《Water Research X》：Performance of an Endotoxin-Based Method for Near Real-Time Recreational Water Quality Monitoring: First Report from the United States
编辑推荐：
本研究呈现了美国首次对一种快速内毒素检测法用于休闲水体近实时微生物监测的评估。基于培养的粪便指示菌（fecal indicator bacteria，FIB）方法需要18–48小时才能报告结果，限制了对污染事件的及时公共卫生响应。为解决这一局限，研究人员评估了
本研究呈现了美国首次对一种快速内毒素检测法用于休闲水体近实时微生物监测的评估。基于培养的粪便指示菌（fecal indicator bacteria，FIB）方法需要18–48小时才能报告结果，限制了对污染事件的及时公共卫生响应。为解决这一局限，研究人员评估了一种可在15分钟内检测内毒素风险的可现场部署快速方法，并将其与美国佐治亚州沿海九个淡水位点的标准微生物水质方法进行比较。该快速方法相对于标准方法表现出有前景的诊断性能，尤其是与Colilert-18?相比，敏感性达87.0%，阳性预测值为88.9%，受试者工作特征曲线下面积（area under the receiver operating characteristic curve，AUC）为0.764（95% CI: 0.589–0.912；p < 0.0066）。相对于Enterolert?也观察到相似性能（敏感性=88.6%；AUC=0.745；p=0.0065）。相比之下，与基于平板方法的关联较弱且无统计学显著性。该检测还表现出相对较低的重复变异（平均变异系数CV=18.1%），与Colilert-18?（22.7%；p=0.081）相当，并显著低于所评估的基于平板的方法（ColiBlue-24?：43.4%的组集超过CV 30%，p=0.019；Petrifilm?：64.5%；p ≤ 0.0002），表明其具有良好的分析重复性。连续内毒素响应值与培养法微生物浓度之间的相关性普遍较弱，可能反映了内毒素来自多种革兰氏阴性菌的广泛检测，而非特异性地靶向FIB。总体而言，这些发现表明，在与实验室确认方法联合使用时，该快速方法可作为一种实用的筛查工具，用于休闲水体水质评估、泄漏应急响应和资源优先级排序。
世界卫生组织将休闲水体视为重要的社区资产，但美国每年报告超过五百万例水媒疾病，微生物污染仍是重大公共卫生负担。目前美国水质监测主要依赖培养法检测粪便指示菌（fecal indicator bacteria，FIB），即以大肠杆菌和肠球菌为靶标的标准化方法。虽然培养法成熟可靠，但其报告周期长达18–48小时，难以反映实时水质状况，且与人群健康风险的关联性有限。为缩短检测周期，定量聚合酶链式反应（qPCR）、环介导等温扩增（LAMP）、β-D-葡萄糖醛酸苷酶酶学检测、色氨酸样荧光等方法相继被开发，但各自存在仪器成本高、现场校准困难或环境基质干扰等局限。内毒素（endotoxin）即脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），是革兰氏阴性菌外膜的特征组分，可被基于鲎阿米巴样细胞裂解物（limulus amebocyte lysate，LAL）的显色体系快速定量。尽管已有研究显示内毒素监测的潜力，但在真实淡水休闲环境中的独立现场验证仍然很少。为此，研究人员在美国佐治亚州沿海Vernon River流域开展了首次快速内毒素检测法（endotoxin-based method，EBM）的现场评估，旨在明确其作为补充筛查工具的可行性与局限性。
研究于2025年7月24日至9月11日在美国佐治亚州Chatham县Vernon River流域的9个淡水监测点采集水样，共获得55份样品、165个重复观测。水样按美国环保局标准程序采集，并在6小时内运送至佐治亚南方大学水与环境健康研究所环境研究与服务实验室（ERSL）处理。研究人员平行采用Colilert-18?/Quanti-Tray?2000（最大可能数法，MPN）、Enterolert?（MPN法）、m-ColiBlue24?（膜过滤法）、3M? Petrifilm?（平板法）以及Bacterisk?快速内毒素检测试剂盒（基于LAL显色法，约13分钟出结果）进行分析。统计分析包括敏感性、特异性、阳性与阴性预测值、受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线、Fisher精确检验、Cohen’s kappa、Spearman相关及变异系数（coefficient of variation，CV）比较等非参数方法。
3.1 各方法检出的粪便指示菌浓度
基于55次采样事件的重复观测，Colilert-18?测得总大肠菌群中位数约15,000 MPN/100 mL，Enterolert?测得肠球菌中位数为893 MPN/100 mL，Colilert-18?测得大肠杆菌中位数为849 MPN/100 mL，均超过USEPA淡水休闲阈值（分别为235和70 MPN/100 mL）。m-ColiBlue24?大肠杆菌中位数约400 CFU/100 mL，整体低于MPN法。内毒素响应值（endotoxin risk，ER）均值为95.7 ER单位，80.0%样品超过57 ER高风险阈值。各站点ER分布差异较大，Elks、Largo和White Bluff站点中位数超过120 ER，而Mercy和Vernon Main站点较低。这表明研究流域普遍存在超标，且ER与培养法指示菌的空间分布并不完全一致。
3.2 内毒素检测法与大肠杆菌检测方法的比较
以43 ER为阳性判定阈值，EBM与Colilert-18?比较时，敏感性为87.0%，特异性为44.4%，阳性预测值（positive predictive value，PPV）为88.9%，阴性预测值（negative predictive value，NPV）为40.0%；ROC曲线下面积（area under the receiver operating characteristic curve，AUC）为0.764（95% CI: 0.589–0.912；p=0.0066），Fisher精确检验显示分类关联显著（OR=5.33；p=0.047）。与m-ColiBlue24?相比，敏感性为79.5%，特异性仅13.3%，AUC为0.585（p=0.1695），关联不显著。与3M? Petrifilm?相比，敏感性为89.3%，但因所有Petrifilm配对事件均超标且无真阴性事件，特异性为0%，需谨慎解读。总体上，EBM与基于液体的MPN法一致性较好，与平板法一致性较差。
3.3 内毒素风险与Enterolert?的关系
肠球菌为革兰氏阳性菌，不直接产生内毒素，但作为USEPA推荐指示菌被纳入比较，以评估EBM作为更广泛污染指标的能力。EBM与Enterolert?比较时，敏感性为88.6%，特异性为45.5%，PPV为86.7%，NPV为50.0%；AUC为0.745（p=0.0065），Fisher检验显著（OR=6.50；p=0.020），Cohen’s kappa为0.353，为所有方法中最高。这说明即使缺乏直接生物学关联，ER仍可在一定程度上反映总体微生物污染水平。
3.4 敏感性、特异性、预测值与超标率
在全部方法比较中，EBM敏感性普遍较高（79.5%–89.3%），特异性变化较大（0%–45.5%）。PPV均较高（70.5%–97.8%），而NPV总体偏低（0%–50.0%），这与研究期间样品超标率较高有关。按ER分层分析超标率发现，Colilert-18?在低风险组（≤43 ER）的超标率为60.0%，高风险组为88.9%（p=0.0467）；Enterolert?两组分别为50.0%和86.7%（p=0.0195），分类区分度最大；而m-ColiBlue24?等平板法在两组间无显著差异。
3.5 ER与传统方法及浊度的关联
Spearman相关分析显示，连续ER值与各培养法FIB浓度之间的相关性普遍较弱（ρ范围从?0.36到0.24），而培养法方法之间则呈较强正相关（ρ=0.73–0.80）。ER值与浊度也无明显相关（ρ=?0.17），说明悬浮颗粒物并非ER响应的主要干扰因素，也进一步支持ER反映的是更广泛的革兰氏阴性菌信号而非单一FIB。
3.6 重复性
基于46组三重复测的CV分析，EBM平均CV为18.1%，中位数为12.7%，84.8%的组满足≤30%的接受标准；m-ColiBlue24?和3M? Petrifilm?平均CV分别为34.8%和35.2%，分别有43.4%和64.5%的组超过30%阈值。EBM与Colilert-18?在重复性上无显著差异（p=0.081），但显著优于Enterolert?（p=0.033）及两种平板法。两个高CV事件均由单个重复偏离引发，排除后EBM平均CV降至15.8%，表明其整体分析重复性良好。
在讨论部分，研究人员指出，EBM的高敏感性与中等特异性使其适合作为一级筛查工具，以降低假阴性风险；其与传统培养法的弱相关不应简单视为缺陷，而应理解为检测靶标不同所致。内毒素可来自多种革兰氏阴性菌，包括活的非可培养菌和自然水生菌群，因此ER阳性可能指示比FIB更广泛的微生物污染。该法便携、无需固定设施，适合多站点快速筛查，并可与培养法、qPCR或微生物源追踪（microbial source tracking，MST）等确认手段构成分级监测体系。未来研究需在更多水系统中验证，结合病原检测和MST标记，优化本地化阈值，并探讨其与人群健康结局的关联。研究结论可概括为：这是美国首次评估近实时内毒素检测作为水质快速筛查工具的潜力，该法可在约15分钟内出结果，远快于传统方法的18–24小时；相对于USEPA认可方法表现出高敏感性、可接受的ROC性能和良好重复性，在应急响应中具有重要应用价值。然而，ER与FIB的弱相关性意味着它不能替代培养法用于法规性大肠杆菌检测，而应作为补充性近实时监测手段，支持快速风险沟通、定向确认采样和早期预警决策。
