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美國加州大學聖地亞哥分校最近研究發現,大多數目前或近期內曾感染新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的人,不管有沒有出現臨床症狀,都會在糞便中排出病毒的RNA(核醣核酸),再經過化糞池排放到污水下水道。他們從污水下水道採集的污水樣本中。檢測到這種RNA片段,可及早監測到新的變種病毒,及早因應,不讓疫病流行擴大蔓延。

這項研究,是由加州大學聖地亞哥分校(UCSD)、美國疾病管制局(CDC)、加州公共衛生部和加州衛生與公眾服務局的研究人員,以及其他合作者攜手進行。他們利用最新開發的污水基因組監測方法,優化並建構一個高效率的追蹤系統,只要短短幾個小時,就可知道社區是否遭到新型冠狀病毒等病毒的入侵。

更重要的是,這個監測方法可確實掌握在社區傳播的病毒或細菌的類型和數量,增加臨床測試數據,還可以蒐集整棟建築物、整個社區、鄉鎮和縣市的大量流行病學資訊,深具成本效益。研究論文除刊登在權威期刊《Nature》(自然),2022年9月13日也發表在《JAMA》(美國醫學會期刊),引起廣泛注意。

這篇論文的主要作者,同時也是加州大學聖地亞哥分校博士後學者Smruthi Karthikeyan在接受JAMA編輯採訪時說,通常我們必須做大規模臨床或鼻咽拭子檢測,才能取得這麼好的成果,如今卻輕易辦到。這項研究除了追蹤新型冠狀病毒的傳播方式,污水監測還可用於檢測新出現的變種病毒,到底在哪個時間首次出現在哪些地區。

目前,至少有55個國家已經透過污水監測方法,來追蹤新型冠狀病毒的動態。在美國,CDC早在2020年9月就已啟動國家污水監測系統;然而,檢測並識別混合在污水中多種變種新型冠狀病毒的防疫策略,仍有技術和成本效益的挑戰,尤其在大規模範圍內。

加州大學聖地亞哥分校研發的新技術,是把對病毒顆粒具有高親和力的奈米磁珠,添加到未經處理的污水樣本中,這些奈米磁珠可在一個小時內捕捉到新型冠狀病毒和其他呼吸道病毒,研究人員再透過聚合酶鏈鎖反應(PCR)的測試,決定對哪些樣本進行基因定序。

Karthikeyan博士說,與其他污水採樣方法相比,奈米磁珠有助於檢測更多比例未片段化新型冠狀病毒的RNA,因此這項技術即使在低病毒量的情況下,也適用於高品質的基因定序。

此外,研究人員也開發一種名為「 Freyja」 的計算法,可以更精準識別出污水樣本中的多個變種病毒,並分辨這些變種病毒與其他也是從污水中發現的新型冠狀病毒本身或其亞型之間的關係。

一旦他們在住宅大樓的污水樣本檢測出新型冠狀病毒呈陽性反應,加州大學聖地亞哥分校學生就會收到電子郵件通知,每天晚上更新污水採樣數據,包括一張交互式地圖,隨時查看哪些建築物的污水呈現新型冠狀病毒陽性反應,並進一步通知相關單位來進行檢測。

美國約翰霍普金斯大學彭博公共衛生學院環境健康與工程系助理科學家 Natalie Exum博士在接受採訪時表示,這項研究結果強烈支持把污水監測當做早期檢測系統的做法,以便及早找到新的變種病毒。

她說,這種做法很具挑戰性,因為這些病毒已經被裂解,現在又必須把它們重新拼湊起來,而這也正是這篇論文如此重要的原因,它既提出一個可能方向,同時也簡化檢測流程,大大縮短了向CDC報告檢測結果的漫長過程。

展望未來,Karthikeyan博士和她的團隊已經開始透過她們的污水基因組監測計劃,追蹤加州大學聖地亞哥分校校園和聖地亞哥郡的猴痘病毒,甚至還計畫對社區污水中的其他病毒和病原體進行基因定序。

這或許只是個改變的開始。2022年6月下旬,英國的污水監測計劃在倫敦的污水中,發現了小兒麻痺病毒。2022年7月,美國紐約州北部的羅克蘭郡報告,該郡出現 2005年以來的首例小兒麻痺社區傳染病例,並追溯到2022年4月該郡和鄰近奧蘭治郡儲存的污水樣本中,檢測到這種病毒。8月12日,官員則宣佈在紐約市的污水中也檢測到病毒。

這些發展顯示,未來全球可能還會爆發另一場病毒流行,而這也再次凸顯透過最新技術的污水監測系統,及早掌握變種病毒發展動態的重要性,進而及早將一場可能隨之而來的大流行,消失於無形之中。

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