基于捕获宏基因组技术评估污水和贝类样本中人肠道病毒的多样性及其公共卫生意义

为解决环境水体中人肠道病毒污染监测难题，研究人员采用三种商业捕获富集试剂盒（Illumina、Roche、Twist Biosciences）对污水和贝类样本进行宏基因组测序分析。研究发现Twist Biosciences试剂盒在病毒多样性检测、基因组分型及技术重复性方面表现最优，尤其在污水中鉴定出35种以上病毒株，为废水流行病学和食源性病毒防控提供了新方法。

　　

研究背景
人类污水是环境水体中人肠道病毒污染的主要来源，这些病毒可能通过贝类等食物链传播引发疫情。尽管宏基因组测序为病毒多样性分析提供了新途径，但污水和贝类样本中病毒载量低、基质干扰大、病毒株精确鉴定困难等问题仍制约着监测效果。随着废水流行病学(WBE)在COVID-19疫情防控中展现出巨大价值，如何优化技术手段全面监测污水中的病毒谱成为研究热点。

法国农业与食品部(Ministry of Agriculture and Food)和VEO欧盟项目资助的研究团队在《Marine Pollution Bulletin》发表论文，系统比较了三种捕获富集试剂盒在污水和贝类样本中的表现。研究人员发现，Twist Biosciences的病毒综合检测方案在病毒多样性分析、技术重复性和基因组组装长度方面显著优于Illumina和Roche的靶向检测方案，为环境病毒监测提供了更优工具。

关键技术方法
研究采集5份污水和5份贝类样本（4份牡蛎、1份贻贝），采用聚乙二醇(PEG)浓缩法和核酸提取后，分别使用Illumina Viral Surveillance Panel（靶向66种病毒）、Roche GastroCap（胃肠道病毒富集）和Twist Viral Comprehensive Panel（覆盖15,488种病毒）制备文库。通过Illumina NextSeq 2000平台测序后，采用EsViritu映射分析和de novo组装双管线进行生物信息学分析，重点评估四种人类致病病毒科（星状病毒科Astroviridae、杯状病毒科Caliciviridae、小RNA病毒科Picornaviridae、呼肠孤病毒科Sedoreoviridae）的检测效能。

研究结果

3.1 原始数据特征
Twist Biosciences试剂盒在污水样本中平均获得2109万条reads，显著高于其他两种方案。Bray-Curtis多样性分析显示该方案技术重复性最佳（p=0.030），而贝类样本因病毒载量低未显示显著差异。

3.2 病毒科水平多样性
Twist Biosciences在污水中检出17个病毒科，远多于Illumina（11科）和Roche（9科）。对四种目标病毒科的reads per million(rpm)分析表明，该方案对星状病毒科（p=0.0031）、杯状病毒科（p=0.0226）等检测灵敏度最高。Shannon指数证实其亚型鉴定能力最优（p=0.005）。

3.3 四种病毒科的深入分析
de novo组装显示Twist Biosciences产生的哺乳动物病毒contigs数量最多（污水样本614条，贝类43条）。值得注意的是，该方案在贝类中成功组装出诺如病毒GI.2[P2]长contig（7504 nt），覆盖率达90%以上。

3.4 亚型水平鉴定
在杯状病毒科中，Twist Biosciences鉴定出19种诺如病毒基因型和11种札幌病毒基因型，多样性远超其他方案。其组装的轮状病毒A型contigs中75.8%可精确分型（40种亚型），而Illumina和Roche分别仅26.6%和47.8%。

3.5 长contig比较
Twist Biosciences获得6条近全长（>90%）札幌病毒基因组，包括罕见的GV.2型；而Illumina仅检出2条。在星状病毒科中，该方案还首次在环境样本中检出猫星状病毒（6844 nt，覆盖率468×）。

研究意义
该研究首次系统评估了新一代捕获富集技术在环境病毒监测中的应用价值。Twist Biosciences方案的广谱性优势使其不仅能检测目标病原，还能发现新型或重组病毒株，这对食源性疾病预警尤为重要。在污水样本中，该方法实现了35种以上病毒株的精确鉴定，为WBE提供了更全面的技术支撑；而在低载量贝类样本中的成功应用，则突破了传统检测方法的灵敏度瓶颈。

研究者特别指出，该方法对轮状病毒分型能力的提升（检出11个基因节段的40种亚型），有助于追踪病毒进化与传播链。此外，检测到人兽共患病毒（如猫星状病毒）的发现，印证了"同一健康"理念下环境监测的重要性。尽管当前贝类样本检测仍面临挑战，但该研究为建立标准化环境病毒监测流程提供了重要技术参考，对防范未来疫情具有积极意义。