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你的粪便可能很快就会被用于对抗 COVID-19 的斗争中。
当我们冲马桶时，我们的排泄物就会消失得无影无踪，在大多数情况下，最终会到达污水处理厂。所有这些废物都代表着一个（可以说）绝佳的机会，可以追踪引起 COVID-19 的冠状病毒的传播。
世界各地，科学家们正在城市污水中检测到该病毒的残余物。他们认为，对我们的排泄物进行采样，可以更快、更便宜地查明 COVID-19 疫情的爆发地点，从而在许多人出现严重疾病之前加以控制。这项技术还可以检测到由那些轻微或无症状感染者“脱落”的病毒碎片，而这些感染者往往未被发现。
“我们可以用一个样本检测数十万人，”亚利桑那州立大学坦佩校区生物设计环境健康工程中心主任 Rolf Halden 说。他于 4 月 22 日在《环境健康工程》杂志上讨论了这项技术的可行性。“你可以获得任何其他方式都无法产生的信息。”
在美国，积极的社交距离正在一些地方开始减缓 COVID-19 的传播。然而，大部分人口仍然易感，包括那些受灾严重地区的人们。这意味着引起 COVID-19 的病毒——官方名称为 SARS-CoV-2——在可预见的未来将继续感染人群。
为了在我们放松社交距离和居家令时防止 COVID-19 病例激增，我们需要确切地了解病毒在哪里传播。这意味着要进行广泛的 COVID-19 检测，然后迅速隔离检测呈阳性的人，并识别他们可能感染的所有其他人。
这绝非易事。美国在 COVID-19 检测方面落后于许多其他国家。最近几周，检测工作有所增加，自 3 月下旬以来，美国的日均检测量为 15 万次。然而，哈佛大学的研究人员最近估计，为了完全重新开放经济，该国每天需要进行多达 2000 万次诊断性检测。
这种新型冠状病毒也是一种难以追踪的病原体。由于许多感染者症状轻微或根本没有症状，它可以在社区中传播而不被发现。COVID-19 在疾病的早期也可能最具传染性，甚至在人们意识到自己生病之前。而且在一些人开始感到不适之前可能需要一周以上的时间，这意味着从一个人被感染到获得官方诊断之间存在滞后。
这时，粪便派上用场了。Halden 和其他科学家多年来一直在检查污水，以寻找社区居民整体健康和行为的线索，这种做法被称为基于废水的流行病学。我们的污水可以提供一个粗略但匿名的图景，描绘出人们的消费情况，从咖啡因到阿片类药物。科学家还可以检测到可能表明人们生病或有压力的药物或激素残余物、杀虫剂和其他有害化学物质，以及如脊髓灰质炎等致病病毒。
研究人员现在正将重点转向 COVID-19 大流行。Halden 说，定期的污水采样可以为公共卫生官员提供早期预警，表明冠状病毒在他们的社区中正在上升。根据研究人员在污水系统中收集样本的位置，他们有可能在城市、社区或公寓楼群中识别出感染聚集区。一旦他们确定了热点区域，专家就可以加强在该社区为人们进行 COVID-19 检测和追踪接触者的力度。
“我们可以在污水处理厂取样，然后拿到实验室，通常在 24 小时内就能得到结果，”Halden 说。“我们可以更快地进行更多检测，然后把资源 exactly 投入到需要的地方。”
他和他的同事们已经开始在坦佩地区测试 SARS-CoV-2 的废水。他们使用与诊断 COVID-19 相同的检测方法，通过检测病毒 RNA 的片段。样本中出现的遗传物质越多，该地区感染的人数就越多。
其他团队也报告称在马萨诸塞州、荷兰、澳大利亚和法国的污水中发现了这种新型冠状病毒。总的来说，这些发现表明，粪便中排出的病毒足够多——而且至少有部分遗传物质的存留时间足够长——科学家可以在其通过社区下水道系统传播后进行测量。
在他们的新研究中，Halden 和他的亚利桑那州立大学同事 Olga Hart 运行了计算机模型，预测了在不同城市这些检测的敏感性。根据温度和其他当地条件，理论上即使只有一个感染者排泄病毒，然后与 100 到 200 万其他人的粪便混合，也应该能够检测到这种新型冠状病毒。
研究人员还计算了一些数据，以找出污水采样可以为美国节省多少资金。他们计算出，可以在几天内收集到全国 15,014 个污水处理厂的粪便数据。这项筛查将覆盖约 70% 的美国人口；由于化粪池系统不将废物输送到处理厂，使用化粪池的人将不被包括在内。整个项目将花费约 22.5 万美元。相比之下，该团队估计，对约 3.3 亿美国人进行诊断性检测将花费约 35 亿美元。污水检测永远无法完全取代传统的诊断性检测。重要的是，废水采样无法识别哪些个体被感染。但通过指示官员应该在哪里更积极地进行检测，污水采样将提高诊断性检测的效率。
Halden 认为，污水还可以回答关于大流行病的另外几个问题。他和他的同事们此前已经检测了废水中酒精、尼古丁和咖啡因的痕迹。在 COVID-19 爆发之前，该团队还收集了坦佩市的废水样本。他们希望利用这些样本来追踪大流行病之前、期间和之后该市的健康变化。
“现在一切都在改变，我们生活中的所有常态都消失了，我们有兴趣衡量坦佩等社区中，病毒如何影响我们的健康，而不仅仅是直接感染，而是我们正常生活的能力，”Halden 说。
与此同时，巴黎的研究人员已经追踪了一个月（3 月 5 日至 4 月 7 日）粪便中 SARS-CoV-2 的存在情况。他们发现 SARS-CoV-2 的遗传物质浓度在城市死亡病例激增之前就已经上升。尽管研究结果是初步的，尚未经过同行评审，但它们增加了污水可以提供疫情迫在眉睫的早期预警的证据。该团队此前曾追踪过塞纳河中的水传播病毒。
“在疫情事件中，基于废水的流行病学是一种强大的工具，”巴黎市自来水公司 Eau de Paris 的微生物学家 Laurent Moulin 在一封电子邮件中告诉《大众科学》。他和他的同事于 4 月 17 日在预印本服务器 medRxiv 上描述了他们的结果。“废水中病毒 RNA 的浓度与与废水网络相关的人群的疫情状况相关。”
他和他的同事能够检测到来自城市部分地区流出的病毒，而这些地区只有不到 100 人被检测出 COVID-19 阳性。然而，在 RNA 稀少的样本中，很难准确计数有多少病毒在漂浮。
澳大利亚布里斯班的科学家在分析低浓度病毒样本时也遇到了困难。
“如果我们知道废水中 SARS-CoV-2 的水平，我们就能大致估计有多少人被感染，”澳大利亚国家科学机构的一个部门——CSIRO 土地与水资源公司污染物和生物技术项目的高级研究科学家 Warish Ahmed 说。他和他的同事于 4 月 18 日在《环境健康工程》杂志上首次报道了澳大利亚污水中的 SARS-CoV-2。“下一步是改进在废水中灵敏检测 SARS-CoV-2 的方法，并建立能力来提供社区 COVID-19 监测计划。”
使用基于废水的流行病学来追踪 COVID-19 还有其他挑战。天气甚至城市的地理布局都会影响研究人员在样本中检测到的 RNA 量。
“现在有很多庆祝活动，因为病毒可以在废水中测量，我们同样为在实验室里做到这一点感到自豪，”Halden 说。“但了解我们拥有的数据的局限性也很重要。”
当病毒在下水道中流动时，如果它来自离处理厂很远的社区，在采样之前就会有更多时间分解。这也意味着离处理厂近的感染者会产生比使用城镇边缘厕所的人更强的信号。因此，根据热点离处理厂的距离，可能会很容易高估或低估患病人数。
病毒在较高温度下也会更快降解。这意味着在炎热气候或典型的夏季白天，距离污水收集点较远的居民排泄的病毒在到达那里之前更有可能分解。“根据季节的不同，你可以向下水道望得更远——或者不那么远——到你的社区，”Halden 说。
SARS-CoV-2 可以在废水中持续足够长的时间以被检测到，这似乎可能令人担忧。然而，这些遗传物质的碎片并不一定表明存在活病毒或活跃病毒。
“这意味着我们可以测量病毒的‘车牌号’，”Halden 说。“遗传信息仍在漂浮，但这并不意味着附着在该车牌号上的汽车是完整的。”
未来的研究需要确定病毒在通过污水处理厂后是否仍有繁殖能力。巴黎的研究小组目前正在调查污水中出现的病毒是否仍具有传染性，Eau de Paris 的病毒学家兼最新研究的合著者 Sebastien Wurtzer 在一封电子邮件中说。
他和他的同事们现在正在开发一个全国性的系统来监测废水中的 SARS-CoV-2。Halden 和 Ahmed 也希望扩大他们国家下水道管道及其他地区对这种新型冠状病毒的搜寻。
“我们应该尽快将这项技术推广到其他城市，”Halden 说。“我认为我们只需要有组织起来。”
