多实验室网络协同监测SARS-CoV-2废水：方法学差异与数据一致性研究

本研究针对多实验室网络在SARS-CoV-2废水监测中方法学差异导致的数据可比性问题，通过15轮跨实验室样本分析，评估了RT-qPCR检测的变异性和PMMoV标准化效果。结果显示SARS-CoV-2检测具有中度一致性（ICC≈0.70），而PMMoV因方法特异性差异显著（ICC=0.22），为全球废水监测网络的标准化提供了关键依据。

　　

随着COVID-19大流行的发展，基于废水的流行病学监测（Wastewater-Based Epidemiology, WBE）因其能够提供社区范围内无偏见的病毒传播信息而成为重要工具。然而，由于不同实验室采用多样化的样本处理方法和检测流程，数据可比性问题日益凸显。在加拿大安大略省废水监测计划（WSI）中，13个学术实验室和加拿大公共卫生署国家微生物学实验室组成的网络面临着方法学差异带来的挑战——从样本预处理（如离心速度、PEG沉淀）到靶标选择（如N1/N2基因或PMMoV），这些变量如何影响最终数据的可靠性？更重要的是，当这些数据被用于公共卫生决策时，方法间的差异是否会导致误判？

为回答这些问题，由Alex H.S. Chik领衔的研究团队设计了一项历时两年半的大规模实验室间比对研究。通过15轮真实废水样本的分割测试，覆盖奥密克戎变异株流行前后关键时间节点，系统评估了15种实验室方法对SARS-CoV-2和粪便指示病毒PMMoV的检测一致性。研究特别关注三个核心问题：不同方法能否在绝对浓度估计上达成一致？实验室内部重复性能否满足趋势监测需求？常用的PMMoV标准化是否会引入额外变异？这项发表在《Science of The Total Environment》的研究，为全球废水监测网络提供了首个长期方法学验证框架。

关键技术方法包括：1）采用验证过的分割采样方案确保样本均一性；2）15种实验室自主开发的RT-qPCR工作流程（涵盖离心、过滤、PEG沉淀等预处理）；3）线性混合模型分析固定/随机效应；4）组内相关系数（ICC）评估方法间一致性；5）美国CDC推荐的N1/N2基因和PMMoV RdRp基因作为靶标。所有数据均符合《RT-qPCR性能特征评估协议》（PERPC）的质量控制要求。

研究结果揭示：

1. 1.

   原始靶标浓度差异：SARS-CoV-2信号在奥密克戎流行期达到峰值（N1: 1.1×10² gc/mL），不同实验室间变异度（RSD）始终低于0.51-log₁₀，而PMMoV的实验室间差异高达0.77-log₁₀。

2. 2.

   方法间变异解析：线性混合模型显示，SARS-CoV-2检测的边际均值最大相差0.56-log₁₀（实验室6 vs 15），但ICC显示中度一致性（N1=0.69；N2=0.72）。PMMoV则因标准物质不统一和病毒分区行为差异导致极低一致性（ICC=0.22）。

3. 3.

   PMMoV标准化争议：与预期相反，使用PMMoV校正SARS-CoV-2信号反而降低数据可比性，推测因其在废水液相中的富集特性与主要针对固相优化的方法不匹配。

4. 4.

   奥密克戎变异影响：N1基因探针区域突变（C28312T/A28330G）导致其信号相对于N2显著降低，凸显持续监测引物匹配度的必要性。

这项研究的重要意义在于：首次证明多实验室网络即使采用非标准化方法，仍可获得具有流行病学意义的SARS-CoV-2趋势数据。通过建立方法学变异基线，为全球废水监测网络提供了数据整合的科学依据。研究者特别强调，PMMoV标准化需谨慎评估适用尺度，而实验室应定期验证靶标分区行为和方法灵敏度。这些发现直接指导了加拿大废水监测数据库的构建标准，并为WHO正在制定的全球WBE指南提供了关键证据。未来研究需关注统一标准物质开发和方法性能的持续验证，以应对新发病毒变异的监测挑战。