Wastewater-Based Molecular Epidemiology of SARS-CoV-2 and Influenza Viruses in Southeastern Brazil
本研究は、RT-qPCRおよびdPCRを用いた下水ベースの分子疫学が、ブラジルのサン・ジョゼ・ド・リオ・プレトにおけるSARS-CoV-2およびインフルエンザA型・B型の循環と季節動態を追跡する上で、臨床サーベイランスを効果的に補完すること、ならびにウイルス量と下水温度との間に有意な相関関係があることを明らかにしている。
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咳やくしゃみ、発熱を引き起こすウイルスは、医師が患者を診察するずっと前から、目に見えない足跡を残していることがよくあります。私たちは通常、インフルエンザや新型コロナウイルス（COVID-19）のような呼吸器疾患は空気中のみを移動するものだと考えがちですが、これらの病原体は私たちの消化管にも入り込み、排泄物として体外へと排出されます。これは、私たちの家庭から流れ出て下水道システムへと入っていく水が、コミュニティの中で誰が病気であるかを示す微視的な記録を運んでいることを意味します。この排水を研究することで、科学者は人々が医療機関を受診したり検査を受けたりすることに依存せず、疾病の広がりに関する広範かつ集団的な視点を得ることができます。排水ベースのエピデミオロジー（疫学）として知られるこの手法は、下水ネットワークを巨大で受動的な監視システムへと変え、すでに蔓延してしまう前に、見過ごされがちなアウトブレイクに対する早期警戒信号を提供します。
ブラジル南東部において、ある研究チームは、サン・ジョゼ・ド・リオ・プレトの未処理の下水から2つの主要な呼吸器ウイルスを探すことで、この概念を検証することに決めました。2年間にわたり、彼らは、約50万人の住民から発生するすべての廃水を処理する市の主要な下水処理場から、毎週サンプルを採取しました。彼らの目的は、インフルエンザA型ウイルスの遺伝的痕跡と新型コロナウイルスを見つけ出し、それらのウイルスが水中に存在することが時間や天候とともにどのように変化するかを理解することでした。チームは非常に高感度な実験室技術を用い、大量の水から微小なウイルス粒子を濃縮し、その後、それら特定の遺伝的指紋を探索しました。結果の正確性を期すため、彼らはサンプル中のトウガラシ・マイルド・モトル・ウイルス（pepper mild mottle virus）の量も測定しました。これはヒトの糞便に含まれる一般的な植物ウイルスであり、下水中に実際にどれだけのヒトの排泄物が含まれているかを示す信頼できる指標となります。
研究者たちは、両方のウイルスが実際にコミュニティ内で循環しており、臨床症例が少ない時期であっても下水にその痕跡を残していることを発見しました。彼らは、約4分の1のサンプルからインフルエンザA型の遺伝物質を、約6件に1件の割合でSARS-CoV-2の遺伝物質を検出しました。特筆すべきことに、インフルエンザB型の痕跡は見つかりませんでした。時間の経過とともに数を追跡したところ、2つの明確なパターンが現れました。インフルエンザA型ウイルスは、2023年5月と12月にピークを迎える2つの明確な波を示し、その最高濃度は水1リットルあたり数百万のウイルスコピーに達しました。対照的に、SARS-CoV-2ウイルスは2023年1月に単一の鋭いピークを示しました。これらの知見は、市の公式な健康記録ともよく一致しており、それらの期間中に報告された症例数が同様の急増を見せていたことから、下水が人口の健康状態を正確に反映していることが確認されました。
単にウイルスをカウントするだけでなく、チームは下水の物理的環境が検出結果にどのような影響を与えるかを調査しました。彼らは、排水の温度とウイルスの存在との間に驚くべき関連性があることを発見しました。より高い排水温度は、SARS-CoV-2陽性のサンプルの多さ、およびインフルエンザA型の濃度が高いことに関連していました。これは、下水システム内の環境条件自体が、これらのウイルスが生存したり検出されやすくなったりする仕組みに役割を果たしている可能性を示唆しています。本研究では、水の流速や酸性度といった他の要因とウイルスレベルとの間に強い関連性は見られませんでしたが、温度の関係は重要な手がかりとして際立っていました。また、研究手法の堅牢性も確認されており、実験室ではテスト用サンプルに添加したウイルスが高い割合で回収され、下水中の化学物質が検出ツールを阻害している証拠も見つかりませんでした。
この研究は、都市から排出される水を監視することが、呼吸器疾患の動向を把握するための強力な方法であることを示しています。この研究は、世界的なパンデミックのピーク後も、SARS-CoV-2ウイルスがコミュニティ内で静かに循環し続けていること、そしてインフルエンザウイルスが独自の季節的なリズムに従い、より涼しい時期に最も頻繁に現れることを明らかにしました。これらの環境信号を従来の健康データと組み合わせることで、公衆衛生当局は疾病のダイナミクスに関するより完全な全体像を得ることができます。この研究は、排水監視が過去のためのツールではなく、将来に向けた不可欠かつ継続的な戦略であり、都市を通り抜けるウイルスの目に見えない動きを明らかにし、コミュニティが潜在的なアウトブレイクに対して一歩先んじて行動することを可能にするものであることを示唆しています。
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