医院废水监测揭示SARS-CoV-2院内传播与病毒进化动态

本研究通过长达3年的医院废水监测（SARS-CoV-2），优化采样频率与实验室技术，建立跨象限病毒传播模型，证实废水测序可精准捕获临床病毒多样性，为非市政级中尺度废水监测提供实践框架，助力COVID-19精准防控。

　　

医院与科研建筑监测概况

研究团队在2021年5月至2024年3月期间，对纽约长老会医院哥伦比亚大学医学中心（NYP-CUIMC）的医院主楼两个独立象限（HQA、HQB）及一栋科研教学楼（RB）开展高频废水采样。通过自动化复合采样设备，每周采集3-5次24小时时间加权样本，累计覆盖HQA 149周、HQB 144周及RB 121周。采用聚乙烯二醇（PEG）沉淀与InnovaPrep浓缩技术处理样本，结合双重qRT-PCR（N2基因检测）和crAssphage定量，建立病毒载量计算模型（公式1）。

废水病毒浓度与临床病例的关联性分析

研究创新性地将电子病历中患者位置数据与废水检测关联，假设患者确诊后3-14天不等的病毒脱落窗口期。交叉相关分析显示，仅使用废水数据时，HQB象限的病毒载量与临床病例相关性更强（R²=0.45，14天脱落假设），而加入历史病例数据后模型显著优化（HQA R²达0.86）。值得注意的是，crAssphage标准化未提升预测效能（HQA R²仅提高0.01），提示医院级监测可能无需人口标记物校正。灵敏度分析表明，HQA需每周至少3次采样以维持显著性，而HQB仅需1次。

院内病毒多样性的空间异质性

对Ct值<33的废水样本（HQA 133份，HQB 99份）进行纳米孔全基因组测序，发现：

1. 时空特异性：Alpha变体仅在2022年6-8月出现于HQA废水及对应病房患者样本，而HQB未检出；
2. 早期预警：XBB.1.5谱系在2022年末的废水测序中早于临床检出1个月；
3. 隐匿传播：Delta变体在2022年初废水中的持续存在，与当时主流Omicron BA.1/BA.2的临床数据形成反差。

非住宅环境的监测挑战与策略

科研楼（RB）64%的周样本呈阴性（Ct>40），但36%的阳性检出周均对应社区感染高峰。尽管低病毒载量（中位数66拷贝/毫升）限制定量分析，阈值法（检出/未检出）仍可识别传播期，如2022年BA.5与BQ.1变异株流行阶段。

讨论与展望

该研究证实医院级废水监测能实现：

• 精准预测：通过"废水+临床"双数据模型提前1周预警病例增长；
• 变异追踪：直接测序可替代部分临床基因组监测，尤其对免疫抑制病房等特殊场景；
• 成本优化：相比市政级监测，中尺度系统更适配靶向干预。

局限性包括：重症监护单元等独立排水系统未覆盖，以及crAssphage在低流量场景的适用性待验证。未来可扩展至呼吸道合胞病毒（RSV）或耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）等多病原体监测，但需开发病原特异的富集技术。

（注：全文基于原文数据缩编，未添加非文献依据的结论）