Nature：新方法可以更早地检测废水中的新冠病毒变体

与其他监测COVID-19的方法相比，分析废水可能有点臭，但对公共卫生官员和研究人员来说，这是一种更廉价、更快和更准确的方法，可以发现不断上升的病例。SARS-CoV-2病毒的片段被感染者冲进厕所和冲进水槽；在废水中发现更多的病毒拷贝意味着更多的人患病。但是直到现在，大多数废水分析方法都把所有SARS-CoV-2病毒归为一类。

如今，在一项新的研究中，来自斯克里普斯研究所和加州大学圣地亚哥分校的研究人员与圣地亚哥流行病学与COVID-19健康研究（SEARCH）联盟合作，改变了这一点。他们报告说，只需两茶匙未经处理的废水，他们就能准确地确定人群中存在的SARS-CoV-2变体的遗传混合物，并在传统的临床测试前14天确定新的令人担忧的变体。在圣地亚哥的废水中，他们在首次临床报告前11天检测到了Omicron变体。相关研究结果于2022年7月7日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Wastewater sequencing reveals early cryptic SARS-CoV-2 variant transmission”。

他们的算法被命名为“Freyja”，用于识别废水中的SARS-CoV-2变体，并迅速被许多公共卫生实验室采用，这对旨在检测SARS-CoV-2新变体的监测工作是一个福音。

斯克里普斯研究所免疫学与微生物学教授Kristian Andersen博士说，“在很多地方，对令人担忧的新变体的标准临床监测不仅缓慢，而且成本极其高昂。但是有了这个新工具，你可以采取废水样本，基本上可以对整个城市进行分析。”

该项目需要医院、美国州政府和地方政府、测序设施和学术科学家之间的紧密合作，包括Andersen实验室的研究人员和加州大学圣地亚哥分校微生物学者Rob Knight博士。Knight实验室部署了131台废水自动采样器，从加州大学圣地亚哥分校校园的343座建筑和圣地亚哥4个学区的17所公立学校收集废水，并从圣地亚哥郡卫生与公共服务部的大型废水处理设施获得样品。在将近一年的时间里，这些作者分析了超过20000个废水样本。在这个过程中，他们开发了改进的方法来浓缩废水中的病毒RNA，这些方法现在正被美国全国和全世界的公共卫生实验室广泛使用。然后，Andersen实验室接受了从测序数据中定量确定病毒变体的挑战。

论文共同第一作者、斯克里普斯研究所博士后研究员Joshua Levy说，“把所有这些漂浮在废水中的微小病毒片段提取出来，并找出哪些片段是来自不同的变体，以及它们的相对丰度是什么，这是一个挑战。”

SARS-CoV-2的许多变体，包括Omicron和Delta，因少量的突变而有所不同。但是由于这些变化会影响这种病毒的传播或感染，公共卫生官员必须仔细跟踪它们。他们通常通过对患者的病毒基因组进行测序来完成这一工作，这是一个缓慢而昂贵的过程，而且随着许多人转向家庭测试，在捕捉SARS-CoV-2变变体的程度和多样性方面变得不那么有效。

Levy开发出一个“条形码”库，根据每个变体所特有的RNA短片段来识别SARS-CoV-2变体。然后，他编码了一个新的计算工具，在废水中筛选出大量的遗传信息以找到这些条形码。他使这种新的Freyja程序易于使用且免费。他说:“如果你在一个已经可以对废水样本进行测序的实验室里，你只需要运行这个代码，然后在20秒内就完成了。”

图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05049-6。

当这些作者将Freyja应用于他们的废水样本，并将他们的结果与SEARCH从圣地亚哥周围收集的临床数据进行比较时，他们发现该工具在废水中检测到了令人担忧的变体，包括Alpha、Delta和Omicron，比临床报告的时间提前长达14天。Mu（B.1.621）变体于2021年7月27日在加州大学圣地亚哥分校的废水中被检测到--比它在该校园内的首次临床检测早四周。利用未包括在原始研究期间的更多最新数据，他们还报告说，在2021年11月27日，Omicron变体可以在Point Loma废水处理厂检测到---在超过200万人口的人口中，该变体丰度略高于所有SARS-CoV-2病毒的1%---比它在圣地亚哥市的临床检测早11天。

论文共同第一作者、加州大学圣地亚哥分校的Smruthi Karthikeyan说，“废水含有大量关于我们健康的非常有价值的信息，包括这些病毒基因组，可以让我们跟踪大流行病或流行病的进程。”

Knight补充说，“公共卫生和学术界人士之间进行了大量的合作，才使这个系统在圣地亚哥市建立起来，现在我们已经展示了它的有效性，我们希望它能促使其他地方使用这些工具。我们也对将它们扩展到SARS-CoV-2以外的病原体感到非常兴奋。”

这些作者说，他们正在继续改进他们用来分析废水中的病毒的这一套工具，但是目前的这套工具已经比以前的方法有了飞跃。这些相同的策略不仅可以用来追踪SARS-CoV-2变体，还可以用来追踪其他人类病原体。

Levy说，“当你依赖临床抽样时，你不仅对谁贡献了基因组监测数据引入了许多社会经济和地理偏见，而且还存在无症状人群没有得到检测和那些只使用家庭检测的人没有贡献数据的问题。但对于废水，我们就没有这些盲点了。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

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