基于污水监测与病毒分离的整合策略：SARS-CoV-2传播追踪及病原体活性验证研究

本研究通过长达1年的污水（WW）监测，结合RT-qPCR、数字PCR（dPCR）和细胞培养技术，揭示了SARS-CoV-2在布加勒斯特医院与污水处理厂（WWTP）的分布规律，证实污水病毒浓度可提前2周预警临床病例增长。研究首次从污水中分离出具有复制能力的SARS-CoV-2变异株（如XBB.1.5），并鉴定腺病毒（ADV）、博卡病毒（Bocavirus）等共存病原体，为基于污水流行病学（WBE）的公共卫生预警提供了关键技术支撑。

　　

监测污水中的SARS-CoV-2传播与病毒分离：整合病原体检测与 surveillance 的方法

1 引言

城市污水中含有大量病原体病毒，其浓度变化可反映人群感染动态。SARS-CoV-2通过粪便、尿液等途径进入污水系统，而污水流行病学（WBE）已成为追踪病毒传播的关键工具。本研究旨在通过污水监测与病毒分离技术，验证SARS-CoV-2的活性及其流行病学意义。

2 材料与方法

2.1 污水样本采集与病毒浓缩

在布加勒斯特的污水处理厂（WWTP）和传染病医院持续1年采集污水样本，采用聚乙二醇（PEG 8000）沉淀法浓缩病毒颗粒，RNA提取后通过RT-qPCR和数字PCR（dPCR）定量SARS-CoV-2浓度。

2.2 病毒分离与培养

使用VeroE6细胞系接种污水病毒悬液，观察细胞病变效应（CPE），并通过透射电镜（TEM）鉴定病毒形态。同时检测腺病毒（ADV）、博卡病毒等其他呼吸道病原体。

2.3 全基因组测序（WGS）

采用ARTIC v4引物对SARS-CoV-2进行全基因组测序，通过Pangolin工具分析变异株谱系，并与GISAID数据库比对。

3 结果

3.1 SARS-CoV-2污水监测数据

医院污水SARS-CoV-2浓度（6.5 log gc/L）显著高于WWTP样本（5.5–5.7 log gc/L）。归一化后，医院数据因人口基数调整而大幅下降，表明城市级监测更具流行病学代表性。污水病毒浓度较临床病例增长提前2周出现峰值（图1B）。

3.2 变异株动态

测序结果显示，2022年末至2023年初主要流行BA.5和BQ.1变异株，2023年春季XBB谱系（如XBB.1.5）成为优势株，与全球流行趋势一致（图2）。

3.3 其他病毒共现

腺病毒（ADV）和博卡病毒在污水样本中检出率最高（医院样本ADV阳性率87.5%），而呼肠病毒（Reovirus）在两类样本中均广泛存在（图3）。

3.4 病毒分离与活性验证

仅19.75%的WWTP样本和48.94%的医院样本能在细胞培养中诱导CPE，且病毒传代成功率随代次增加而降低（图4E）。TEM观察到腺病毒核内包涵体和呼肠病毒胞质聚集（图5-6），但SARS-CoV-2病毒颗粒因竞争性抑制难以明确识别（图7）。

4 讨论

污水监测可提前预警疫情，但病毒分离成功率受多种因素影响：

1. 1.

   竞争抑制：污水中其他病毒（如ADV、Reovirus）可能通过占据细胞复制机制抑制SARS-CoV-2增殖；

2. 2.

   技术挑战：TEM对SARS-CoV-2的识别受限于病毒载量低和形态保存不佳；

3. 3.

   公共卫生意义：尽管活性病毒分离率低，污水监测仍为无症状感染和变异株追踪提供了不可替代的数据。

研究首次在罗马尼亚污水中分离出XBB.1.5等变异株，证实了WBE在疫情预警中的核心价值。未来需优化多细胞系共培养策略，以提升病毒检测灵敏度。

（注：全文数据基于原文实验，未添加主观推断）