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新冠病毒追踪:污水不会说谎

污水样本在检测前必须经过精心处理,包括过滤、浓缩和RNA提取。 swissinfo.ch

一年多来,科学家们一直在瑞士污水中寻找新冠病毒的痕迹,并由此取得了多项世界性的重大突破。然而,这个项目能否继续推进还尚未可知。

此内容发布于 2021年05月18日 - 09:00

“有时候它们的颜色像香槟,有时更像卡布奇诺咖啡,不同的污水样本外观各不相同,”菲德里卡·卡里蒂(Federica Cariti)说。

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)外部链接的一个实验室中,这位年轻的研究员使用一个枪形装置,将污水精确地取样至玻璃试管中。随后,这些浑浊的液体将在一个精心准备的流程中进行过滤和浓缩,以检测新冠病毒是否存在,并确定其具体数量。

“这是一台离心机,其工作方式有点像洗衣机。我们把样本放在里面30分钟,将机器开至最大功率对其进行清洗,”她解释说。

然后用装有特殊膜的塑料烧杯过滤液体,以捕获病毒或相关蛋白质。接下来,样本被进一步浓缩,以得到适合最终检测的样本。

自2020年2月在瑞士污水样本中发现新冠病毒以来,这一繁琐的处理过程已成为瑞士洛桑联邦理工学院四名研究人员的例行工作。他们与位于苏黎世的瑞士联邦水科学和技术研究所(Eawag)外部链接以及苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)巴塞尔校区的专家合作,对新冠病毒的传播路径进行详细评估。

在苏黎世韦德霍兹利(Werdhölzli)污水处理厂收集污水样本。 © Esther Michel

自去年夏天以来,研究人员在苏黎世和洛桑的污水处理厂定期收集样本,并对新冠病毒进行检测。得益于联邦公共卫生局(FOPH)的财政支持,该研究项目于今年2月扩展到了分布在瑞士各地的六家污水处理厂。它现在覆盖了更广泛的排水区,涉及瑞士农村和城市地区共计约100万居民(瑞士总人口为860万)。

“使用污水监测病毒传播并不是什么新鲜事,” 瑞士洛桑联邦理工学院科学家泽维尔·费尔南德斯·卡西(Xavier Fernandez Cassi)解释道,“但是每天对如此多的污水厂的废水进行大规模基因组测序,的确实属罕见,在此之前,我们还从未针对任何病毒进行过此类大规模检测工作。”

污水监测

经过两轮致命的疫情冲击,瑞士的新冠肺炎感染人数累计已达到近66.5万,死亡人数也超过了1万,虽然据联邦公共卫生局估计,实际感染人数可能高达瑞士人口的三分之一外部链接。疫苗接种活动已于2020年12月下旬启动,并且目前正在加速进行。人们担心出现第三波疫情暴发,而目前新增病例数已趋于稳定。

实施有效的病毒检测和溯源一直存在挑战,尤其在瑞士的联邦治理体系中,检测责任全部落在国内26个州身上。但随着时间的推移,监测工作已普遍得到改善。

瑞士的污水新冠病毒监测项目最初只是一个小型研究项目,而现在已被视为政策决策者的一个重要监测工具,并作为临床检测的有益补充。在伯尔尼举办的医疗专家新闻发布会上,专家们公布了有关污水中病毒浓度和波动的研究结论。

外部内容

这种方法具有几个优点。在污水中检测到病毒的时间会比临床检测早几天,因为从最初的症状出现到确诊,往往中间有一段时间的间隔。只要出现10个新增病例,就可以从污水中检测到新冠病毒。

瑞士联邦水科学和技术研究所团队负责人克里斯托夫·奥尔特(Christoph Ort)表示,污水不会说谎。

“这是对大量人口进行检测的有效方法。因为瑞士拥有良好的污水处理系统,100%的地区都符合抽样检测条件,”奥尔特说,“与其他检测措施相比,这种方法也相对更便宜。”

美国、英国、巴西、荷兰和意大利等多个国家都在监测污水中的新冠病毒。瑞士团队由苏黎世联邦理工学院的研究人员组成,他们彼此之间合作紧密,并取得了多项突破性进展。

例如,他们使用污水数据来计算病毒的有效繁殖数 (Re值)。

瑞士联邦水科学和技术研究所发言人安德里·布莱纳(Andri Bryner)表示:“到目前为止,我们似乎是唯一这样做的机构,以便将得出的数值与基于病例数或住院和死亡人数计算的Re值进行有效比较。”

在去年圣诞节期间,瑞士科学家率先在污水中成功识别出英国变种病毒。

瑞士洛桑联邦理工学院科学家泽维尔·费尔南德斯·卡西(Xavier Fernandez Cassi)和玛丽·海伦·科雷(Marie-Hélène Corre)正在准备污水样本。 EPFL

趋势而非病例

然而,这种监测方式也有其局限性。目前,它只能提供趋势数据,而无法提供实际感染病例数。污水样本也无法用于区分新增感染病例和已经康复、但仍在排泄新冠病毒基因物质的人。

奥尔特说:“我们对谁排泄出多少可识别的新冠病毒遗传物质,以及何时发生这种情况仍然了解甚少。”

起初,该团队还希望污水分析能够比临床检测更快速地提供信息。瑞士和国外的研究人员曾经在大规模检测中出现确诊病例之前两周,就通过污水分析发现了该趋势的预警信号。

奥尔特表示:“由于现在的检测能力提高了,而且出结果的时间更快,所以污水检测结果的提前量没那么大了。”

在疫情发生的不同时期里,瑞士检测出的新冠病毒阳性率远远超过5%。根据世卫组织的说法,这一数据表明该国“潜藏”着大量未确诊病例。

最近,联邦水科学和技术研究所采集的苏黎世污水数据能够证实,较高的污水病毒水平和实际登记的临床检测数量之间确实存在差距。人们认为,这或许与今春复活节以来该地区进行的PCR和抗原测试数量下降有关。

在去年圣诞节期间,瑞士科学家率先在污水中成功识别英国变种病毒。 © Esther Michel

项目能否继续推进?

联邦公共卫生局认为该研究项目是确定潜在聚集性感染的有效补充工具。

“我们明确支持这些检测,并希望继续进行这些检测。它们是很好的工具,能够在新冠核酸检测之外以不同的方式跟踪疫情的进展,”联邦公共卫生办公室危机管理负责人帕特里克·马蒂斯(Patrick Mathys)近期向记者表示。

但是在撰写本文时,该项目的未来就像疫情的走向一样充满了不确定性。污水监测项目与联邦公共卫生局的现行合同将即将于2021年7月底到期。联邦和州一级的各部门和官员都将参与决定该项目是否继续、以及如何继续。

联邦公共卫生局发言人格雷戈里·格诺纳特(Grégoire Gogniat)向瑞士资讯swissinfo.ch表示:“不能排除缔结新的合同以继续实施该项目,但这在很大程度上取决于瑞士未来几个月的疫情状况和感染人数的变化。”

展望未来,研究人员希望他们的新冠病毒监测工作能够继续进行下去,随着检测网络的建立,该项目可以作为一个早期预警系统,覆盖瑞士更广泛的地区,因为这种检测不仅能够提示未来的疫情暴发,还能识别新的或正在出现的病毒变种。然而他们也深知,这项工作的一部分最终很可能会被外包给州级或商业实验室。

但是除了监测新冠病毒之外,该团队仍然相信这种监测技术能发挥其他强大作用,因为该技术过去就曾被用于寻找小儿麻痹症病例和城市中通过地下交易的非法药物

瑞士洛桑联邦理工学院的团队负责人塔玛·科恩(Tamar Kohn)表示:“这不仅是一种流行病监测工具,该监测方法还可用于取样,并识别对抗生素具有耐药性的基因,毕竟,耐药性问题也让公共卫生机构倍感担忧。”

她补充说:“这一监测工具还有许多其他医学用途,例如监测流感和致癌病毒,又譬如我们正在尝试探究的人乳头瘤病毒。”

“我们要看看到底能把该监测法推进到什么程度。”

(译自英文:中文部)

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