SCI搬運工 | 水環境中的冠狀病毒：發生，持久性和濃縮方法-范圍回顧
2020-10-29
導讀
為了服務更多水行業技術人員，《凈水技術》雜志社以我國一線水行業技術工作者對最新科研成果與動態的求知需求為出發，按主題的形式對過去一年周期內的最新SCI文獻成果進行梳理，力求通過專題式的信息為廣大讀者提供更為聚焦的幫助。
美國《科學引文索引》（Science Citation Index, 簡稱 SCI ）于1957 年由美國科學信息研究所（Institute for Scientific Information, 簡稱 ISI）在美國費城創辦，是由美國科學信息研究所（ISI）1961 年創辦出版的引文數據庫。SCI（科學引文索引）與EI（工程索引）、ISTP（科技會議錄索引）被并稱為世界著名的三大科技文獻檢索系統。
編者按
2019冠狀病毒病(COVID-19)已成為全球公共衛生突發事件，自疫情暴發以來，各地學者都對病毒的傳播及控制進行了研究。近日，凈水小編發現了這篇La Rosa G等人撰寫的關于冠狀病毒的綜述文章，通過翻譯整理，供大家參考。
該綜述調查三個主要領域的相關研究:1)CoV在水中的持久性/生存；2)水環境中CoV的發生；3)水中CoV的回收方法�，F有數據表明:i) CoV在環境中穩定性較低，對氧化劑如氯非常敏感；ii)冠狀病毒在水中的滅活速度明顯快于已知的經水傳播的無包膜人腸道病毒；iii)溫度是影響病毒存活的重要因素(感染性病毒的滴度在23~25℃時比在4℃時下降更快)；iv)目前沒有證據表明人類冠狀病毒存在于地表水或地下水中，或通過受污染的飲用水傳播；v)需要進行進一步的研究，使從水環境中采集和濃縮腸內無包膜病毒的常用方法適應包膜病毒。
糞便污染水源一直以來被認為是對人類健康的威脅：水可以為病原體傳播提供媒介，為爆發或零散的感染創造條件。潛在的水傳播途徑的病毒主要屬于腸道病毒，這是一類非包膜病毒，可以在人的胃腸道中繁殖。最重要的水性腸道病毒屬于杯狀病毒科（諾如病毒），Picornaviridae科（腸病毒和甲型肝炎病毒）和腺病毒科（腺病毒）。包膜病毒在結構上與腸道病毒（非包膜）不同，并且在水環境中的行為也有所不同。在包膜的病毒中，冠狀病毒（CoV）（Nidovirales，Coronaviridae家族，Coronavirinae亞科）是單鏈正鏈RNA病毒。（疫情跟蹤 | 水環境中的新興和潛在新興病毒）
HCoV是呼吸道病原體，主要傳播方式是通過呼吸，打噴嚏，咳嗽等所產生的呼吸道飛沫進行人與人的接觸及其他接觸（與感染對象直接接觸或間接接觸，通過手介導的傳染途徑）。從未在人類中證明水傳播，但是據報道在受感染患者的糞便中檢測到HCoV，提示糞便-口腔途徑可能有助于HCoV傳播。
冠狀病毒病毒體被包裹，球形，直徑約120 nm。包膜蛋白涉及病毒生命周期的多個方面，例如組裝，包膜形成和發病機理。包膜內部是包含核蛋白和RNA基因組的螺旋衣殼。圖1顯示了SARS-CoV / SARS-CoV-2的病毒體結構。圖2顯示SARS-CoV2的線性ssRNA（α）基因組。
至于其他呼吸道HCoV，SARA-CoV-2的主要傳播媒介是呼吸、打噴嚏、咳嗽等并與之接觸（與受感染者直接接觸或間接接觸，通過手介導的低谷傳播）產生的飛沫。在關于COVID-19和SARS-CoV-2的研究中，一些研究報告了感染患者的糞便或肛門拭子中存在病毒RNA片段（凈水技術 | 鐘南山團隊實驗室在患者糞便中檢出新冠活病毒）。
本綜述總結了在水環境中可能對人類健康造成影響的冠狀病毒的情況，重點關注它們的發生、持久性以及在不同水基質中檢測它們的濃縮方法。旨在增進對傳播途徑的了解以及與不良飲用水和衛生管理有關的可能的感染危害；此外，還專門檢查了包膜病毒的檢測方法（側重于濃縮法）的研究空白，以加強其在水介質中的監測。
方法
于2020年2月23日對現有文獻使用電子數據庫PubMed，EMBASE和Web Science Core Collection進行搜索，沒有發布日期或語言的限制。搜索關鍵詞包括與病毒組和感興趣的環境矩陣有關的術語（請參見表1）。
通過搜索檢索到總共4382篇文章，通過篩查，該研究包括12篇文章，與原始研究相對應，其主要發現見表2-4。
冠狀病毒在水環境中的持久性
檢索了四篇有關CoV在水中的持久性或存活性的論文（表2）。這些文章與使用SARS-CoV，人冠狀病毒（229E）或替代動物冠狀病毒（TGEV，FIPV或鼠肝炎病毒MMH）的傳播實驗有關。4篇文章的研究均表明，溫度是影響水中病毒存活的重要因素，病毒的存活率隨溫度升高而降低。實際上，已經普遍證明，較高的溫度與腸道病毒的快速失活有關，并且由于蛋白質的變性增加和細胞外酶的活性增加，溫度被認為是水中病毒存活的最重要因素。
非包膜病毒比冠狀病毒等包膜病毒更能抵抗環境條件、水處理和消毒劑，因為裂解病毒包膜會導致感染易感細胞所需的功能受體喪失。根據Wang等人的結果，SARS-CoV對氯的抵抗力比細菌低。由此可見，目前的水消毒方法（飲用水，廢水，游泳池水）對非包膜病毒和細菌有效，有望對包膜病毒如冠狀病毒也有效。
卡薩諾瓦等人的研究評估了兩種替代冠狀病毒，TGEV（可傳播的胃腸炎病毒，一種豬冠狀病毒）和MHV（鼠肝炎病毒）在試劑級水、湖水和人類污水中的存活率（室溫（23~25℃）和4℃）。作者認為，污水中產生的氣溶膠可能是人類暴露的潛在媒介。但本研究中使用的替代動物冠狀病毒是造成動物胃腸道或肝臟疾病的原因，因此與呼吸人類冠狀病毒相比，可能表現出不同的抗藥性。與Wang等人的研究相比，這可以解釋CoV在這項工作中顯示出更大的抵抗力和更長的生存期。此外，在這些持久性研究中使用不同的細胞系和生長培養基可能會導致測量不確定性。
Gundy等人研究了人類冠狀病毒（HCoV-229E）和動物冠狀病毒（FIPV，貓傳染性腹膜炎病毒）在自來水（過濾和未過濾）和廢水（初級和活性污泥廢水）中的存活率，將結果與脊髓灰質炎病毒1（PV-1，薩賓減毒株LSc-2ab）的結果進行比較。這證實與包膜病毒相比，非包膜病毒在水環境中顯示出更高的抵抗力。該研究的另一個重要發現是，濾過的自來水中的CoV滅活要比未濾過的自來水中快，這表明水中的懸浮固體可以為吸附在這些顆粒上的病毒提供保護。
最近的一項研究研究了兩種包膜病毒MHV和假單胞菌噬菌體46，以及兩種非包膜病毒MS2和T3在未處理的城市廢水中的存活情況。將未經巴氏消毒和已經消毒的廢水與病毒儲備液混合，然后在25℃或10℃下模擬典型的夏季和冬季廢水溫度。包膜病毒的滅活過程更快，在巴氏消毒的廢水中，MHV和噬菌體46的感染率均比未巴氏消毒的廢水（MHV的T90為19 h，噬菌體46在25℃時為53 h）喪失的速度要慢得多，這可能是由于細菌細胞外酶活性降低和巴氏滅菌樣品中沒有原生動物和后生動物捕食。事實證明，土著微生物種群的存在對病毒的生存有負面影響。同時，作者表明高達26％的包膜病毒吸附到廢水的固體部分中，這意味著通過固體沉降可以減少廢水中的包膜病毒。
在水環境中發現冠狀病毒
通過文獻檢索獲得了兩份專門針對在水環境中檢測對人類健康感興趣的CoV的報告，以及三份宏基因組/病毒組研究（表3）。
為了調查污水是否可能成為SARS-CoV的可能傳播途徑，對2003年北京爆發的SARS患者所在的中國北京兩家醫院的污水排放進行了分析，但從未在測試樣品中檢測到傳染性SARS-CoV。作者認為包括消毒劑引起的病毒滅活（高濃度消毒劑，用于患者排便后使用），低病毒濃度或濃縮過程中未知因素導致的感染力喪失。
Blanco等使用RT-PCR檢測Alpha和Beta冠狀病毒，在21個測試樣本中，只有一個樣本的CoV呈陽性。通過序列分析，發現陽性樣品與在亞洲和歐洲報道的阿爾法冠狀病毒譜系A內的新型嚙齒動物/地鼠特定進化枝密切相關。
Bibby及其同事的研究發現了生物固體中存在多種包膜和非包膜病毒，包括冠狀病毒，皰疹病毒，Tenque Teno病毒和斑駁病毒。有趣的是，與長期以來被認為是生物固體中最豐富的病毒屬的腺病毒相比，所有這些組的病毒都具有很高的代表性。
兩年后，同一位作者的另一篇論文描述了污水污泥樣品中的病毒多樣性（進水和出水）：在樣品中大量檢測到了新興的病毒，例如冠狀病毒，克拉斯病毒和柯薩病毒。在83％的樣品中檢測到冠狀病毒，而冠狀病毒HKU1是第二流行的RNA病毒。與流出樣品相比，冠狀病毒在流入樣品中顯示出更高的相對豐度。
最后，Alexyuk等研究了在地表水（河流，湖泊和水庫）中采樣的病毒體。盡管大多數序列與水生生態系統典型的本地病毒有關，但也檢測到了異源病毒，如冠狀病毒科，呼腸孤病毒科和皰疹病毒科。
從水基質中濃縮包膜病毒的方法
表4中的文章研究了水中CoV的濃縮方法及其相關的回收效率。Ye等評估了三種從市政廢水的液體部分中分離和濃縮病毒的方法：i）PEG沉淀，ii）超速離心，iii）離心裝置超濾。用嚙齒動物冠狀病毒鼠肝炎病毒（MHV）和未包被的噬菌體MS2加標廢水（250 mL用于PEG沉淀和超濾，60 mL用于超速離心）。Ye及其同事的結果表明，PEG沉淀法可有效地從水樣中回收非包膜病毒，可能不是回收感染性包膜病毒的最佳方法，而超濾可成功地用于回收CoV。但是，在這項研究中，使用離心超濾器僅測試了少量廢水。由于水基質中的病毒數量可能很少，因此需要適用于處理大量水的分析方法。因此，作者得出的結論是，通過優化中空纖維超濾器和切向流超濾可以使大量水中的CoV濃縮，可以進一步取得進展。
此外，有結果表明，玻璃棉過濾是同時濃縮幾種水性病原體的一種經濟有效的方法。但是，作者建議在解釋這些比較結果時要謹慎，因為用于加標的病原體的數量因不同的微生物而異，因此應明確區分對播種量的恢復效率和病原體類型的影響。而布蘭科等人的研究（2019）清楚地證明了通常用于非包膜病毒的濃縮程序需要適應才能在包膜病毒如CoV上產生令人滿意的性能。
結果討論
總而言之，這項范圍界定的綜述突出了冠狀病毒研究的幾個方面，需要深入探討。
1）溫度等環境因素似乎會影響冠狀病毒在水中持久存在的能力，需要進一步研究調查與氣候和季節條件有關的水中CoV持久性。
2）盡管不同的研究表明，基于病毒的類型和水的類型，水中CoV的病毒滅活率不同，但是通常有證據表明，CoV通常被認為在環境中不穩定，并且更易受氧化劑（例如氯）的影響。
3）根據少量可用數據，通常用于從廢水和其他水基質中濃縮和回收非包膜腸病毒的方法可能不適用于回收CoV。因此，未來的研究應集中于開發從大量水域和不同類型的水中濃縮CoV和其他包膜病毒的可靠方法。
根據水和衛生安全規劃方法，該知識可以為天然水資源和綜合水循環中的風險分析以及由SARS-CoV2引起的大流行COVID- 19提供關鍵支持。但是，還需要進一步的研究來研究冠狀病毒和其他包膜病毒在城市廢水和飲用水中的潛在存在和命運，并開發出可靠的水分析方法。
推薦參考
La Rosa G, Bonadonna L, Lucentini L, et al. Coronavirus in water environments: Occurrence, persistence and concentration methods-A scoping review[J]. Water Research, 2020, 179: 115899.
