2021年11月26日，世界卫生组织发布超强新冠病毒变异株Omicron（B.1.1.529），随后其在全球范围内迅速蔓延，多个国家先后报告了Omicron感染病例，许多国家已采取相应的旅行限制和加强边境控制措施。
最新数据显示，Omicron是迄今为止新冠病毒中观察到最多突变的变异株，其中许多突变与增强的传播性、不同的疾病严重程度以及逃避先前产生的免疫反应的能力有关，而这很有可能影响到现有疫苗和药物的疗效。
国际航空是新冠病毒在不同国家之间传播的重要途经之一，虽然加强了监控措施，但仍然有部分乘客被感染。在COVID-19大流行早期，已有报道显示在国际航班的客机废水中成功检测到SARS-CoV-2 RNA的存在，但在客机废水中检测Omicron的报道目前尚无。
近日，澳大利亚生态科学分局（CSIRO Land and Water）、华大智造等单位的研究人员在Science of the Total Environment期刊发表了题为“Detection of the Omicron (B.1.1.529) variant of SARS-CoV-2 in aircraft wastewater”的文章。研究团队在一架抵达澳大利亚的国际航班飞机废水中，首次成功检测到Omicron。这一发现进一步提供了飞机废水作为传染媒介的证据，也证实了飞机废水作为冠状病毒的独立和非侵入性监测点的重要作用。
文章发表在Science of the Total Environment
主要研究内容
2021年11月29日，澳大利亚报告了第一例Omicron病例，该病例乘坐航班回到澳大利亚。根据前期的监测经验，澳大利亚卫生部门推测在飞机的废水样本中可能存在Omicron变体。
研究团队从2021年11月抵达澳大利亚的10个航班的厕所排出的废水中收集了聚集的废水样本。研究团队首先采用qPCR检测，发现A12号可能存在omicron毒株；然后使用ARTIC方案和ATOPlex V1.0对废水样本进行了建库、测序和后续的生物信息学分析。
图1. 样本检测结果汇总。来源：Science of the Total Environment
通过对A12中的变体序列进行深入解析，研究团队发现其与Omicron (B.1.1.529)谱系一致，进一步证实了在飞机废水中检测到Omicron的事实。
图2. A12中的变体序列的分析，ATOPlex检测出Omicron所有突变（~99%全基因组覆盖），而ARTIC检测出20个突变（~61%全基因组覆盖）。来源：Science of the Total Environment
系统发育分析结果显示，与野生型 (即MN908947.3) 相比，废水样本A12与澳大利亚Omicron感染的临床分离株聚在一起。
图3. 基于不同病原体序列的系统发育聚类分析。来源：Science of the Total Environment
测试结果
在当前的研究中，研究团队证明了废水监测可以提供将Omicron等SARS-CoV-2引入某一地理区域 (此例为澳大利亚) 的重要信息。截至目前，这是首次在飞机废水中检测到Omicron的报告，多方面的证据均证实了这一结果的准确性。
在感染者所乘的飞机废水样本中检测到Omicron信号并不令人惊讶，因为在之前的监测中，曾多次在只有一名受感染乘客的情况下在废水中检测到阳性结果，这与飞机厕所的固有特性有关。
与每次冲水要用几升水的家庭厕所不同，飞机厕所每次冲水的水量大大减少，稀释程度更低。此外，飞机污水池是一个均质化的密闭系统，加大了通过废水进行传播的几率，但这也是能在其中检测到冠状病毒的一个额外优势。
该研究中所应用的基于废水的流行病学研究方案（Wastewater-Based Epidemiology, WBE）可在早于医疗系统检测的时间点发现病毒的存在，同时不受无症状感染者的干扰，这为新冠疫情的管控从另一层面提供了新的预警信息，并能帮助相关部门更加有效地做出公共卫生决策。
相对于该文章中的另一种方案ARTIC V3，ATOPlex V1.0显示出更高的全基因组检测灵敏度（99% vs 61%覆盖，54 突变vs 20突变），这得益于ATOPlex V1.0采用更短的扩增子方案，更适合废水或环境中的新冠病毒检测和溯源。
总之，该研究证明了飞机废水是有关Omicron等突变株在全球传播的重要途径之一。从目前的结果来看，仅对乘客进行飞行前检测并不能准确识别他们抵达后是否存在感染。因此，当预计全球出现可能更具传染性的变异时，对乘客进行飞行后检测可能是有益的。
图4. 基于飞机废水的病原体检测系统。来源：Science of the Total Environment
华大智造ATOPlex技术+DNBSEQ测序平台
自新冠疫情爆发以来，华大智造密切关注新冠突变情况，持续更新和优化包括建库测序系统在内的产品及平台，为全球70余个国家疫情防控提供工具支撑。在该研究中，Omicron的序列确认由华大智造的ATOPlex建库试剂盒联合DNBSEQ测序系统完成，从样本A12中共得到4.8Gb的测序数据、24M条双端reads (100 bp)，Q30大于88.3%。在结果分析中，根据reads质量、adapter和未知碱基 (N) 率对reads进行过滤后，其中96.1%的reads用于下游分析，表明了数据的高质量。
高质量测序数据的获得对于准确诊断病原体具有重要意义。此外，ATOPlex V1.0版本试剂盒采用超短扩增子（240-333bp，包含接头序列）在一管中完成整个病毒基因组的扩增，涵盖包括阿尔法、贝塔、伽马、德尔塔和奥密克戎在内的多种毒株，让新冠毒株无处可逃。除此次在飞机废水中检测到Omicron外，华大智造ATOPlex技术和DNBSEQ测序平台还为南非、沙特阿拉伯、瑞典等国Omicron变异毒株的溯源和监测提供了强有力的工具保障。
参考文献
1. W. Ahmed, A. Bivins, W.J.M. Smith, et al., Detection of the Omicron (B.1.1.529) variant of SARS-CoV-2 in aircraft wastewater, Science of the Total Environment (2021).
2. Ahmed, W., et al., 2021. Wastewater surveillance demonstrates high predictive value for COVID-19 infection on board repatriation flights to Australia. Environ. Int. 158, 106938.
3. European CDC., 2021. Threat Assessment Brief: Implications of the emergence and spread of the SARS-CoV-2 B.1.1.529 variant of concern (Omicron) for the EU/EEA. 26 November 2021.
4. UK Health Security Agency., 2021. SARS-CoV-2 variants of concern and variants under investigation in England: Variant of Concern: Omicron, VOC-21Nov-01 (B.1.1.529).
5. https://covariants.org/variants/21K.Omicron.
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