Targeted Depletion of rRNAs and Tobamoviruses Enhances Viral Discovery in Wastewater Metatranscriptomes
本研究表明，针对废水中丰富的核糖体RNA和植物感染性烟草病毒进行靶向去除，能显著降低背景噪音，从而实现对原本无法检测到的低丰度人类及动物病原体的检测。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
废水是一种复杂的遗传物质“汤”，其中包含了来自人类细胞、细菌、人们摄入的食物，以及生活在人体肠道和环境中的无数微生物的片段。科学家们已经学会了通过阅读这种遗传“汤”来追踪在社区中传播的病毒，这种做法被称为废水监测。通过分析污水中发现的 RNA（即遗传指令），研究人员可以在患者就医之前，就发现流感或脊髓灰质炎等疾病的爆发。然而，这种方法面临着一个重大障碍：人们关心的病毒遗传信号往往被大量的背景噪音所淹没。就像在拥挤的体育场中试图听清一声耳语一样困难，在废水中寻找稀有的人类病毒非常难，因为它们被埋没在海量的其他遗传物质之下，特别是来自细菌和人类细胞的核糖体 RNA，以及人们在食用后排出的植物病毒遗传物质。
为了解决这个问题，加拿大卡尔加里的研究人员测试了一种在读取遗传信号之前对其进行“清理”的新方法。他们针对了两个主要的干扰源：核糖体 RNA（在几乎所有生物细胞中都大量存在）以及烟草花叶病毒（tobamoviruses，一类当人们食用受感染的辣椒、番茄或其他农产品后进入污水系统的植物病毒）。在未经处理的废水样本中，这两个来源可能占据所有发现遗传物质的 95% 以上，导致用于监测人类病原体的空间极小。研究人员开发出一种方法，利用定制设计的分子探针来专门去除这些占主导地位的信号。这些探针的作用就像磁铁一样，能够结合并锁定不需要的核糖体和植物病毒 RNA，从而阻止它们被复制和测序，同时保持其他病毒的遗传物质完好无损。
该团队从一个服务于一百多万人的大型污水处理厂收集了废水样本，并将每个样本分为两部分。一部分按常规流程处理，另一部分则使用探针进行处理，以去除核糖体 RNA 和八种常见的烟草花叶病毒。当他们对这两组样本进行测序时，差异非常显著。在未经处理的样本中，绝大部分数据都来自背景噪音，其中核糖体 RNA 占到了读取量的 90% 以上。而在经过处理的样本中，这种背景噪音降至不到 5%。这种“清理”不仅减少了噪音，还极大地放大了感兴趣的信号。可以被识别为病毒的遗传读取量增加了 6 到 11 倍，且属于植物病毒以外的其他 RNA 病毒的读取比例从约 11% 跳升至近 55%。
该方法对人类和动物病原体检测的影响最为显著。在未经过处理的样本中，许多重要的病毒由于其遗传信号太弱，无法在背景噪音中显现，从而变得完全“隐形”。在经过耗竭处理后，归属于人类和动物病原体的读取量增加了 42 倍。这一数据的激增使研究人员能够检测到在未经处理样本中完全无法检测到的病毒，包括流感病毒、呼吸道合胞病毒和甲型肝炎病毒。此外，该方法还提高了拼凑病毒完整遗传蓝图的能力。通过移除压倒性的背景数据，研究人员能够组装出更多完整的病毒基因组，包括那些生活在肠道中但在废水研究中鲜为人知的低研究度病毒组。
这项研究表明，针对性地去除最丰富的遗传物质可以改变废水监测的面貌。通过过滤掉占据主导地位的核糖体 RNA 和特定的植物病毒，科学家可以将他们的测序能力重新定向到对公共卫生最重要的稀有病毒上。这种方法不需要昂贵的超深度测序，也不需要旨在搜寻特定已知病毒的复杂面板。相反，它使用了一种“减法策略”来清理战场，使现有的测序技术在寻找隐藏目标时更加高效。结果表明，这种方法可以成为废水分析的一个标准步骤，使社区能够以更高的灵敏度和清晰度监测更广泛的疾病。
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