naica數(shù)字PCR系統(tǒng)在量化污水中甲流乙流病毒流感傳播動力學(xué)監(jiān)測的應(yīng)用

導(dǎo)讀

由甲型流感病毒引起的急性呼吸道傳染病每年會呈季節(jié)性流行。中國國家流感中心發(fā)布的2023年第7周中國流感監(jiān)測周報顯示，近期甲流的來勢比較兇猛。如何快速檢測流感病毒種類并預(yù)測其傳播趨勢是各國研究者共同關(guān)注的熱點。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統(tǒng)科學(xué)與工程系、巴塞爾城市州立實驗室環(huán)境微生物學(xué)系和巴塞爾州衛(wèi)生局的研究者在medRxiv在線發(fā)表了題為《Influenza transmission dynamics quantified from wastewater》的文章。作者使用naica^®微滴芯片數(shù)字PCR系統(tǒng)量化了瑞士三家最大的污水處理廠流入的甲型和乙型流感病毒（IAV和IBV）載量，估算了2021-2022年新冠流行期間這些區(qū)域的感染發(fā)病率和有效生殖數(shù)（Re）的趨勢，并將估算結(jié)果與臨床流感監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。

流感疫情的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測是一項至關(guān)重要但具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因為輕癥和無癥狀病例的比例很高，其癥狀也容易和其他常見循環(huán)呼吸道疾病(包括新冠狀病毒感染)癥狀相混淆。流感樣疾病(ILI)和實驗室確診流感病例的報告系統(tǒng)可用于監(jiān)測流感傳播的時間趨勢，而在臨床報告外跟蹤病例的替代方法可以改善對流感傳播動力學(xué)的監(jiān)測。

污水監(jiān)測代表了一種有前途的病原體監(jiān)測替代方法，它能夠區(qū)分具有重疊癥狀的疾病，并且可以捕獲未報告的病例。一個社區(qū)污水樣本中病原體負(fù)荷可以預(yù)示社區(qū)的疾病負(fù)擔(dān)。在該研究中，作者檢測了2021年12月至2022年4月瑞士三個最大的污水處理設(shè)施中IAV（甲流）和IBV（乙流）的濃度。

應(yīng)用亮點：
▶  使用naica^®微滴芯片數(shù)字PCR系統(tǒng)量化了污水中甲型和乙型流感病毒（IAV和IBV）載量。

▶  污水中流感病毒監(jiān)測對2021年12月瑞士IAV發(fā)病率的峰值更為敏感，與相同地理位置的確診病例數(shù)據(jù)相比，可以得到更精確的結(jié)果。

▶  首次采用統(tǒng)計模型從污水?dāng)?shù)據(jù)中量化了流感傳播動力學(xué)。

這項研究的目的是在瑞士范圍內(nèi)實施污水流感監(jiān)測，并估算污水中的IAV和IBV傳播動力學(xué)。作者從瑞士蘇黎世、日內(nèi)瓦和巴塞爾（Zurich、 Geneva、Basel）的污水處理設(shè)施收集的污水樣品中提取RNA用于IAV和IBV定量。先前的研究表明，污水中可檢測到IAV用于研究社區(qū)傳播動力學(xué)。但污水中IBV的濃度很低，經(jīng)常無法檢測到。作者在naica®微滴芯片數(shù)字PCR系統(tǒng)上使用了IABV和RESPV4兩種assay，通過逆轉(zhuǎn)錄數(shù)字PCR(RT-dPCR) 進(jìn)行病毒核酸絕對定量。IABV assay是針對IAV和IBV的雙重檢測。RESPV4是一種四重檢測方法，可以同時定量IAV、IBV 、SARS-CoV-2核蛋白座2(N2)和呼吸合胞病毒基質(zhì)蛋白(RSV)。IAV分析使用了IABV和RESPV4兩種assay的結(jié)果，而IBV在IABV assay中陰陽性微滴分離度不夠，只使用了RESPV4 assay的檢測結(jié)果。

實驗結(jié)果：

從2021年12月至2022年4月，作者能夠在超過90%的采樣日檢測到污水中的IAV(蘇黎世37/38天，從日內(nèi)瓦39/42天，從巴塞爾45/50天。在污水中檢測到IBV的頻率較低(蘇黎世7/35天，日內(nèi)瓦9/33天，巴塞爾1/50天)。污水負(fù)荷數(shù)據(jù)和每周確診病例數(shù)據(jù)都表明，每個集水區(qū)都有一個或多個IAV爆發(fā)高峰(圖A)。區(qū)域?qū)用娴拇_診病例數(shù)據(jù)比全國ILI（流感樣疾�。└�好地與污水檢測值相對應(yīng)，后者在2022年1月下旬達(dá)到低谷，與2022年3月中旬的值相似(圖B)

▲圖：污水與臨床數(shù)據(jù)的流感檢測。(A)污水檢測值(藍(lán)色)為每個采樣日測量值的平均值，沒有檢測到病毒的天數(shù)顯示為交叉點。確診病例(紅色)每周報告病例數(shù)連接的折線。(B)同期全國報告的ILI（流感樣疾病）數(shù)據(jù)(橙色)，以供比較。

結(jié)論：

在這項工作中，作者提出了基于污水病毒載量的流感傳播動力學(xué)量化的概念證明結(jié)果，能夠在瑞士三個最大的污水集水區(qū)估計感染發(fā)病率的趨勢。作者通過naica^®微滴芯片數(shù)字PCR系統(tǒng)定量了IAV的有效繁殖數(shù)量，也可檢測到低濃度IBV。綜合起來，這些數(shù)據(jù)與確診病例數(shù)據(jù)相比，描繪了不同的流感爆發(fā)動態(tài)，基于污水的動態(tài)變化更好地符合2021/22年冬季SARS-CoV-2變種造成的人口流動限制帶來的流感感染趨勢。

naica^®六通道數(shù)字PCR系統(tǒng)

法國Stilla Technologies公司naica^®六通道數(shù)字PCR系統(tǒng)，源于Crystal微滴芯片式數(shù)字PCR技術(shù)，自動化微滴生成和擴(kuò)增，每個樣本孔可實現(xiàn)6熒光通道的檢測，智能化識別微滴并進(jìn)行質(zhì)控，3小時內(nèi)即可獲得至少6個靶標(biāo)基因的絕對拷貝數(shù)濃度。