卢旺达国际机场基于基因组监测的SARS-CoV-2变异株早期预警：航空废水与鼻咽拭子双样本策略的互补价值

为解决国际旅行中SARS-CoV-2变异株早期监测难题，卢旺达生物医学中心联合Ginkgo Biosecurity创新性开展航空废水与鼻咽拭子双样本基因组监测研究。通过分析7,869份鼻咽拭子（平均8.7人/池）和1,165份航空废水样本，发现飞行时长>6小时显著提升检测率（废水OR=4.6，拭子OR=3.1），并首次在非洲实现JN.1变异株早于WHO预警28天的检出。该研究为资源有限地区建立高性价比病原体监测模型提供范式。

　　

全球新冠疫情暴露出传统传染病监测体系的脆弱性，尤其在国际旅行场景中，病原体跨境传播往往在临床病例报告前就已发生。尽管废水监测被证明能提前18-31天发现变异株，但非洲地区因测序能力有限，旅行者相关基因组数据覆盖率不足14%。如何在高流量口岸建立经济高效的早期预警系统，成为卢旺达等资源有限国家面临的重大挑战。

卢旺达生物医学中心与Ginkgo Biosecurity的研究团队在基加利国际机场开展了一项开创性研究，通过整合航空废水与池化鼻咽拭子两种采样策略，构建了非洲首个旅行者病原体主动监测系统。该研究发表于《IJID Regions》，证实双样本策略可互补覆盖169个国家的旅行者，其中JN.1变异株的检出比全球流行高峰提前2个月。

研究采用三项关键技术：1) 航空废水采样使用专利收集装置连接飞机盥洗室排水管，结合Nanotrap? Microbiome颗粒浓缩病毒；2) 鼻咽拭子采用5-10人池化策略，通过Maxwell? RSC 48自动化提取核酸；3) 使用ARTIC 5.3.2引物组进行纳米孔测序（MinION R9.4.1），经Freyja和Pangolin进行变异株分型。

【航空废水和池化鼻咽拭子样本采集概况】
2023年7月至2024年8月期间，鼻咽拭子覆盖7,869个样本池（CT<37），测序成功率达84%，而1,165份废水样本（CT<40）测序成功率64%。地理分布显示，鼻咽拭子可追溯至169个出发国，而废水仅覆盖8个主要航线国。

【飞行时长影响SARS-CoV-2检测效率】
6小时成为检测效率关键阈值：长程航班废水阳性率从11%跃升至34%（p<0.0001），鼻咽拭子从7.5%增至14%。逻辑回归显示飞行时长是独立影响因素，可能与乘客排泄频率提升（短程13% vs 长程36%）相关。

【检测方法的独立性验证】
卡方检验表明两种方法相关性微弱（p=0.14），调整飞行时长后更不显著（p=0.72）。这种独立性使得联合检测可将总体检出率提升47%，尤其在长程航班中互补价值显著。

【变异株多样性特征】
测序数据揭示8种主要变异株动态，包括WHO关注的XBB.1.5、EG.5和BA.2.86。值得注意的是，2023年10月10日鼻咽拭子检出的JN.1株，系统发育分析显示与爱尔兰株（2023-10-19）形成高支持度分支（bootstrap=87%），提示欧洲输入路径。突变谱分析发现BA.2.86特征突变（S:R356T/S:L455S/S:E554K）与全球流行趋势同步演变。

该研究证实，双样本策略可突破单一检测的局限性：鼻咽拭子提供高分辨率个体数据，而废水监测对长程航班更敏感。通过建立突变谱预警模型（如L455S突变追踪），使得变异株发现早于临床报告成为可能。卢旺达模式为非洲地区建立低成本监测网络提供可复制模板，其扩展应用（如纳入其他病原体）将显著提升全球生物安全防御能力。研究团队计划将该系统推广至陆地边境口岸，以构建更完整的传染病防御网络。