美国阿肯色州中部后疫情时代废水中SARS-CoV-2亚谱系动态监测及基因组演化研究

为解决新冠病毒(SARS-CoV-2)变异株社区传播监测难题，美国FDA国家毒理学研究中心团队通过废水流行病学方法，追踪2022-2024年阿肯色州两大都市区病毒亚型演变。研究采用RT-qPCR定量ORF1ab/S/N基因，结合Illumina ARTIC v4扩增子测序和Freyja生物信息分析，揭示Omicron亚谱系（含JN.1）的时空分布规律，为公共卫生预警提供环境监测新范式。

　　

冠状病毒作为能跨物种传播的RNA病毒，其高突变率与重组特性始终威胁全球公共卫生。COVID-19大流行期间，废水监测因其非侵入性和社区覆盖优势，成为追踪SARS-CoV-2变异的有效手段。然而，随着2023年5月WHO宣布公共卫生紧急状态结束，如何持续监测病毒演化、预警潜在新发变异株成为后疫情时代的关键挑战。

美国食品药品监督管理局国家毒理学研究中心的Volodymyr P. Tryndyak和Camila S. Silva团队，在《Scientific Data》发表了阿肯色州中部2022-2024年的废水监测研究。该研究延续其前期工作（2020-2022），通过系统分析小石城和派恩布拉夫两地污水处理厂的201份样本，首次完整描绘了后紧急状态时期Omicron亚谱系的更替轨迹。

研究采用多技术联用策略：1）RT-qPCR定量病毒ORF1ab/S/N基因并标准化至PMMoV（胡椒 mild mottle病毒）；2）Illumina ARTIC v4扩增子测序构建基因组；3）DRAGEN COVID Lineage和NextClade进行变异分析；4）Freyja估算谱系丰度。样本来自当地水务部门常规采集的市政废水。

主要发现

1. 基因检测动态：
   ORF1ab和S基因信号持续性强，而N基因在Omicron流行期检出率显著降低。2024年1月S基因的突然消失与JN.1谱系崛起存在时间关联，提示刺突蛋白（S-protein）关键突变可能影响检测灵敏度。

2. 变异株更替图谱：
   测序数据（199/201样本）显示，BA.2至BA.5等Omicron亚型在2022年主导流行，2023年末被JN.1取代。系统发育分析（图2）证实废水毒株与临床报告变异高度一致，验证了环境监测的可靠性。

3. 突变积累特征：
   基因组位点变异分析（图2C）揭示ORF1ab区域突变频率最高，可能与病毒适应性进化相关。相比Delta时期，Omicron谱系在S蛋白受体结合域（RBD）呈现加速演化趋势。

结论与意义
该研究建立了后疫情时代SARS-CoV-2持续监测的标准化流程，证实废水基因组学可早于临床报告2-4周发现新兴变异株。特别值得注意的是，JN.1谱系可能通过S蛋白逃逸突变影响现有检测方法，这一发现为诊断试剂更新提供预警。数据通过NCBI（PRJNA865728）和Figshare开源共享，为全球变异株追踪提供重要基准。

作为首个覆盖美国中部地区长达四年的废水监测研究，其方法论创新（如PMMoV标准化、多靶点联合分析）为应对未来新发传染病监测树立了技术标杆。研究同时凸显环境病毒组学在公共卫生决策中的战略价值——即便在官方病例报告终止后，废水数据仍能揭示隐性传播链，这对资源有限地区的疫情防控具有特殊意义。