數(shù)字PCR技術(shù)在污水中流感病毒監(jiān)測的應(yīng)用

導(dǎo)讀
由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2024年第14周中國流感監(jiān)測周報顯示，近期甲流、乙流的來勢比較兇猛。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SWISS MED WKLY發(fā)表了題為Influenza transmission dynamics quantified from RNA in wastewater in Switzerland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，估算了監(jiān)測時間內(nèi)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)呼吸道疾病癥狀相混淆。因此在人群層面監(jiān)測流感感染具有挑戰(zhàn)性。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，而在臨床報告外追蹤病例的方法可以改善對流感傳播的動態(tài)監(jiān)測。
排放到污水中的流感病毒是一個很有前景的信息來源，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，作者檢測了瑞士三個最大的污水處理設(shè)施中IAV和IBV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，可以得到更精確的估算結(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：
在檢測時間范圍內(nèi)，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) (圖B)。
  ▲圖.污水與臨床監(jiān)測流感數(shù)據(jù)的比較。(A)用于估計Re的兩個數(shù)據(jù)源。藍色：污水檢測流感平均值(點)和范圍(誤差線)。沒有檢測到病毒的天數(shù)顯示為交叉點。紅色：每周報告確診病例數(shù)連接的折線。(B)同期全國每周流感樣疾病發(fā)病率(橙色)和經(jīng)校正的流感樣疾病拭子每周流感陽性率(棕色)。
 
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)變化更好地符合研究時間范圍內(nèi)SARS-CoV-2變種造成的人口流動限制帶來的流感感染趨勢。
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