如何快速检测水体中的粪便和病毒污染？

用BACTcontrol快速检测水环境微生物安全风险

快速检测与微生物感染有关的粪便污染，包括最近的COVID-19。

作者：Joep Appels，荷兰microLAN总经理。

摘要

许多微生物疾病可以通过被粪便污染的水传播。不幸的是，SARS-CoV-2的爆发也是如此，病毒也导致了目前流行的新冠肺炎（COVID-19）。BACTcontrol已经被证明是一个有价值的在线工具，它可以高频率地检测水体中的微生物的酶活性，显示水体是否受到粪便污染。microLAN/Aqualabo的BACTcontrol可以作为这些高风险情况的预警系统，触发保护性反应，包括使用qPCR方法立即检测冠状病毒的存在。

水应该是安全的，包括用于饮用、清洗和清洁（自来水）以及灌溉、游泳或其他用途（地表水和地下水）。快速检测水体是否被粪便污染是必要的，这可以知道水体是否存在着这些微生物病原体（病毒、细菌、原生动物寄生虫）。

目前，世界主要关注的是阻止COVID-19的大流行，因此这篇文章阐述说明了BACTcontrol在这一共同努力中的价值。而且，我们的长期目标是限制通过粪便污染水传播的所有疾病。

BACTcontrol已被证明是快速检测（粪便）微生物污染的可靠工具

2014年以来，microLAN/Aqualabo的在线BACTcontrol在线大肠杆菌分析仪在世界各地的公司和机构保护饮用水和地表水方面显示了其价值。BACTcontrol通过连续在线（图3）和频繁测量大肠杆菌（图2）酶的活性的原理来对水体水质进行监测，大肠杆菌是一种存在于人类和温血动物肠道中的细菌，它被证明是最近粪便污染水和食物的一个很好的指标。而且BACTcontrol还可以同时检测其它细菌的酶活性，包括：总大肠菌群、肠球菌或总微生物活性。

图1：BACTcontrol系统示意图。

图2：酶反应示意图

BACTcontrol案例跟踪记录——几个例子

BACTcontrol在保护水免受病毒和其他病原体侵害方面的应用实例：

-       2015年5月，捷克共和国首都布拉格遭受诺如病毒污染。这是由于位于供水管道上方的污水管道老化和泄漏造成的。

采用BACTcontrol快速检测自来水管网中的污染源。它现在被应用于同一系统的实验室进样的一级质量控制。

-       当孩子们在游泳后生病时，BACTcontrol被用来监测邻近河流中的大肠杆菌的水平（图3）。当达到峰值时采集样本，使用qPCR识别和追踪污染源。同样的分级方法也适用于监测有可能被粪便污染含有新冠状病毒的地表水。

图3： BACTcontrol的大肠杆菌（EC）酶活性水平反复出现的峰值（在红色区域），可靠地指示是否存在粪便污染（表达为大肠杆菌细胞当量）。随后使用便携式qPCR设备来识别样本中存在的病原体，作为对这些峰值早期检测的响应。

目前，对通过水接触COVID-19的风险进行早期预警是非常必要的；当病毒存在于你使用的水体中时，仅仅靠保持社交距离是不够的。在目前的COVID-19大流行期间，在全世界各地都有陆续在粪便样本、大型公共污水处理厂的污水和废水中发现致病的SARS-CoV-2病毒。更多信息请参见附录中的概要1。

污水处理厂的废水一直被认为是对作为饮用水生产和娱乐用水源的地表水微生物安全的潜在威胁。污水中SARS-CoV-2的定性检测（qPCR缺失/存在）作为检测和定位冠状病毒在人群中循环的辅助工具，最近被引入。用这种方法可以有效的监测地表水。而且CSO（合流管溢流）事件显著增加了可培养病毒（如腺病毒和诺如病毒）在受纳水体中的浓度。然而，今天没有SARS-CoV-2并不意味着明天就没有病毒。

在线高频监测 SARS-CoV-2的检测是不可行的，但幸运的是，可以利用BACTcontrol检测地表水和饮用水是否受到了粪便污染。因此，经济实用的BACTcontrol成为有效地筛查水中SARS-Cov-2的风险提供了分级检测方法的第一步。

测试分级检测方法的研究项目

目前，荷兰正在开展一个研究项目，以测试BACTcontrol在上述水体中快速检测SARS-CoV-2的分级检测方法中的有效性。更多信息见附录中的概要2。

结论

分级检测方法的优点是使用BACTcontrol在1.5-2小时内检测水体中粪便污染的指示生物大肠杆菌的水平变化，然后使用移动qPCR系统识别（病毒）病原体。该工具包结合了（连续采样）高频的在线低成本检测方法和在关键时刻高成本手动验证识别方法。

下一页的附录扩展包括以下内容：

•概要A：在粪便样本、污水和废水中检测到冠状病毒COVID-19、SARS-CoV-2的病原体。

•概要B：验证在线BACTcontrol与移动qPCR站相结合作为因粪便污染而存在（病毒）病原体的分级预警系统的适用性的研究项目。

来源：

Appels，J.，Baquero，D.，Galofré，B.，Ganzer，M.，van den Dries，J.，Juárez，R.，Puigdomènech，C.和van Lieverloo，J.H.M.（2018年），通过在线监测粪便指标和细菌总数的酶活性，对饮用水系统进行安全和质量控制。摘自：Skovhus，T.L.和Højris，B.（编辑）饮用水工业微生物传感器。IWA出版社，英国伦敦，300页。

Rodríguez，R.A.，Gundy，P.M.，Rijal，G.K.等人。合并污水溢流对受纳水体病毒污染的影响。食品环境病毒4，34–40（2012）。

概要1：在粪便、污水和废水中检测到冠状病毒COVID-19, SARS-CoV-2的病原体

在一些被诊断患有这种病毒性疾病的病人的粪便中，已经检测到COVID-19，SARS-CoV-2的病毒。在2003年的非典爆发时，已经有记录表明了病毒的传播与污水气溶胶有关。当时美国疾病控制和预防中心（US CDC）曾报道：“SARS，一种类似的冠状病毒，已经被发现在未经处理的污水中生存长达14天。

目前，世界各地都在进行SARS-Cov-2的污水监测，例如：

在法国：“巴黎废水中SARS-CoV-2的时程定量检测与COVID-19确诊病例相关”：作者：Eau de Paris。

荷兰：“污水如何揭示冠状病毒爆发的真实规模。废水检测也可以作为病毒是否依然存在的预警信号：由KWR Water Cycle Research Institute提供。

美国：“跟踪那些由于废水污染导致的严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2），目的是开发一种预测未来爆发的工具”：CDM Smith。

印度：“冠状病毒可以通过污水系统传播，CPCB在其最新指南中说”

澳大利亚：“这是一项重大发展，能够监测病毒在澳大利亚传播”：由CSIRO提供。

此外，已证明SARS-CoV-2可转移到陆生动物（猫、狗、老虎、狮子、雪貂）身上，这增加了地表水被野生动物区地面雨水径流中粪便污染的风险。所以监测用作饮用水源、渔业或娱乐目的的地表水是十分必要的

图4：在香港，卫生官员疏散了一栋公寓大楼的居民，因为他们担心可能通过大楼的管道传播冠状病毒。卫生官员说，住在大楼不同楼层的两名居民受到感染。此后又有三起案件与同一栋大楼有关。在2003年严重急性呼吸综合征（SARS）爆发期间，管道成为传播的主要来源。在一个住宅区，有超过300人感染，42人死亡，原因是有问题的管道系统使病毒在大楼内传播（来源：CNN）。 

概要2：验证在线BACTcontrol与移动qPCR检测站相结合作为因粪便污染而存在（病毒）病原体的分级预警系统适用性的研究项目

用于评估水中实际微生物的快速现场方法可以为了解水体水质的最新情况提供基本信息。过去，已经为两种不同的方法奠定了基础，这两种方法让我们了解到：在线BACTcontrol和移动qPCR检测，可用于水体现场粪便和病毒污染快速检测。

该项目的目的是验证在线BACTcontrol和移动qPCR，将传感器的测量结果与水质指南（如WHO和WFD欧洲指南）联系起来，并调查这些技术是否可以应用于地表水，作为粪便污染和病毒的预警系统。

本次试点的最终社会目标是通过改善水质监测，保障城乡微生物学用水安全。这些信息对于支持政府决策和提供最新的公共安全信息/警告非常有价值。这项研究的结果将有助于为参与水质分析的政府机构配备一个工具包，以支持城市和水管理者监测水质。

在这个项目中，技术供应商将从案例研究和验证数据中获得结果，以证明新技术至少与传统方法一样好。一种快速、现场评估当前水体微生物的方法为提醒当前的健康风险提供了必要的信息。

预期的最终社会影响是通过改进水体质量监测在城市和农村地区实现安全水质。由于水质可能会发生快速变化，因此能够快速、频繁地进行测量的技术的可用性对于城市和水资源管理者来说非常重要。这些信息对于支持事件和安全决策以及提供最新的水安全信息/警告非常有价值。他们还可以快速而详细地了解污染源，以此作为有效管理水质的基础，这是改善水质的结构性措施的基础。

图3：关于水中COVID-19病毒的12个事实概述。这幅图详细说明了在这场全球大流行期间获得水质信息的重要性，以及农村社区的人们在使用水时能做出什么样的行为改变来最好地防止COVID-19的传播（来自荷兰杜代尔夫特的Gertjan Medema博士教授）。