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    36種檢測污水中的新冠病毒方法:美國的系統對比分析

    發布日期:2021-07-29 來源: IWA
      在污水廠檢出新冠病毒的遺傳信號已經不是什么新鮮事,世界各地的污水廠都有類似的報道了?,F在大家討論的是:污水監測能否在未來成為評估一個地區新冠病毒傳播趨勢的實用指標?在公共衛生的決策者們看來,這些數據必須有可靠的重現性和可比性,而且是各地不同的污水廠和實驗室得到的數據之間的重現性和可比性,不然這些數據的適用性永遠停留在可能的階段。
      
      然而,目前世界上并沒有統一的標準方法來測定污水中的新冠病毒。各地實驗室的方法有沒有優劣之分呢?美國的水研究基金會(WRF)從2020年7月開始就著手這方面的研究。這個項目還得到了比爾和梅琳達蓋茨基金會的資助和支持。
      
      圖. 研究項目截圖 | 圖源:waterrf.org
      這個項目的立項題目為Interlaboratory and Methods Assessment of the SARS-CoV-2 Genetic Signal in Wastewater。顧名思義,就是對不同實驗室檢測污水廠進水中的新冠病毒方法的可靠性進行比較評估。
      項目主要考察了四個方面的問題:
      哪種實驗室方法最適合為SARS-CoV-2產生可靠的定量遺傳信號?
      實驗室遵照質控操作重現樣品結果的程度?
      給定方法中,哪些步驟對準確性和精準性最為關鍵?
      廢水中SARS-CoV-2遺傳信號的檢測限及不同方法間的差異?
      美國WRF委派了TRUSSELL TECHNOLOGIES公司來開展具體工作,他們在3個多月的時間里就得到了初步結果,并通過網絡研討會和業界分享了他們的研究成果,隨后還將結果整理發表在在英國皇家化學學會(RSC)旗下期刊Environmental Science: Water Research & Technology上。
      在2020年6月前,Trussell公司向全美60多個實驗室發出參與邀請。經過篩選,他們最后選出了19個州的32個符合要求的實驗室參與到這個項目中。因為其中有四個實驗室對兩種不同的方法進行了測試,所以這個項目一共考察了36種檢測方法。
      項目團隊根據分析方法中的兩大差異,將這36種方法分為了八大類。這兩大差異是指:第一點在于是否去除樣品中的固體,第二點是濃縮方法的差別,其中一共有四種情況,一種是不進行濃縮,另外三種分別采用超濾、過濾和聚乙二醇(PEG)等濃縮方法。
      
      圖. 分析方法的分類 | 圖源:WRF
      盡管每個實驗室都有自己的SOP(標準操作程序),但項目組會要求每個實驗室都必須遵守由Trussell Technologies公司制定的一份長達202頁的質量保證項目計劃(QAPP-Quality Assurance Project Plan)。該文件寫清了質量保證/質量控制(QA/QC)要求。這份QAPP的目的在于確保分析全流程的一致性,包括樣品收集、運輸、處理、分析方法的質量控制和數據管理等。QAPP的關鍵要素包括添加盲樣、陽陰性對照,抑制對照、空白方法等。
      
      圖. 分析流程簡介  | 圖源:wrf
      基質添加是實驗的重要因素。對此,他們考察了兩種標準樣。雖然有一種基質的回收率高達100%,但因為另一種基質的回收率與SARS-Cov-2更接近(25%),所以項目組采用了這種基質,即人類冠狀病毒OC43(betacoronavirus 1 (ATCC® VR-1558?))
      
      采樣地方方面,項目組選擇了加州的兩個污水廠進行采樣,分別是Hyperion污水廠和Joint Water Pollution Control Plant。每個廠單獨安排一天的采樣時間。采樣位置在沉砂池之后和初沉池之前。
      
      圖. 兩個采樣點的位置 | 圖源:RSC
      
      圖. 在加州污水廠的采樣現場 | 圖源 :WRF
      每個實驗室會處理10個樣品,一般是5個來自污水廠A,5個來自污水廠B。但有8個實驗室考察熱巴氏殺菌的影響(60分鐘的60°C),這8個實驗室則都分析10個來自同一個污水處理廠的樣品,其中5個有加熱,另外5個沒有。
      調研結果
      項目最后得到超過2000個數據點。他們主要得到以下結論:
      這些不同實驗室方法的比較顯示了污水中的新冠病毒遺傳信號的定量檢測高度的重現性。在8組方法中,80%的結果差值在每升+/- 1log的基因組拷貝數之間(GC/L)。
      數據顯示濃縮方法的不同和是否去除固體對結果沒有系統性影響。其他方法之間的差異,例如巴氏殺菌、引物組的選擇和PCR平臺的選擇,造成的差異也不大。
      嚴格的QA/QC要求、標準化的計劃促進了實驗室之間的結果重現性
      多種方法都能得到高的靈敏度和檢測限。
      
      圖. 不同方法的結果都在±1 log GC/L之間,體現良好的重現性 | 圖源:RSC
      基于這些結果,項目組認為對同一個地區來說,最重要的是堅持使用同一個實驗室或者相同的SOP,這樣才能確保結果的可靠性。這也意味著檢測污水可以跟蹤新冠病毒的傳播趨勢。
      美國水研究基金會的首席執行官Peter Grevatt博士說:“我們很高興與水業同行及時分享這項重要的研究成果?!彼硎?,這個調查項目的結果給各地區實驗室提供了繼急需的信息,幫助他們了解進行污水管網和污水廠的監控研究時需要的方法指南。
      下一步計劃
      考慮到各地在方法選擇上會受到當地實際情況的約束,所以目前實現全美的方法統一不現實。但項目也指出 ,各地的實驗室依然有空間找到適合自身情況的“最佳”方法。其中的評判標準包括靈敏度、成本、操作員的經驗水平、材料要求、通量(處理時間)等。這個項目會持續到今年年底,項目組會繼續填補污水流行病學的知識空白,另外會繼續鼓勵不同方法和實驗室之間的協作。
      感興趣的讀者,可以通過以下網址下載該項目的質量保證計劃(QAPP):
      https://www.waterrf.org/research/projects/interlaboratory-and-methods-assessment-sars-cov-2-genetic-signal-wastewater
      這份文件非常詳細介紹了用于規劃、實施和評估質量保證和質量控制程序的政策和方法。如果您從事這方面的工作,應該非常值得一讀。
      IWA曾于今年4月份組織了關于 “污水種新冠病毒檢測”(Detecting COVID-19 Variants in Wastewater)的網絡研討會,大家可訪問IWA官網查看相關消息。
      https://iwa-network.org/learn/detecting-covid-19-variants-in-wastewater/
      參考資料
      https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.0c06191
      https://www.nbcnews.com/think/opinion/covid-virus-spread-can-be-combatted-through-environmental-testing-why-ncna1256660
      https://cwn-rce.ca/wp-content/uploads/Dec-1-2020-COVID-19-Wastewater-Coalition-Webinar-Phase-1-Inter-Laboratory-Study-Outcomes.pdf
      https://www.waterrf.org/research/projects/interlaboratory-and-methods-assessment-sars-cov-2-genetic-signal-wastewater
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