侯 敏，謝玉為，毛怡心，張 曉，張 良，王園媛，鄭和輝，顧 雯，雒月云，周海健，姚孝元，張 嵐，唐 宋,4*

1.中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與人群健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所，北京 100021

2.薩斯喀徹溫大學(xué)毒理學(xué)中心，薩斯喀徹溫薩斯卡通SK S7N5B3

3.中國(guó)疾病預(yù)防控制中心傳染病預(yù)防控制所，傳染病預(yù)防控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206

4.南京醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院全球健康中心，江蘇南京 211166

新冠肺炎(COVID-19)是近百年來(lái)人類(lèi)遭遇的影響最大、波及范圍最廣的全球性重大傳染病.截至2022年6月27日，全球累計(jì)確診人數(shù)突破5.3億例，死亡人數(shù)超過(guò)6.32萬(wàn)人[1].當(dāng)前，全球新冠肺炎疫情仍高位流行，新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)不斷突變，“奧密克戎”變異株傳播力明顯增強(qiáng)、逃逸能力增加，已取代其他變異株，成為全球絕對(duì)優(yōu)勢(shì)流行毒株[2].自2022年3月初以來(lái)，由境外輸入及繼發(fā)本土傳播導(dǎo)致我國(guó)出現(xiàn)了新一波新冠肺炎疫情，呈現(xiàn)多點(diǎn)、多源、多鏈、面廣、頻發(fā)等局面，規(guī)?；c散在聚集性疫情并存，已波及我國(guó)30個(gè)省份，造成重大社會(huì)影響.雖然我國(guó)堅(jiān)持“科學(xué)精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)清零”的防控政策且取得成效，但“外防輸入、內(nèi)防反彈”的疫情防控形勢(shì)依然嚴(yán)峻復(fù)雜，未來(lái)依然存在病毒變異、疫情暴發(fā)與擴(kuò)散的巨大風(fēng)險(xiǎn).

當(dāng)前，針對(duì)新冠肺炎感染者的監(jiān)測(cè)主要依賴(lài)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的“核酸檢測(cè)+抗原篩查”模式，雖然具有很高的敏感性和特異性，但是預(yù)防性大規(guī)模人群主動(dòng)篩查費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、經(jīng)濟(jì)成本高、存在漏檢可能.因此，建立和開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)、高效、靈活、經(jīng)濟(jì)的新冠肺炎疫情暴發(fā)預(yù)警機(jī)制和監(jiān)測(cè)技術(shù)尤為重要.基于污水流行病學(xué)方法(wastewater-based epidemiology,WBE)開(kāi)展污水中新型冠狀病毒的監(jiān)測(cè)，因其覆蓋人群廣泛，可為新型冠狀病毒及其變異株的出現(xiàn)、暴發(fā)和傳播提供早期預(yù)警信息，監(jiān)測(cè)人群感染趨勢(shì)，識(shí)別變化拐點(diǎn)，有助于判斷新冠肺炎疫情發(fā)生、發(fā)展動(dòng)態(tài)，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與科學(xué)依據(jù)，輔助政府及相關(guān)部門(mén)更快、更有效地做出公共衛(wèi)生決策[3-4].一些國(guó)家已在全國(guó)范圍內(nèi)系統(tǒng)開(kāi)展了污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)項(xiàng)目[5]，中國(guó)香港地區(qū)已實(shí)現(xiàn)全港范圍的新型冠狀病毒常規(guī)污水監(jiān)測(cè)[6].隨著歐美發(fā)達(dá)國(guó)家臨床檢測(cè)規(guī)模日益縮減，WBE正逐步被納入人群健康監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò).鑒于此，該文歸納總結(jié)了當(dāng)前全球有關(guān)污水新型冠狀病毒檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及預(yù)警研究的最新進(jìn)展，分析其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值與指導(dǎo)意義，為我國(guó)下一階段新冠肺炎疫情或未來(lái)其他突發(fā)重大疫情的預(yù)測(cè)預(yù)警及精準(zhǔn)防控提供借鑒與參考.

1 國(guó)內(nèi)外污水中新型冠狀病毒的研究進(jìn)展

1.1 新型冠狀病毒賦存特征、環(huán)境行為與歸宿

新型冠狀病毒屬于β屬冠狀病毒，為包膜病毒，與非包膜病毒相比生命周期較短[7].國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，新型冠狀病毒感染者的尿液、糞便等人體分泌物中可檢出大量新型冠狀病毒[8-9].新型冠狀病毒可侵入腸道系統(tǒng)，破壞其平衡，導(dǎo)致腹瀉等癥狀，腹瀉發(fā)生率高達(dá)49.5%[10]，其在感染者糞便中的持續(xù)存活時(shí)間為22 d，長(zhǎng)于呼吸道的18 d與血清的16 d[11].感染7個(gè)月后，糞便中仍可檢出新型冠狀病毒核酸(簡(jiǎn)稱(chēng)“病毒核酸”)[12].

新型冠狀病毒可通過(guò)感染者排遺、排泄、洗漱、游泳、洗衣等方式進(jìn)入市政管網(wǎng)，再到污水處理廠(chǎng)，經(jīng)污水處理后最終回到水環(huán)境中.該環(huán)境行為中存在潛在傳輸與暴露路徑[13].污水中新型冠狀病毒至少存在3種不同形式：傳染性病毒顆粒、非傳染性具有完整的病毒基因組、游離的病毒核酸[14].傳染性病毒顆粒的活性比病毒核酸的活性衰減速率快，如20℃污水中病毒核酸活性下降90%需3.3 d，而同樣溫度污水中傳染性病毒顆粒下降90%只需1.6 d[15].

新型冠狀病毒在污水中的活性受生物和非生物因素的影響，包括但不限于溫度、酸堿度、光照、微生物組成和活性、轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化機(jī)制、消殺措施等[16].研究表明，新型冠狀病毒在水中的存活時(shí)間隨溫度升高而降低，在4℃和26℃的污水中活性下降90%分別需要17.17和8.42 d[17]；可在pH=3~10的范圍內(nèi)存活至少1 h，極端酸堿性會(huì)影響病毒穩(wěn)定性[18].新型冠狀病毒在污水中的穩(wěn)定性相對(duì)較差，容易被滅活，常見(jiàn)的污水處理方法，如使用含氯消毒劑、二氧化氯、過(guò)氧化氫、臭氧、紫外線(xiàn)消毒均能有效滅活新型冠狀病毒，并在一定程度上影響病毒核酸檢出[19].例如，Tomasino等[20]發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)處理的污水中可檢測(cè)到病毒核酸，而經(jīng)3次處理、紫外線(xiàn)消毒后的污水中并未檢測(cè)到.目前，尚無(wú)從污水中分離培養(yǎng)出新型冠狀病毒活病毒或病毒通過(guò)污水傳播引起感染暴發(fā)的報(bào)道.

1.2 污水中新型冠狀病毒核酸的檢出情況及方法

隨著全球新冠肺炎疫情持續(xù)擴(kuò)散，國(guó)內(nèi)外關(guān)于市政污水與污泥[21]、海水[22]、河水[22]和地下水[23]中檢出病毒核酸的報(bào)道越來(lái)越多.病毒核酸在荷蘭、澳大利亞、印度、意大利、西班牙、美國(guó)、加拿大、英國(guó)、中國(guó)等國(guó)家的醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、社區(qū)、學(xué)校宿舍、污水處理廠(chǎng)、飛機(jī)、郵輪等的生活污水中均有檢出[24].部分國(guó)家污水中病毒核酸的檢出情況如表1所示.意大利污水樣本中最早檢出案例可追溯至2019年10月，該區(qū)域的污水樣本陽(yáng)性率為11.6%~100%[51]，檢出濃度最高達(dá)4.6×105copies/mL[52].截至目前，已有至少11種新型冠狀病毒關(guān)注變異株(variant of interest,VOI)在全球肆虐，其中“奧密克戎”是許多國(guó)家的主要變異株，已在暴發(fā)區(qū)域內(nèi)污水中大量檢出[53].

表1 全球污水中新型冠狀病毒的檢出情況Table 1 Detection of SARS-CoV-2 in wastewater worldwide

污水中新型冠狀病毒經(jīng)稀釋后濃度較低，需富集濃縮以提高檢測(cè)的靈敏度.常用的富集方法包括超濾、超速離心、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)沉淀、膜吸附等，但不同方法的回收率差異較大.其中，超濾法的回收率為33%~42.6%[54]，PEG沉淀法回收率為0.62%~56.7%[55]，超速離心法回收率為12%[56].核酸定量多基于逆轉(zhuǎn)錄-定量聚合酶鏈反應(yīng)(reverse transcription quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)以及逆轉(zhuǎn)錄微滴數(shù)字聚合酶鏈反應(yīng)(reverse transcriptiondroplet digital polymerase chain reaction,RT-ddPCR)方法，常見(jiàn)擴(kuò)增基因有開(kāi)放讀碼框1a/b(open reading frame 1ab，ORF1ab)、包膜蛋白(envelope protein,E)和核衣殼蛋白(nucleocapsid protein,N)[57].關(guān)切變異株(variant of concern,VOC)或關(guān)注變異株(variant of Interest, VOI)的監(jiān)測(cè)和確認(rèn)多基于下一代測(cè)序技術(shù)(next generation sequencing, NGS)，但并不適用于病毒滴度較低的環(huán)境樣本.等位基因特異性PCR(AS-PCR)可彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，其操作簡(jiǎn)便，靈敏度更高[58]，可用于特定VOC或VOI的實(shí)時(shí)篩查[59].研發(fā)自動(dòng)化和高通量的污水樣本采集、富集濃縮、核酸提取及檢測(cè)的方法，可大幅提高污水中新型冠狀病毒的分析效率.

因病毒富集方法回收率樣本間差異大，有研究通過(guò)添加外源性?xún)?nèi)參，如牛冠狀病毒疫苗、滅活鼠肝炎病毒、噬菌體MS2、裝甲病毒顆粒，或利用內(nèi)源性標(biāo)志物，如辣椒輕斑駁病毒(pepper mild mottle virus,PMMoV)、人糞便特異性擬桿菌屬、交叉裝配噬菌體(crAssphage)，估計(jì)病毒富集回收率以校正回收率.此外，綜合考慮人群的遷移變化，人工甜味劑(acesulfame K)、糞固醇(coprostanol)、血清素代謝物(5-HIAA)等食物源或人源的人群數(shù)量標(biāo)志物可用于校正因周末、節(jié)假日期間人群遷移導(dǎo)致的病毒滴度的差異.例如，D'aoust等[60]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PMMoV校正后，可改善污水中N基因豐度的變化趨勢(shì)與臨床病例數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性；Reynolds等[61]發(fā)現(xiàn)，與PMMoV和crAssphage相比，coprostanol作為內(nèi)參時(shí)，污水中病毒核酸濃度與實(shí)際病例之間的相關(guān)性最強(qiáng).但由于人群數(shù)量標(biāo)志物受其環(huán)境行為、人群的健康狀況和生活習(xí)慣等影響，需綜合污水質(zhì)量化學(xué)數(shù)據(jù)和多標(biāo)志物指標(biāo)對(duì)污水病毒核酸滴度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而減少分析結(jié)果的不確定性，提升核酸濃度與新冠肺炎發(fā)病率相關(guān)性分析的可靠性[37].

2 污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)研究與進(jìn)展

2.1 全球污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與進(jìn)展

基于全球污水中病毒核酸檢出的報(bào)道及相關(guān)研究進(jìn)展，自2020年2月起，澳大利亞、歐盟26國(guó)(包括奧地利、比利時(shí)、德國(guó)、意大利等)、美國(guó)、加拿大、荷蘭、土耳其、中國(guó)香港等多個(gè)國(guó)家或地區(qū)已開(kāi)展或計(jì)劃開(kāi)展針對(duì)新型冠狀病毒的全國(guó)或局部水環(huán)境監(jiān)測(cè).在過(guò)去的兩年多內(nèi)，全球開(kāi)展污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的國(guó)家已達(dá)67個(gè)，參與的高校與科研院所已達(dá)279個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位3 393個(gè)[62]，主要集中在新冠肺炎疫情較為嚴(yán)重的歐美澳等發(fā)達(dá)國(guó)家與中國(guó)香港地區(qū).例如，自2020年9月美國(guó)國(guó)家污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(national wastewater surveillance system, NWSS)啟動(dòng)后，已有37個(gè)州、4個(gè)城市和2個(gè)地區(qū)的公共衛(wèi)生部門(mén)在400多個(gè)點(diǎn)位開(kāi)展污水監(jiān)測(cè)活動(dòng)，已采集34 000多份污水樣本[63].中國(guó)香港已設(shè)置112個(gè)常規(guī)采樣點(diǎn)，覆蓋530萬(wàn)人口[6].監(jiān)測(cè)項(xiàng)目從污水處理廠(chǎng)及居民社區(qū)收集污水樣本，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)與分析，實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋給公共衛(wèi)生決策部門(mén)并向公眾公開(kāi)，為覆蓋地區(qū)提供新冠肺炎疫情信息，使當(dāng)?shù)卣軌蚋臁⒏行У夭扇?yīng)對(duì)措施.部分代表性國(guó)家的污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表2.

表2 全球已開(kāi)展的代表性污水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目Table2 Representative global wastewater surveillance projects

2.2 開(kāi)展污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)的價(jià)值與意義

2001年，污水流行病學(xué)由美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的科學(xué)家Christian G.Daughton博士率先提出[71]，通過(guò)檢測(cè)污水中目標(biāo)化學(xué)或生物標(biāo)志物的濃度，結(jié)合人體代謝、進(jìn)水流量、輸送效率、服務(wù)人群等信息，反推獲得覆蓋區(qū)域內(nèi)人群活動(dòng)或健康狀況的定性和定量數(shù)據(jù)的一種監(jiān)測(cè)方法.由于具有覆蓋范圍廣、可擴(kuò)展、成本效益高等優(yōu)勢(shì)，已被一些國(guó)家應(yīng)用于追蹤藥物(如可卡因、甲基苯丙胺、抗生素)濫用情況、監(jiān)測(cè)傳染性病原體(如諾如病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒、多重耐藥性細(xì)菌等)，以及評(píng)價(jià)相關(guān)疾病流行程度與疫苗接種情況等方面，為進(jìn)一步指導(dǎo)疾病防控和健康決策制定提供科學(xué)有效的手段.開(kāi)展污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)工作具有以下實(shí)際價(jià)值：

a)WBE監(jiān)測(cè)范圍大、成本低，可作為人群監(jiān)測(cè)的重要補(bǔ)充.污水覆蓋區(qū)域廣、人口基數(shù)大，可涵蓋未能及時(shí)進(jìn)行核酸、抗原或抗體篩查的人群或無(wú)癥狀感染者.因此，進(jìn)廠(chǎng)水或街道社區(qū)污水的病毒核酸檢測(cè)可作為人群新冠肺炎動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)(如哨點(diǎn)監(jiān)測(cè)、發(fā)病率監(jiān)測(cè)、臨床監(jiān)測(cè))的輔助補(bǔ)充[72].新冠肺炎疫情暴發(fā)后，有些國(guó)家和地區(qū)，尤其是中低收入國(guó)家的核酸檢測(cè)試劑盒和檢測(cè)設(shè)備供應(yīng)緊張，檢測(cè)能力和人員不足，大規(guī)模人群主動(dòng)篩查實(shí)施較為困難，而污水監(jiān)測(cè)作為一種“點(diǎn)對(duì)面”、快速、“非侵入性”的方法，不會(huì)占用過(guò)多資源，節(jié)約人力、時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本.即使在患病率較低的情況下，污水監(jiān)測(cè)仍具有較高的靈敏度，為1~10人/(105人)[52].同時(shí)，污水監(jiān)測(cè)不涉及個(gè)人隱私，社會(huì)倫理學(xué)代價(jià)低.

b)為新型冠狀病毒的出現(xiàn)和新冠肺炎疫情的暴發(fā)提供預(yù)警信息.多個(gè)國(guó)家對(duì)污水中病毒核酸開(kāi)展時(shí)空監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)病毒核酸檢出早于發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)卮_診病例2~63 d[73]，提示污水監(jiān)測(cè)作為新冠肺炎疫情暴發(fā)預(yù)警的可行性和時(shí)效性.例如，美國(guó)多所大學(xué)(包括亞利桑那大學(xué)等)對(duì)學(xué)生宿舍污水進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)并隔離多名無(wú)癥狀感染者[74]；中國(guó)香港根據(jù)社區(qū)污水新型冠狀病毒陽(yáng)性檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)“德?tīng)査弊儺愔瓴⒉扇〈胧苊饬艘淮斡善湟l(fā)的新冠肺炎疫情[6].因此，開(kāi)展污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)，能早期識(shí)別病毒的出現(xiàn)，預(yù)判新冠肺炎疫情暴發(fā)流行的時(shí)間起點(diǎn)，判斷特定區(qū)域的病毒傳播程度，提前采取干預(yù)措施(如主動(dòng)核酸篩查和居家隔離)，提升精準(zhǔn)防控水平，從而遏制病毒傳播，降低新冠肺炎疫情的不利影響.

c)突變檢測(cè)能用于新型冠狀病毒變異株的篩查、定量與溯源.對(duì)新型冠狀病毒單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)突變的擴(kuò)增測(cè)序和系統(tǒng)發(fā)育分析可快速識(shí)別污水中的變異株[75]，了解病毒基因組的變異信息[76].例如，香港大學(xué)張彤教授團(tuán)隊(duì)從污水中檢出變異株，早于臨床發(fā)現(xiàn)確診病例3 d[77]；抵達(dá)澳大利亞的國(guó)際航班污水中檢出“奧密克戎”變異株，與實(shí)際病例的基因組測(cè)序結(jié)果一致[78]，有助于快速篩查新型冠狀病毒感染情況.因此，應(yīng)用AS-PCR或高通量測(cè)序技術(shù)開(kāi)展污水中病毒核酸的突變檢測(cè)與分析，能夠篩查并定量VOC和VOI，發(fā)現(xiàn)新的病毒變異株，判斷病毒進(jìn)化起源，有利于開(kāi)展病毒溯源與新冠肺炎疫情研判分析，指導(dǎo)疫情精準(zhǔn)防控.

d)預(yù)估與追蹤感染人數(shù)和新冠肺炎疫情規(guī)模，評(píng)估干預(yù)措施有效性.結(jié)合人體代謝、進(jìn)水流量和服務(wù)人群數(shù)量等人口學(xué)及基礎(chǔ)信息資料，建立預(yù)測(cè)預(yù)警模型，反推病毒在監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域內(nèi)的傳播狀況、估算感染人數(shù)[79]，有助于及時(shí)掌握新冠肺炎疫情發(fā)生、發(fā)展動(dòng)態(tài)，提供防控建議.例如，西班牙開(kāi)發(fā)了一種回歸模型估計(jì)包括無(wú)癥狀感染者在內(nèi)的感染人數(shù)，其估算的感染人數(shù)(1 661人)與實(shí)際病例數(shù)接近(1 667人)[80]；荷蘭水循環(huán)研究所聯(lián)合英國(guó)、希臘和西班牙研究人員研發(fā)污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)模型“Sewers4COVID”，結(jié)合污水流行病學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)，可快速、經(jīng)濟(jì)、高效地監(jiān)測(cè)全國(guó)范圍內(nèi)的新冠肺炎疫情暴發(fā)熱點(diǎn)，預(yù)測(cè)大流行的暴發(fā)[67].污水病毒載量與人群疫苗接種率相結(jié)合，可確認(rèn)疫苗的有效性[81]，污水中病毒核酸檢出濃度的下降，可為解除社交限制和隔離等防控措施提供支持.例如，美國(guó)印第安納州一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)輝瑞疫苗接種后，污水病毒核酸濃度顯著下降，且連續(xù)12 d污水固體中未檢出病毒核酸[82].

3 污水新型冠狀病毒預(yù)測(cè)預(yù)警現(xiàn)存關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

3.1 污水中新型冠狀病毒的分布特征及感染性缺乏足夠研究

當(dāng)前對(duì)污水新型冠狀病毒的監(jiān)測(cè)、流行病預(yù)測(cè)預(yù)警模型的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，在很大程度上受污水中病毒的完整性、基因組或核酸片段的持久性、病毒傳染性等方面的限制[83].感染者糞便中病毒載量、每天排便量、污水流量、下水道傳輸效率等不確定因素均會(huì)造成污水樣品采集和檢測(cè)準(zhǔn)確性的偏移，難以反映真實(shí)的病毒載量、人群感染比例與新冠肺炎疫情的變化趨勢(shì).與此同時(shí)，由于污水基質(zhì)較為復(fù)雜，難以分離培養(yǎng)其中的活病毒，關(guān)于污水中新型冠狀病毒活性、傳染力的機(jī)制仍不清楚，新型冠狀病毒是否可通過(guò)水環(huán)境傳播導(dǎo)致暴發(fā)尚缺乏足夠的科學(xué)證據(jù).

3.2 污水中新型冠狀病毒的富集濃縮及檢測(cè)方法亟待標(biāo)準(zhǔn)化

由于污水中新型冠狀病毒濃度較低以及方法本身的局限性，如何準(zhǔn)確、靈敏、高通量、低成本地采集、富集濃縮與檢測(cè)污水中的病毒核酸依然面臨巨大挑戰(zhàn).現(xiàn)階段核酸富集濃縮與檢測(cè)方法存在以下差異：一是既往大多數(shù)監(jiān)測(cè)針對(duì)污水的液相部分進(jìn)行病毒核酸提取和檢測(cè)，忽略了固相懸浮物吸附的病毒顆粒；二是濃縮方法、核酸提取和檢測(cè)方法的靈敏度、特異性、安全性亟待進(jìn)一步解決.由于病毒核酸極不穩(wěn)定，在污水中會(huì)被高度稀釋和降解，獲得較為完整的基因組序列相當(dāng)困難[84].針對(duì)新型冠狀病毒W(wǎng)BE現(xiàn)有的文獻(xiàn)多集中于優(yōu)化樣品收集和處理上，而缺少污水采樣方案設(shè)計(jì)的研究.目前，全球缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)監(jiān)測(cè)污水中的新型冠狀病毒，包括從污水采集、保存、運(yùn)輸、預(yù)處理、富集濃縮、核酸提取、檢測(cè)分析到最終的數(shù)據(jù)解讀，以及全過(guò)程的質(zhì)量控制，這些環(huán)節(jié)均對(duì)最終結(jié)果的科學(xué)性和有效性至關(guān)重要.

3.3 污水新型冠狀病毒的預(yù)測(cè)預(yù)警模型開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的局限性

由于污水監(jiān)測(cè)采用的是“點(diǎn)對(duì)面”的預(yù)測(cè)模式，從污水管網(wǎng)末端采樣，要實(shí)現(xiàn)病例的精準(zhǔn)追蹤和感染規(guī)模的精確評(píng)估預(yù)測(cè)預(yù)警能力較為困難，特別體現(xiàn)在：①污水管網(wǎng)覆蓋監(jiān)測(cè)人群區(qū)域的比例對(duì)于結(jié)果準(zhǔn)確性(漏檢)的影響.②清潔劑、消毒劑等日化用品的使用和消殺措施等對(duì)病毒顆?；蚝怂岱€(wěn)定性造成的影響.③檢測(cè)方法靈敏度的限制，因?yàn)榈陀跈z出限的陰性結(jié)果并不等于零病例.④對(duì)于預(yù)測(cè)預(yù)警模型建立的制約，體現(xiàn)在不同變異株病毒載量和脫落率的差異性等.⑤新型冠狀病毒的排遺特征數(shù)據(jù)不足，缺乏各年齡組、性別組、感染的病毒變異株組和感染/疾病進(jìn)展中的病毒攜帶載量和排出量數(shù)據(jù).解決上述問(wèn)題：首先，需要了解感染者糞便中病毒核酸載量，確保污水樣本對(duì)目標(biāo)人口的代表性，明確病毒在污水中的稀釋情況及檢出限；其次，需要完善的污水收集處理管網(wǎng)，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的采樣設(shè)計(jì)，如從上游至下游的全覆蓋監(jiān)測(cè)策略或針對(duì)熱點(diǎn)區(qū)的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)策略；最后，需要與流行病學(xué)家、環(huán)境工程師和公共衛(wèi)生人員等密切合作.

4 全球污水新型冠狀病毒預(yù)測(cè)預(yù)警研究對(duì)我國(guó)的啟示

我國(guó)幅員遼闊，人口眾多，污水監(jiān)測(cè)可作為目前新冠肺炎監(jiān)測(cè)體系的重要補(bǔ)充，實(shí)時(shí)掌握全國(guó)重點(diǎn)地區(qū)和重點(diǎn)場(chǎng)所的污水中新型冠狀病毒分布特征和新冠肺炎疫情發(fā)生發(fā)展動(dòng)態(tài)，特別是有助于無(wú)癥狀感染者的早期發(fā)現(xiàn).對(duì)污水病毒核酸陽(yáng)性區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別研判，開(kāi)展核酸序列突變監(jiān)測(cè)，通過(guò)污水管網(wǎng)回溯提示污水處理廠(chǎng)覆蓋社區(qū)和居民病毒變異株的感染情況，在空間上縮小調(diào)查與篩查范圍，節(jié)約人力、時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，提升精準(zhǔn)防控水平.我國(guó)可循序漸進(jìn)開(kāi)展以下工作：

a)建立標(biāo)準(zhǔn)，形成污水新型冠狀病毒及變異株的檢測(cè)技術(shù)規(guī)范.2022年3月24日，國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)發(fā)布了WS/T 799?2022《污水中新型冠狀病毒富集濃縮和核酸檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)》，明確相關(guān)具體操作規(guī)程，為我國(guó)污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)提供了重要依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo).但是，針對(duì)全球范圍出現(xiàn)的高度傳播的新型冠狀病毒變異株，仍需建立新的檢測(cè)技術(shù)方法，快速鑒定并追蹤不同的病毒變異株以及新出現(xiàn)的變異株，便于及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施.

b)合理應(yīng)用，為未來(lái)新冠肺炎疫情的再次暴發(fā)做好技術(shù)與應(yīng)用儲(chǔ)備.目前我國(guó)一些地區(qū)已初步開(kāi)展了污水流行病學(xué)的研究應(yīng)用.例如，廣東省疾病預(yù)防控制中心開(kāi)展污水中諾如病毒監(jiān)測(cè)，提前1~2個(gè)月發(fā)現(xiàn)諾如病毒變異株[85]；中國(guó)疾病預(yù)防控制中心病毒病所在新疆的污水樣本中發(fā)現(xiàn)星狀病毒等[86]；中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境所聯(lián)合當(dāng)?shù)丶部貙?duì)云南省某市新冠肺炎患者救治醫(yī)院、隔離點(diǎn)等高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所的污水、河流水體等進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院污水中新型冠狀病毒檢出率為100%；中國(guó)疾病預(yù)防控制中心傳染病所聯(lián)合新疆當(dāng)?shù)丶部卦谀辖畟餍袩狳c(diǎn)地區(qū)開(kāi)展醫(yī)院污水檢測(cè)，分離到傷寒沙門(mén)菌，從而提示住院患者中存在傷寒病人，為臨床診斷提供方向；香港大學(xué)在社區(qū)污水中檢出病毒核酸[50]，發(fā)現(xiàn)多名無(wú)癥狀感染者.因此，選擇重點(diǎn)邊境口岸地區(qū)或高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所開(kāi)展污水監(jiān)測(cè)，基于現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)，在新冠肺炎疫情防控過(guò)程中不斷探索優(yōu)化監(jiān)測(cè)方案，特別是采樣點(diǎn)位、采樣時(shí)間和采樣頻次的設(shè)置，獲取實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn).

c)科學(xué)布局，逐步形成全國(guó)范圍的污水中病原體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò).我國(guó)尚未建立系統(tǒng)性、全國(guó)性的污水流行病學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)重制約著污水預(yù)測(cè)預(yù)警模型研究.但是，我國(guó)的城市排水系統(tǒng)管網(wǎng)在不斷優(yōu)化改進(jìn)，截至2020年，我國(guó)有城市污水處理廠(chǎng)2 618座，縣城污水處理廠(chǎng)1 708座，覆蓋31個(gè)省(直轄市、自治區(qū))[87]，城市污水收集覆蓋率已達(dá)95%，為建立全國(guó)性的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ).污水新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)需多學(xué)科、多部門(mén)密切協(xié)作，建立健全工作機(jī)制，逐步推廣形成全國(guó)性的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò).污水監(jiān)測(cè)同樣適用于其他病原體(如脊灰病毒、流感病毒、諾如病毒、輪狀病毒、霍亂弧菌、沙門(mén)菌、結(jié)核分枝桿菌等)，實(shí)時(shí)掌握污水中病原體分布特征信息，了解其在我國(guó)人群中的流行特征及動(dòng)態(tài)變化，助力于我國(guó)傳染病智慧化預(yù)警多點(diǎn)觸發(fā)機(jī)制和多渠道預(yù)測(cè)預(yù)警機(jī)制.

d)優(yōu)化模型，為新冠肺炎疫情及其他傳染病流行預(yù)警提供依據(jù).打通部門(mén)、機(jī)構(gòu)間信息壁壘，實(shí)現(xiàn)污水中病毒核酸濃度和基因組序列的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、新冠肺炎疫情流行病學(xué)數(shù)據(jù)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的臨床監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等多元信息系統(tǒng)整合，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，可建立新冠肺炎疫情預(yù)測(cè)預(yù)警模型，估計(jì)感染規(guī)模.不斷利用多維度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)優(yōu)化模型，形成智能化信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)，一方面應(yīng)用于新型冠狀病毒監(jiān)測(cè)，另一方面也為將來(lái)基于污水流行病學(xué)的病原體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)平臺(tái)，將極大提升我國(guó)應(yīng)對(duì)傳染病及非傳染病的預(yù)測(cè)預(yù)警、流行規(guī)模評(píng)估及精準(zhǔn)施策的能力.