的病例可能增加,地方政府就可以更有效地预测未来哪些地方可能需要采取封锁/就地避难政策,并更好地管理这些政策。

废水取样可以避免可能与个体诊断相关的耻辱感和社会隔离(15)。

废水SARS-CoV-2监测是否足够敏感,以产生有关社区传播的有意义的数据?


SARS-CoV-2粪便病毒载量可从每毫升10^4到10^6拷贝(13,14),可持续数天甚至数周(3,5,7,8,9,10,11)。一项分析得出(14),

采用RT-qPCR法对废水中SARS-CoV-2的分析方法的检测限粗略估计为2 copies/mL,假设经过预处理和RNA提取的浓度因子为100倍。相当于每天污水量为300 L/人/天时,污水集水区每10万人有6.0X10^10份。这意味着,如果每10万人中就有一人在200克粪便中散发10^9个拷贝/g的粪便,那么SARS-CoV-2就可以被检测出来。出现如此高载量的患者是可能的,因为个体病毒脱落是高度可变的。”

但请注意,这一分析并没有考虑到特定人群中大量受感染个体的累积废水病毒载量,这并不依赖于一个异常个体在其粪便中排出大量病毒载量。鉴于病毒RT-PCR检测的敏感性,因此污水监测更有可能而不是更不可能捕捉社区暴发的大致情况。

因此,废水SARS-CoV-2监测可以成为一个支柱,并作为未来社区暴发的先兆。

对SARS-CoV-2未经处理的废水监测的研究发现,它在日本(16)、西班牙(17)、澳大利亚(18)、法国(19)、意大利(20)、荷兰(21)和美国(22)预测了更广泛的社区传播。在社区暴发之前的SARS-CoV-2意味着:

它不需要取代个别临床诊断,而是通过预测即将到来的疫情来补充它。

在这种情况下,当地临床检测可能滞后于社区传播。这意味着

在这些情况下,应迅速加大检测力度,首先赶上病毒在该社区的传播,然后再超过病毒的传播速度。

控制疫情需要结合检测和新产品导入,以打破该社区内的传播链。

在任何情况下,由于缺乏特定的治疗方法/疫苗,SARS-CoV-2似乎不会自行消失,因此污水监测可能需要成为管理和减轻当地疫情爆发的基础。

准确预测社区暴发的废水SARS-CoV-2监测的说明性例子


日本(16)和西班牙(17)的一个例子(均为预印本)表明,废水SARS-CoV-2监测可以成为高度敏感的早期预警信号,表明COVID-19病例将在不久的将来在采样地区爆发。

污水SARS-CoV-2监测:为什么它可以成为一项重要的公共卫生措施
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