学校废水中SARS-CoV-2 RNA的监测效能与适用性评估：基于废水的流行病学监测在公立学校中的实践与挑战

《Scientific Reports》：Performance and suitability of wastewater based-surveillance for SARS-CoV-2 RNA in public schools

语 为评估近源废水监测（WBS）在学校环境中追踪SARS-CoV-2的可行性，研究团队在加拿大卡尔加里的四所公立学校开展了为期四个月的实证研究。通过对比学校与市政污水处理厂（WWTP）的废水样本，发现学校废水中的SARS-CoV-2 RNA检出率显著低于社区水平（20.3% vs. 100%），且病毒载量与粪便生物标志物（如PMMoV）浓度较低。研究证实学校WBS能提前1-5天预警临床病例，但受限于校内如厕行为差异及管道基础设施挑战，其应用效能可能受抑。该研究为学校场景下病原体监测提供了技术参考，并提示需关注非粪便排泄途径的病原体监测潜力。

　　

随着COVID-19大流行的持续，废水监测（Wastewater-Based Surveillance, WBS）技术迅速崛起，成为追踪社区疫情动态的关键工具。通过检测废水中SARS-CoV-2的RNA片段，研究人员能够在临床病例上报前数天发现疫情信号，为公共卫生决策提供宝贵时间窗口。然而，尽管WBS在市政污水处理厂（WWTP）层面已广泛应用，其在更精细尺度（如单个建筑或设施）的应用潜力仍待探索。学校作为儿童和青少年聚集的典型场所，其疫情监测对防控校内传播及保障教育系统正常运行具有重要意义。但学生如厕行为差异、管道系统复杂性及低病毒载量等挑战，使得学校环境的WBS实施面临独特难题。

为此，加拿大卡尔加里大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表论文，系统评估了SARS-CoV-2 WBS在公立学校中的可行性与效能。研究于2020年12月至2021年3月（阿尔伯塔省第二波疫情后低谷期）开展，聚焦四所学生数超500人的学校，通过对比其废水样本与三家市政WWTP的数据，结合临床病例和缺勤记录，多维度分析了学校WBS的灵敏度、时效性及技术瓶颈。

关键技术方法概述

研究采用复合采样策略，在学校和WWTP分别收集8小时和24小时废水样本，通过硅胶柱纯化法（4S法）浓缩并提取核酸，利用RT-qPCR技术定量检测SARS-CoV-2的N1/N2基因、粪便生物标志物PMMoV（胡椒轻度斑驳病毒）及外源对照BCoV（牛冠状病毒）。同时，对废水样本进行化学分析（总悬浮固体TSS、挥发性悬浮固体TVSS等），以评估粪便含量与信号干扰因素。临床数据来源于阿尔伯塔卫生服务局报告的校内确诊病例及每日出勤记录。

研究结果

学校筛选与废水采集效能

在初步筛查的17所学校中，仅4所（23.5%）的管道系统满足全面监测要求（需≤2个采样点覆盖全校且排除周边污水干扰）。采样期间，学校废水采集成功率（76.5%）显著低于WWTP（100%），失败主因包括管道堵塞、污水流量过低及环境温度异常。

学校废水中SARS-CoV-2 RNA信号与社区对比

学校废水SARS-CoV-2检出率仅20.3%（13/64样本），且病毒载量中位数为0，远低于WWTP水平（N1基因中位数126拷贝/毫升）。

即使以PMMoV标准化后，学校样本的病毒信号仍显著偏低（p<0.0001），表明学校废水粪便稀释度更高。

废水信号与临床病例的关联性

13份阳性废水样本中，69.2%在后续采样中持续阳性，且阳性信号与1-5天内出现的临床病例显著相关（p=0.008）。

但废水信号与学生缺勤率无显著相关性，反映确诊病例仅占缺勤的极小比例（中位占比0.09%）。

学校WBS的特殊性

学校废水的PMMoV浓度、TSS和TVSS均显著低于WWTP，支持“学生避免在校排便”的假设。采样点2B因固体含量低且BCoV回收率差，提示可能存在信号抑制或RNA提取效率问题。

结论与讨论

本研究证实学校WBS可作为COVID-19临床诊断的先行指标（最多提前5天），但其应用面临三重挑战：首先，多数学校管道基础设施难以支持非侵入式全面监测；其次，采样设备在校园环境中更易故障；最关键的是，学生避讳在校排便导致粪便标志物浓度降低，可能显著削弱对粪便排泄病原体（如SARS-CoV-2）的检测灵敏度。研究者指出，未来学校WBS应优先评估基础设施适配性，并探索非粪便排泄病原体（如尿液传播病毒）的监测潜力。尽管存在局限，该研究为学校场景的病原体预警提供了实证基础，并强调了WBS在弥补儿童群体临床检测不足方面的公共健康价值。