SCI搬运工 | 水环境中的冠状病毒：发生，持久性和浓缩方法-范围回顾
2020-10-29导读
为了服务更多水行业技术人员，《净水技术》杂志社以我国一线水行业技术工作者对最新科研成果与动态的求知需求为出发，按主题的形式对过去一年周期内的最新SCI文献成果进行梳理，力求通过专题式的信息为广大读者提供更为聚焦的帮助。
美国《科学引文索引》（Science Citation Index, 简称 SCI ）于1957 年由美国科学信息研究所（Institute for Scientific Information, 简称 ISI）在美国费城创办，是由美国科学信息研究所（ISI）1961 年创办出版的引文数据库。SCI（科学引文索引）与EI（工程索引）、ISTP（科技会议录索引）被并称为世界著名的三大科技文献检索系统。
编者按
2019冠状病毒病(COVID-19)已成为全球公共卫生突发事件，自疫情暴发以来，各地学者都对病毒的传播及控制进行了研究。近日，净水小编发现了这篇La Rosa G等人撰写的关于冠状病毒的综述文章，通过翻译整理，供大家参考。
该综述调查三个主要领域的相关研究:1)CoV在水中的持久性/生存；2)水环境中CoV的发生；3)水中CoV的回收方法。现有数据表明:i) CoV在环境中稳定性较低，对氧化剂如氯非常敏感；ii)冠状病毒在水中的灭活速度明显快于已知的经水传播的无包膜人肠道病毒；iii)温度是影响病毒存活的重要因素(感染性病毒的滴度在23~25℃时比在4℃时下降更快)；iv)目前没有证据表明人类冠状病毒存在于地表水或地下水中，或通过受污染的饮用水传播；v)需要进行进一步的研究，使从水环境中采集和浓缩肠内无包膜病毒的常用方法适应包膜病毒。
粪便污染水源一直以来被认为是对人类健康的威胁：水可以为病原体传播提供媒介，为爆发或零散的感染创造条件。潜在的水传播途径的病毒主要属于肠道病毒，这是一类非包膜病毒，可以在人的胃肠道中繁殖。最重要的水性肠道病毒属于杯状病毒科（诺如病毒），Picornaviridae科（肠病毒和甲型肝炎病毒）和腺病毒科（腺病毒）。包膜病毒在结构上与肠道病毒（非包膜）不同，并且在水环境中的行为也有所不同。在包膜的病毒中，冠状病毒（CoV）（Nidovirales，Coronaviridae家族，Coronavirinae亚科）是单链正链RNA病毒。（疫情跟踪 | 水环境中的新兴和潜在新兴病毒）
HCoV是呼吸道病原体，主要传播方式是通过呼吸，打喷嚏，咳嗽等所产生的呼吸道飞沫进行人与人的接触及其他接触（与感染对象直接接触或间接接触，通过手介导的传染途径）。从未在人类中证明水传播，但是据报道在受感染患者的粪便中检测到HCoV，提示粪便-口腔途径可能有助于HCoV传播。
冠状病毒病毒体被包裹，球形，直径约120 nm。包膜蛋白涉及病毒生命周期的多个方面，例如组装，包膜形成和发病机理。包膜内部是包含核蛋白和RNA基因组的螺旋衣壳。图1显示了SARS-CoV / SARS-CoV-2的病毒体结构。图2显示SARS-CoV2的线性ssRNA（α）基因组。
至于其他呼吸道HCoV，SARA-CoV-2的主要传播媒介是呼吸、打喷嚏、咳嗽等并与之接触（与受感染者直接接触或间接接触，通过手介导的低谷传播）产生的飞沫。在关于COVID-19和SARS-CoV-2的研究中，一些研究报告了感染患者的粪便或肛门拭子中存在病毒RNA片段（净水技术 | 钟南山团队实验室在患者粪便中检出新冠活病毒）。
本综述总结了在水环境中可能对人类健康造成影响的冠状病毒的情况，重点关注它们的发生、持久性以及在不同水基质中检测它们的浓缩方法。旨在增进对传播途径的了解以及与不良饮用水和卫生管理有关的可能的感染危害；此外，还专门检查了包膜病毒的检测方法（侧重于浓缩法）的研究空白，以加强其在水介质中的监测。
方法
于2020年2月23日对现有文献使用电子数据库PubMed，EMBASE和Web Science Core Collection进行搜索，没有发布日期或语言的限制。搜索关键词包括与病毒组和感兴趣的环境矩阵有关的术语（请参见表1）。
通过搜索检索到总共4382篇文章，通过筛查，该研究包括12篇文章，与原始研究相对应，其主要发现见表2-4。
冠状病毒在水环境中的持久性
检索了四篇有关CoV在水中的持久性或存活性的论文（表2）。这些文章与使用SARS-CoV，人冠状病毒（229E）或替代动物冠状病毒（TGEV，FIPV或鼠肝炎病毒MMH）的传播实验有关。4篇文章的研究均表明，温度是影响水中病毒存活的重要因素，病毒的存活率随温度升高而降低。实际上，已经普遍证明，较高的温度与肠道病毒的快速失活有关，并且由于蛋白质的变性增加和细胞外酶的活性增加，温度被认为是水中病毒存活的最重要因素。
非包膜病毒比冠状病毒等包膜病毒更能抵抗环境条件、水处理和消毒剂，因为裂解病毒包膜会导致感染易感细胞所需的功能受体丧失。根据Wang等人的结果，SARS-CoV对氯的抵抗力比细菌低。由此可见，目前的水消毒方法（饮用水，废水，游泳池水）对非包膜病毒和细菌有效，有望对包膜病毒如冠状病毒也有效。
卡萨诺瓦等人的研究评估了两种替代冠状病毒，TGEV（可传播的胃肠炎病毒，一种猪冠状病毒）和MHV（鼠肝炎病毒）在试剂级水、湖水和人类污水中的存活率（室温（23~25℃）和4℃）。作者认为，污水中产生的气溶胶可能是人类暴露的潜在媒介。但本研究中使用的替代动物冠状病毒是造成动物胃肠道或肝脏疾病的原因，因此与呼吸人类冠状病毒相比，可能表现出不同的抗药性。与Wang等人的研究相比，这可以解释CoV在这项工作中显示出更大的抵抗力和更长的生存期。此外，在这些持久性研究中使用不同的细胞系和生长培养基可能会导致测量不确定性。
Gundy等人研究了人类冠状病毒（HCoV-229E）和动物冠状病毒（FIPV，猫传染性腹膜炎病毒）在自来水（过滤和未过滤）和废水（初级和活性污泥废水）中的存活率，将结果与脊髓灰质炎病毒1（PV-1，萨宾减毒株LSc-2ab）的结果进行比较。这证实与包膜病毒相比，非包膜病毒在水环境中显示出更高的抵抗力。该研究的另一个重要发现是，滤过的自来水中的CoV灭活要比未滤过的自来水中快，这表明水中的悬浮固体可以为吸附在这些颗粒上的病毒提供保护。
最近的一项研究研究了两种包膜病毒MHV和假单胞菌噬菌体46，以及两种非包膜病毒MS2和T3在未处理的城市废水中的存活情况。将未经巴氏消毒和已经消毒的废水与病毒储备液混合，然后在25℃或10℃下模拟典型的夏季和冬季废水温度。包膜病毒的灭活过程更快，在巴氏消毒的废水中，MHV和噬菌体46的感染率均比未巴氏消毒的废水（MHV的T90为19 h，噬菌体46在25℃时为53 h）丧失的速度要慢得多，这可能是由于细菌细胞外酶活性降低和巴氏灭菌样品中没有原生动物和后生动物捕食。事实证明，土著微生物种群的存在对病毒的生存有负面影响。同时，作者表明高达26％的包膜病毒吸附到废水的固体部分中，这意味着通过固体沉降可以减少废水中的包膜病毒。
在水环境中发现冠状病毒
通过文献检索获得了两份专门针对在水环境中检测对人类健康感兴趣的CoV的报告，以及三份宏基因组/病毒组研究（表3）。
为了调查污水是否可能成为SARS-CoV的可能传播途径，对2003年北京爆发的SARS患者所在的中国北京两家医院的污水排放进行了分析，但从未在测试样品中检测到传染性SARS-CoV。作者认为包括消毒剂引起的病毒灭活（高浓度消毒剂，用于患者排便后使用），低病毒浓度或浓缩过程中未知因素导致的感染力丧失。
Blanco等使用RT-PCR检测Alpha和Beta冠状病毒，在21个测试样本中，只有一个样本的CoV呈阳性。通过序列分析，发现阳性样品与在亚洲和欧洲报道的阿尔法冠状病毒谱系A内的新型啮齿动物/地鼠特定进化枝密切相关。
Bibby及其同事的研究发现了生物固体中存在多种包膜和非包膜病毒，包括冠状病毒，疱疹病毒，Tenque Teno病毒和斑驳病毒。有趣的是，与长期以来被认为是生物固体中最丰富的病毒属的腺病毒相比，所有这些组的病毒都具有很高的代表性。
两年后，同一位作者的另一篇论文描述了污水污泥样品中的病毒多样性（进水和出水）：在样品中大量检测到了新兴的病毒，例如冠状病毒，克拉斯病毒和柯萨病毒。在83％的样品中检测到冠状病毒，而冠状病毒HKU1是第二流行的RNA病毒。与流出样品相比，冠状病毒在流入样品中显示出更高的相对丰度。
最后，Alexyuk等研究了在地表水（河流，湖泊和水库）中采样的病毒体。尽管大多数序列与水生生态系统典型的本地病毒有关，但也检测到了异源病毒，如冠状病毒科，呼肠孤病毒科和疱疹病毒科。
从水基质中浓缩包膜病毒的方法
表4中的文章研究了水中CoV的浓缩方法及其相关的回收效率。Ye等评估了三种从市政废水的液体部分中分离和浓缩病毒的方法：i）PEG沉淀，ii）超速离心，iii）离心装置超滤。用啮齿动物冠状病毒鼠肝炎病毒（MHV）和未包被的噬菌体MS2加标废水（250 mL用于PEG沉淀和超滤，60 mL用于超速离心）。Ye及其同事的结果表明，PEG沉淀法可有效地从水样中回收非包膜病毒，可能不是回收感染性包膜病毒的最佳方法，而超滤可成功地用于回收CoV。但是，在这项研究中，使用离心超滤器仅测试了少量废水。由于水基质中的病毒数量可能很少，因此需要适用于处理大量水的分析方法。因此，作者得出的结论是，通过优化中空纤维超滤器和切向流超滤可以使大量水中的CoV浓缩，可以进一步取得进展。
此外，有结果表明，玻璃棉过滤是同时浓缩几种水性病原体的一种经济有效的方法。但是，作者建议在解释这些比较结果时要谨慎，因为用于加标的病原体的数量因不同的微生物而异，因此应明确区分对播种量的恢复效率和病原体类型的影响。而布兰科等人的研究（2019）清楚地证明了通常用于非包膜病毒的浓缩程序需要适应才能在包膜病毒如CoV上产生令人满意的性能。
结果讨论
总而言之，这项范围界定的综述突出了冠状病毒研究的几个方面，需要深入探讨。
1）温度等环境因素似乎会影响冠状病毒在水中持久存在的能力，需要进一步研究调查与气候和季节条件有关的水中CoV持久性。
2）尽管不同的研究表明，基于病毒的类型和水的类型，水中CoV的病毒灭活率不同，但是通常有证据表明，CoV通常被认为在环境中不稳定，并且更易受氧化剂（例如氯）的影响。
3）根据少量可用数据，通常用于从废水和其他水基质中浓缩和回收非包膜肠病毒的方法可能不适用于回收CoV。因此，未来的研究应集中于开发从大量水域和不同类型的水中浓缩CoV和其他包膜病毒的可靠方法。
根据水和卫生安全规划方法，该知识可以为天然水资源和综合水循环中的风险分析以及由SARS-CoV2引起的大流行COVID- 19提供关键支持。但是，还需要进一步的研究来研究冠状病毒和其他包膜病毒在城市废水和饮用水中的潜在存在和命运，并开发出可靠的水分析方法。
推荐参考
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.
