废水监测可以检测新冠病毒和猴痘病毒的存在和传播

一项正在进行的监测废水中是否存在SARS-CoV-2并且有效地预测了美国圣地亚哥市COVID-19病例的后续激增的计划已经扩大到检测猴痘的存在。

自从2022年5月下旬美国加州出现第一例猴痘确诊病例以来，该州和美国各地的报告病例稳步上升，目前圣地亚哥县已达近100例，加州已超过1300例。

2022年8月1日，该州宣布进入公共卫生紧急状态；第二天，圣地亚哥县也跟进。2022年8月4日，美国宣布进入联邦公共卫生紧急状态，全国范围内报告的病例超过7000例。这是自2001年以来的第五次国家紧急状态。美国全国仍然处于冠状病毒大流行的紧急状态。

论文通讯作者、加州大学圣地亚哥分校教授兼微生物组创新中心主任Rob Knight博士说，对猴痘病毒的监测和测试是目前针对SARS-CoV-2的废水监测计划的一个相对简单的附加项目。

但有一个转折。他说，“这与SARS-CoV-2 qPCR监测的过程相同，只是我们在测试一种不同的病毒。猴痘病毒是一种DNA病毒，所以我们为SARS-CoV-2（一种RNA病毒）优化的过程效果如此之好，这有点令人惊讶。”

研究人员在5月开始试验他们的测试对两种病毒类型都有效的可能性，并在6月初开始监测来自为220万圣地亚哥人服务的诺马角处理厂（Point Loma treatment plant）的废水中是否存在猴痘病毒。

高通量废水监测方案。图片来自mSystems, 2022, doi:10.1128/mSystems.00793-21。

第一个阳性指标发生在2022年7月10日，其水平接近检测极限：每升废水中有10565.54个病毒拷贝。此后，水平急剧上升，接着略有上升和下降，但有上升的趋势，目前在2022年8月2日达到每升废水189309.81个病毒拷贝的高点。

Knight说，监测废水中的猴痘病毒载量水平是否能预测未来的感染或病例率，还有待观察。他说，“我们还不知道这些数据是否会像COVID-19那样预测病例的激增。这取决于这种病毒何时从体内脱落以及导致人们寻求治疗的症状有多严重。原则上，这对每种病毒都是不同的，尽管在实践中，废水似乎可以预测多种病毒。”

这种监测系统还没有建立起对猴痘病毒基因组的测序，这是检测新出现的变体的必要条件。但是，总体来说，Knight说，“DNA病毒的进化比RNA病毒慢得多，所以我们不会期望变体的出现和传播那么快。”

加州大学圣地亚哥分校健康中心的首席医疗官Christopher Longhurst博士说，猴痘监测是他所谓的“预见性监测（anticipatory surveillance）”的一个重要创新。“废水中猴痘病毒水平的上升显然与这种病毒的日益蔓延有关。检测和监测将有助于在情况变成危机之前提醒我们，为卫生系统和公共机构提供时间来应对、准备和行动。”

圣地亚哥县公共卫生官员Wilma Wooten同意，“正如我们在COVID-19中看到的那样，它可以作为一个额外的窗口，了解病毒如何传播并影响在我们的社区。该县感谢所有合作伙伴的工作，并期待着我们继续保持工作关系，以解决对公众健康的威胁。”

证据和经验

感染SARS-CoV-2的人甚至在出现COVID-19的症状之前就会在他们的粪便中排出这种病毒。这一事实刺激了2020年底第一个废水筛查项目的开展，当时加州大学圣地亚哥分校和加州大学圣地亚哥分校医院的研究人员开始了一项雄心勃勃的合作，利用自动取样机器人在整个校园内收集废水样本，并进行后续分析。该计划旨在帮助学生安全返回校园。

这些努力的核心是SEARCH（San Diego Epidemiology and Research for COVID Health），这是一个由加州大学圣地亚哥分校、斯克里普斯研究所和圣地亚哥雷迪儿童医院的科学家组成的联合体，并与圣地亚哥县公共卫生官员和其他人合作。

斯克里普斯研究所教授Kristian Andersen博士说，“在过去几年SEARCH的成功基础上，看到圣地亚哥这里的废水监测扩大到也包括猴痘病毒，同时也为未来的人类病原体构建了一个灵活的系统。这项新的研究之所以能够实现，要感谢加州大学圣地亚哥分校、斯克里普斯研究所和圣地亚哥县政府之间的紧密合作。”

7月，SEARCH合作者在Nature期刊上发表了一份报告，描述了废水测序和病毒检测的成功，并指出该项目在传统的临床测试前14天有效地确定了新的“令人关注”的病毒变体，并可可靠地用于预测即将到来的当地感染和病例率的激增（Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05049-6）。

早些时候发表的一项研究估计，废水监测为加州大学圣地亚哥分校85%的COVIID-19病例提供了早期检测，从而使缓解和预防工作更加有效（mSystems, 2021, doi:10.1128/mSystems.00793-21）。

研究人员说，他们正在探索将其他病原体加入废水监测计划的可能性，包括已经在美国部分地区重新出现的脊髓灰质炎病毒。

Knight实验室博士后研究员Smruthi Karthikeyan博士说，“在这个过程中增加新的病原体是相当容易的。这是在短时间内可以做到的。我们可以在相同的周转时间内获得更多的信息。” （生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Smruthi Karthikeyan et al. Wastewater sequencing reveals early cryptic SARS-CoV-2 variant transmission. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05049-6.

2. Smruthi Karthikeyan et al. Rapid, Large-Scale Wastewater Surveillance and Automated Reporting System Enable Early Detection of Nearly 85% of COVID-19 Cases on a University Campus. mSystems, 2022, doi:10.1128/mSystems.00793-21.

3.San Diego Monkeypox Wastewater Surveillance
https://searchcovid.info/dashboards/wastewater-surveillance-mpx/