废水监测：公共卫生的前沿工具

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废水监测：公共卫生的前沿工具

2024年6月27日，密歇根州立大学（2024USNews美国大学排名：60）（MSU）土木与环境工程教授Irene Xagoraraki在MSUToday上发表了一篇文章，介绍了如何利用底特律的废水作为公共卫生工具。Xagoraraki教授的环境病毒学实验室自2017年起与底特律市和大湖水务局合作，测试韦恩、奥克兰和马科姆县的市政废水，以监测大底特律社区的病毒性疾病。废水监测在COVID-19大流行期间得到了广泛应用，但Xagoraraki教授早在SARS-CoV-2出现之前就已经在研究废水的公共卫生潜力。她的团队通过先进的分子方法，如PCR和下一代测序，分析废水样本中的病毒基因，以识别社区中存在的病毒感染。2020年，底特律的项目转向监测SARS-CoV-2，团队能够在德尔塔变种激增前五周识别出COVID-19的高峰。通过废水监测，公共卫生官员可以提前应对潜在的疫情爆发，优先分配资源，并开发新的监测和预防工具。

废水监测在公共卫生中的应用

废水监测作为公共卫生工具的应用并不仅限于COVID-19。2024年6月22日，《自然通讯》发表了一篇题为《实现全球一体化健康疾病监测方法：从废水及其他方面的见解》的文章。文章强调了“一个健康”理念的重要性，即人类、动物和植物共享环境及其相互作用对所有生物健康的影响。COVID-19大流行突显了在可行的“一个健康”范式下建立病原体监测框架的必要性，以便及时检测和应对对人类和动物健康的威胁。

文章通过案例研究，探讨了全球应对抗菌素耐药性和废水检测的最新方法，提出了“一个样本多种分析”的概念，作为启动这一努力的最合适手段。文章指出，现有的病原体监测系统面临全球健康安全差距、报告不足和延迟等挑战，强调了“一个健康”理念在应对新兴疾病威胁中的关键作用。通过废水监测等方法，可以在非侵入性和成本效益高的情况下进行社区范围的疾病监测。

国际组织之间的合作也在加强，如联合国粮农组织、世界动物卫生组织、联合国环境规划署和世界卫生组织签署的四方谅解备忘录，以加强在抗菌素耐药性等领域的合作。最后，文章提出了一个潜在的路线图，利用废水检测等方法，开发和嵌入“一个健康”疾病监测系统，以更好地应对未来的流行病准备工作。

Irene Xagoraraki教授的废水研究

自2017年以来，密歇根州立大学的环境病毒学实验室与底特律市和大湖水务局合作，通过检测底特律地区的市政废水来监测和预测疾病爆发。废水监测在COVID-19大流行期间得到了广泛应用，但该实验室早在SARS-CoV-2出现之前就已经开始探索废水作为公共卫生工具的潜力。研究团队通过先进的分子方法检测废水中的病毒基因组，识别出多种胃肠道、呼吸道、血源性和媒介传播的疾病。

2020年，项目转向监测SARS-CoV-2，成功在德尔塔变种激增前五周识别出COVID-19的高峰。研究团队还开发了简单的数据分析方法，帮助公共卫生官员做出决策，并建立了一个排名系统，以优先考虑未来废水监测应关注的报告疾病。该系统使用12个因素，包括特定地理位置的临床趋势和病原体的传染性。研究还发现，底特律地区某些性传播感染的排名高于密歇根州整体水平。

研究团队还开发了一个测序和生物信息学协议，以筛查社区中可能存在的病毒相关序列。尽管废水监测作为流行病学工具取得了显著进展，但仍需进一步整合全国各地的多项努力，以实现准确的疫情预测。紧密的地方卫生部门合作对于决策至关重要。

分子方法在病毒检测中的应用

2023年7月17日，Frontiers in Molecular Biosciences发表了一篇题为《分子诊断方法与应用》的社论文章。文章回顾了分子诊断领域的重大进展，特别是其在传染病、癌症和遗传疾病中的应用。分子诊断的历史可以追溯到1950年代Watson和Crick发现DNA双螺旋结构，以及1983年Kary Mullis发明的聚合酶链式反应（PCR）。PCR技术极大地提高了检测和诊断疾病的能力。

文章还介绍了多重微滴数字PCR（ddPCR）在HIV研究中的应用，以及下一代测序（NGS）技术在癌症研究中的重要性。NGS技术使得对癌症基因组的全面分析成为可能，推动了个性化医疗的发展。文章还提到，实时PCR和微阵列分析在生物标志物的检测和定量中发挥了关键作用，极大地改进了疾病诊断、预后和治疗监测。

此外，分子诊断在传染病检测和监测方面也取得了显著进展，特别是在资源有限的环境中，现场快速检测（POCT）技术展示了其巨大的潜力。总之，分子诊断领域的进步为疾病检测、基因分析和个性化治疗提供了精确的工具，未来这一领域将继续推动医疗保健的革命性变化。

通过废水监测早期检测COVID-19

2023年12月20日，《自然通讯》发表了一篇关于早期检测策略的研究文章，探讨了通过监测医院患者、废水和航空旅行样本来提前检测新病原体的系统。研究开发并验证了一个定量模型，该模型模拟了任何疾病和检测系统的传播和检测时间。结果显示，医院监测可以比实际发现COVID-19早0.4周在武汉检测到该病毒，病例数为2300例（标准误差：76例），而实际发现时为3400例（标准误差：161例）。

废水监测在武汉并未加速COVID-19的检测，但在较小的集水区以及对无症状或长潜伏期疾病（如脊髓灰质炎或艾滋病）有益。航空旅行监测在大多数评估场景中未能加速疫情检测。总的来说，早期检测系统可以显著减轻未来某些大流行病的影响，但不会改变COVID-19的进程。研究还指出，早期检测系统的有效性取决于疾病的流行病学参数和检测系统的具体实施情况。

综合总结

通过对Irene Xagoraraki教授及其团队在废水监测领域的研究，我们可以看到废水监测在公共卫生中的巨大潜力。废水监测不仅在COVID-19大流行期间发挥了重要作用，还可以用于监测其他病毒性疾病。通过先进的分子方法，如PCR和下一代测序，研究团队能够提前识别社区中的病毒感染，为公共卫生官员提供宝贵的数据支持。

废水监测作为“一个健康”理念的一部分，强调了人类、动物和植物共享环境及其相互作用对所有生物健康的影响。国际组织之间的合作也在加强，以应对全球健康安全差距、报告不足和延迟等挑战。通过废水监测等方法，可以在非侵入性和成本效益高的情况下进行社区范围的疾病监测。

分子诊断方法的进步，如PCR和NGS技术，为疾病检测、基因分析和个性化治疗提供了精确的工具。未来，这一领域将继续推动医疗保健的革命性变化。早期检测系统的有效性取决于疾病的流行病学参数和检测系统的具体实施情况，但废水监测在某些情况下可以显著减轻未来大流行病的影响。

总之，废水监测作为公共卫生工具的应用前景广阔，通过进一步的研究和国际合作，我们可以更好地应对未来的流行病挑战。