新型コロナウイルスを踏まえて廃水リスクとモニタリングを再考する

Nature Sustainability volume 3、981–990 ページ (2020)この記事を引用する

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メトリクスの詳細

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックは公衆衛生と世界経済に深刻な影響を与えています。現在のパンデミック、過去の流行、および対照実験から得られた証拠を集めてみると、SARS-CoV は廃水中に数日間存在し、水系およびエアロゾル化した廃水経路を介して潜在的な健康リスクにつながることが示されています。従来の廃水処理では、SARS-CoV は部分的にしか除去されないため、安全に廃棄または再利用できるかどうかは、最終的な消毒の有効性によって決まります。これは、環境監視のための新しいツールを含む、廃水を介したSARS-CoV-2感染に合わせたリスク評価と管理の枠組みの必要性を強調し、全体的な新型コロナウイルス感染症のパンデミック封じ込めの要素として適切な消毒を確保する。

現在進行中の新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックは、新しいヒトコロナウイルス（SARS-CoV-2）によって引き起こされています。感染症は、重症急性呼吸器症候群 (SARS) を引き起こす可能性があるほか、他の重篤な病状も増加傾向にあります。この世界的なパンデミックにより、すでに 7 か月以内に世界中で 60 万人以上の死者が出ています1。過去 1 世紀にわたって、ウイルス起源の発生はますます世界的なパンデミックに発展してきました (図 1a、b)。過去 20 年間に、2 つのコロナウイルスが呼吸器症候群の感染を引き起こしました。2003 年の SARS-CoV-1 と 2012 年の中東呼吸器症候群コロナウイルス (MERS-CoV) です2,3。

a、b、大規模な流行（a）とここ数か月の新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミック（b）における感染者数と死亡者数のおおよその数。 c、先進国における水系経路を介したSARS-CoV-2伝播の可能性の概要。含まれるアウトブレイクは、エンベロープを持った一本鎖 RNA ウイルスによって引き起こされました。アスタリスクは、廃水による確認済みまたは推定上の拡散を示しています。各パンデミックの横にある文字は、特定の参照先を示します: a125,126; b127; c128; d106,127; e126,129; f130,131; g132; h127; i133,134; j1 (データソースは 2020 年 7 月 28 日にアクセス)。

SARS-CoV-2 は感染力が高く、SARS-CoV-1 と同様に、呼吸器飛沫や表面との相互作用による密接な接触、およびエアロゾルによって広がります 3、4、5、6。現時点では、追加の感染経路がこの病気の局所的または世界的な蔓延にとって重要であるかどうかは明らかではありません7,8。 2003 年のパンデミック中に集合住宅内で発生した SARS-CoV-1 の発生に関する調査では、ウイルスが下水システムを介して拡散する可能性があることが示されました9,10。 SARS-CoV-1 感染は、トイレの水洗や配管システムの欠陥によって生成されたエアロゾルの呼吸を介して発生したことが示唆されています9,10。 SARS-CoV-1 と同様に、新たに出現した SARS-CoV-2 の RNA は、廃水だけでなく便サンプルからも検出されています 11、12、13、14。したがって、持続可能な淡水源である廃水15、16、17が、SARS-CoVs流行時の間接的な感染経路である可能性があると仮定されています（図1c）2、13、18、19。

ウイルスが下水道に侵入すると、糞口感染の観点から考慮する必要があるさまざまな輸送経路が考えられます (図 1c)。先進国では、収集された家庭廃水とウイルス量の大部分は集中廃水処理プラント（WWTP）で処理されます。しかし、従来の下水処理施設は一般にビリオンを完全には除去せず、パンデミック時の流入ウイルス量が多いと、排出前にウイルスが不十分に減少する可能性がある20、21、22。さらに、淡水の不足により、地下水の涵養、レクリエーション、食用作物の灌漑など、さまざまな目的で処理済み廃水の再利用量が増加し、SARS-CoV-2感染の他の潜在的なルートが生み出されています。さらに潜在的に深刻な健康リスクは、低所得国における糞口感染であり、低所得国では、不十分な衛生インフラ（例えば、開放下水道や環境への直接排出）を備えた地域社会が、未処理の下水や糞便廃棄物によって感染する可能性があります23、24、25。

全体として、SARS-CoV-2 の感染経路としての廃水の可能性を評価することが重要です。一般にエンベロープウイルス、特に廃水の収集、処理、再利用時における SARS-CoV-2 の生存と蔓延に関する情報は限られています。本明細書では、ウイルス感染の確率が非感染時よりも大幅に高いパンデミック時の、健康上のリスクと、水媒介、水媒介-エアロゾル化、および水媒介-食品媒介経路におけるSARS-CoVの潜在的な蔓延に関する既存の知識を批判的にレビューし、総合する。発生シナリオ。具体的には、現在最も多くの新型コロナウイルス感染症が発生している地域を含め、社会経済的能力が中程度から高い地域で一般的に導入されている集中下水システムに焦点を当てています。これらの状況は、廃水中の SARS-CoV-2 に合わせたモニタリングプログラムとリスク評価が緊急に必要であることを示しており、これは将来のウイルス性疾患の発生の早期発見と封じ込めに役立つ可能性があります。

ウイルスは、細胞内複製サイクルの間に細胞外粒子として存在し、特定の宿主細胞に感染する、遍在するナノスケールの感染性病原体です。ウイルスは、構造（単純ならせん状キャプシドから複雑な構造体まで）、サイズ（20 ～ 300 nm）、複製機構（つまり、出芽から溶解まで）、ライフサイクル期間（数分から数時間）が異なります。一部のウイルスでは、キャプシドは、宿主細胞への付着に重要な役割を果たすタンパク質が埋め込まれた脂質二重層膜で構成されるエンベロープで囲まれています。エンベロープは環境条件や消毒剤に対して耐久性が低いため、エンベロープを持つウイルスは非エンベロープウイルスよりも容易に不活化されることがよくあります26。ウイルスのゲノムは DNA または RNA のいずれかで構成されますが、RNA ウイルスはより高い突然変異の傾向を示します 26。

コロナウイルス（CoV）は、エンベロープを持った一本鎖のポジティブセンス RNA ウイルスで、サイズは 60 ～ 220 nm です。この名前は、ビリオンに王冠のような形状 (ラテン語で「コロナ」) を与えるエンベロープを装飾するスパイク糖タンパク質に由来しています (図 2a、b)3,27。スパイク糖タンパク質は受容体の認識と膜融合を媒介します。最近の研究では、SARS-CoV-2 のスパイク糖タンパク質が SARS-CoV-1 よりも高い親和性でヒト受容体に結合し、より感染性の高いビリオンを生成することが示唆されています 28。 SARS-CoV-1 および SARS-CoV-2 は、ベータコロナウイルス属の系統 B のメンバーです 3,27 (図 2c)。これらのウイルスは両方とも高度に適応性があり、さまざまな人間の組織に感染することができます。それらは新しい宿主種の間で容易に移動し、点突然変異と相同組換えの蓄積を通じて多様な生態学的条件に適応します29。

a. ネガティブに染色されたSARS-CoV-2ウイルスの透過型電子顕微鏡写真。わずかに損傷しており、白い矢印で示されているように、封入されたRNAが明らかになっている。 b、SARS-CoV-2の主な構造的特徴の概略図。 c、SARS-CoV-2および代表的なエンベロープウイルスおよび非エンベロープウイルスのRNA依存性RNAポリメラーゼ（RdRP）アミノ酸配列に基づく系統解析。

SARS-CoV は主に呼吸器系ウイルスですが、SARS-CoV-2 は消化管で感染して複製する可能性があります 30,31。さらに、SARS-CoV-2 (逆転写定量的ポリメラーゼ連鎖反応 (RT-qPCR) によって検出される) が人間の排泄物 (つまり、便と尿) を介して下水システムに侵入することが観察されています 13,14,32。下痢や嘔吐を含む胃腸疾患の発現頻度は、確定患者の 2% ～ 80% の範囲です 12,33,34。便サンプルの最大 67% が SARS-CoV-2 RNA 検査で陽性反応を示し、喀痰中の数はほぼ最大値に達しています (便 108 コピー ml-1 対喀痰 109 コピー ml-1)35,36。便中の SARS-CoV-2 RNA の排出は、胃腸症状はないが他の症状がある症例、無症候性の症例、および症状が止まってから最大 4 週間観察されています 34,35,36,37。興味深いことに、呼吸器感染症が回復し、呼吸器サンプルが陰性であることが判明した後も、SARS-CoV-2 RNA が便中に存在することがよくあります 35,38。

便や尿のサンプルから感染性 SARS-CoV-2 を分離することに成功した研究はわずか 32,39,40 ですが、多くの研究では便と廃水から SARS-CoV-2 RNA が検出されています 13,14,20,41,42,43。現在までのところ、便中の SARS-CoV-2 RNA が飲み込んだたんに由来するのか、それとも消化管内での活発な複製に由来するのかは不明です。後者の場合は、廃水を介した感染性ビリオンの拡散に強い影響を与える可能性があります。バイオインフォマティクスのモデリング研究と実験研究により、胃腸管におけるビリオンの感染と複製が示されました 30,31。さらに、武漢流行のデータに基づく区分疫学モデルは、ウイルスの伝播には糞口経路が推定上重要であることを示した44。これらの結果は、腸管内でウイルスが複製される可能性が高いことを示唆しています。したがって、廃水にはかなりの数の感染性ビリオンが含まれていると想定される必要があります2、13、35、45。便および廃水サンプルからの感染性 SARS-CoV-2 の分離が失敗したのは、感染性ビリオンが存在しないというよりは、無傷のエンベロープに包まれたビリオンの単離が困難であることが原因である可能性があります。

雑排水（つまり、シンク、シャワー、排水管から排出される水、図1c）は、ウイルス濃度が高い可能性のある唾液や喀痰などの体液が含まれているにもかかわらず、主要なSARS-CoV-2伝播媒体であるとは予想されていません35,39。雑水には洗剤、石鹸、その他の消毒剤が含まれていることが多く、SARS-CoV-2 が感受性があるため、ウイルス濃度は低いと予想されます5,46。

現在の廃水中の SARS-CoV の検出とモニタリングは、(1) 定性的および (2) 定量的分子アプローチ、および (3) プラーク形成単位 (PFU) による in vitro カウントの 3 つのカテゴリに分類できます。分子アプローチは SARS-CoV の RNA を標的とし、水サンプル中の RNA コピー（またはフラグメント）の存在と存在量の推定値を提供できますが、ウイルスの感染力は測定できません 18。 PFU は感染性ビリオンの定量的推定を提供できますが、in vitro 培養には適切な宿主が必要なため、この方法は時間がかかり、困難です 18,26。ウイルス検出のためのプラークアッセイの感度は、廃水サンプル中によく見られる毒素の細胞毒性によってさらに制限される可能性があることに注意する必要があります47、48、49。さらに、感染性ビリオンを分離するには、RNA 検出と比較してさらに高いウイルス濃度が必要です (>106 コピー ml-1)35。したがって、病院の廃水が SARS-CoV RNA については陽性反応を示しても、感染性ビリオンについては陽性反応を示さなかったのは驚くべきことではありません 13,35。しかし、消毒剤やさまざまな界面活性剤が頻繁に使用されたため、病院廃水中の感染性ビリオンの濃度が検出限界を下回っていた可能性もあります46,50。

使用される方法に関係なく、廃水中の SARS-CoV の検出と計数は、ヒトの排泄物に対する直接分析と比較して、希釈後の存在量が低い (101 ～ 106 コピー l-1) ため、非常に困難です 11,14,20,45。したがって、高い回収率でサンプルを濃縮することが必要であり 51、有望な方法が最近見直されています 19,52。無傷のビリオンは、酵素処理により壊れたビリオンを除去した後、対応する受容体でコーティングされた無細胞基質上に濃縮できます53。次に、結合したビリオンを RT-qPCR53 によって定量できます。最近、この方法は、専用の抽出方法を使用した後の廃水中の SARS-CoV-2 を検出および定量できることが示されました 13,45,54。活性汚泥からのトランスクリプトーム（RNA）分析により、他の分子技術では発見できなかった広範囲の未培養細菌ウイルスが発見されました55。ウイルス濃度が低い場合にはさまざまな濃度アプローチが必要ですが、この技術はメタゲノムバイローム研究56に加えて、廃水中のSARS-CoV-2などの一本鎖RNAウイルスを検出するための新しいテンプレートを提供する可能性があります。

ウイルスの存在量と感染力は両方とも病気の伝播にとって重要な要素です。ただし、カプシドを囲む脂質二重層膜は簡単に破壊されるため、抽出プロトコルでは、無傷のウイルスの回収率が低くなることがよくあります (数パーセント程度)。したがって、廃水中の感染性を判定するには、他のアプローチを開発する必要があります。現在、ヒトに対する SARS-CoV-2 の最小感染量 (MID) (つまり、感染を引き起こすウイルス粒子の数) は不明です 19。しかし、この病気の急速な蔓延は、MID が低く、他のエンベロープウイルスと同様であることを示唆しています (表 1)27,58,59。

ウイルスの生存時間分布は多くの場合指数関数的であり、半減期、ログ除去回数、または 90% 不活化に達するまでに必要な時間として報告されます (T90; 図 3)。多くの環境条件下では、SARS-CoV や他のエンベロープウイルスのウイルス粒子は数日間感染力を保ちます (図 3)。水および廃水中の SARS-CoV の感染力に影響を与えることが判明した要因には、温度、有機物含有量、溶液の pH 46、60、61 が含まれます。しかし、特に人間の活動や水への曝露は季節や地域によって異なるため、これがどのように感染リスクにつながるかはまだ不明です。

SARS-CoV (四角) および他のエンベロープウイルス (丸) の生存時間は、90% 不活化に必要な時間 (T90) で概算されます。水サンプルには次のものが含まれます。脱イオンおよび滅菌された水道水 (RO + UV 水道水)。塩素除去後の水道水（脱塩素水道）。リン酸緩衝食塩水 (PBS); 湖の水と人間の排泄物（尿と便）。沈降後の低温殺菌（過去）廃水（WW）。過去。生のWW。一次排水または二次排水 (Pri.、sec. eff); そして生のWW46、57、61、62、64、66、135、136。

温度は、ウイルス粒子全般、特に SARS-CoV の生存にとって重要な変数です 46,60,61。低温では SARS-CoV の感染力がより長く保持されることが観察されています (たとえば、廃水中では 4 °C で 14 日間、25 °C では 2 日間)61。これは、寒い季節や温帯気候帯では、SARS-CoV-2 の環境生存率が高まる可能性があることを意味します。 56℃を超える温度では、SARS-CoV-1 と SARS-CoV-2 はそれぞれ 90 分後と 30 分後に確実に不活化されますが、これはおそらくタンパク質と脂質二重層の変性によるものです 46,62,63。

有機物の濃度が増加すると、さまざまな水サンプル中でスパイクされたCoVの生存時間が短縮されることが報告されています（図3、たとえば、湖水では10日であるのに対し、生の廃水では2日）。これは、細胞外酵素活性を介してウイルスを不活化できるアンタゴニスト細菌の存在による可能性があります57、64、65。これとは異なり、廃水処理における有機物は、SARS-CoV ビリオンのエンベロープに非特異的に吸着し、酸化損傷、塩素化、紫外線 (UV) 放射、原生動物や後生動物の捕食から保護します 57,65。さらに、感染患者が排出するウイルスは、多くの場合、すでに有機物（糞便や喀痰など）と関連付けられているため、いくつかの不活化メカニズムから保護されています57,60。

糞便の pH は、新生児の弱酸性糞便での 3 時間から、pH 966 までの成人の下痢便での 4 日間まで、SARS-CoV-1 の生存にかなりの影響を及ぼしました。懸濁液中の CoV-2 は、幅広い pH (3 ～ 10) の範囲で 60 分後に感染力価の実質的な減少を示しません 46。

このレビューの焦点である社会経済的能力が中程度から高い地域の廃水は、大部分が大規模な都市部から収集されます。下水道に接続している人口の規模は、廃水中の SARS-CoV の濃度、つまり拡散の可能性に直接影響します。大都市の大規模な下水道システムは、広い地域からの廃水を効果的に混合し、その結果、ウイルスの分散がかなり均一になり、濃度が低下します67。しかし、人口が多いほど本質的にウイルスが持ち込まれる可能性が高く、大規模な人口密集地での新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の発生は自然に高いウイルス濃度を生み出し、伝播リスクを増大させます 68,69。廃水中での SARS-CoV の生存時間は、感染性ウイルスが下水処理場に到達し、いくつかの感染経路によってさらに蔓延するのに十分な長さです 18,57,61。 SARS-CoVは、他の微生物病原体と同様に、嵐の際に漏水や合流式下水道の溢流を介して、レクリエーションに使用される池、川、湖などの自然水域に到達する可能性があります18,57。 SARS-CoV-2 の感染力の高さにより、そのような環境では COVID-19 の伝播につながる可能性があります。区画疫学モデルは、汚染された天然水域が SARS-CoV の環境保有源となる可能性があることを示唆しており、その場合は再感染を防ぐための厳格な流行後対策の実施が必要となる44。

廃水モニタリングによる SARS-CoV-2 の監視は、最近、個別の検査を補完する廃水ベースの疫学および公衆衛生介入のための強力なツールとして注目されています 11,19,41,45,54,70。個別の検査に加えて中央の下水道システムからデータを収集すると、個人的な検査と比較して低コストで、関連するコミュニティにおける SARS-CoV-2 の分布に関するリアルタイムの情報 19、20、70 を提供できます 71。さらに、この情報は、未症状および無症候性の感染者がいる特定のコミュニティでの新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の発生に対する早期警告信号として使用できます14、19、54、72。これらのアウトブレイクの初期兆候は、廃水中の SARS-CoV-2 濃度の上昇が、確認された COVID-19 症例数の変化に少なくとも数日先行するため、検出できます 20,54。廃水モニタリングは、最初に流行が発生し、その後封じ込め策が緩和された地域での SARS-CoV-2 の再出現を早期に示すのに特に役立ちます。この情報により、特定のコミュニティで新型コロナウイルス感染症が蔓延する前に封じ込め措置を再開し、医療リソースを割り当てることが可能になります。封じ込め措置を緩和し、地域社会の監視を継続して経済を再開するというアプローチは、パンデミック封じ込めのための費用対効果の高い手段となる可能性がある。

低所得地域では下水衛生設備が整っていないことが多く、下水道システムが部分的またはまったく整備されていません。 5 億人を超える人々が依然として野外排泄を実践しており、さらに 35 億人が安全でない衛生設備を使用しています73,74。これらの状況では、人々が感染した廃棄物や廃水に接触する可能性が高いため、SARS-CoV-2 などのウイルス性疾患の偶発的な糞口経路を介した感染が促進される可能性があります75,76。安全でない衛生設備は、不適切な飲料水インフラ（たとえば、淡水源を汚染する露出した下水道システム）や、きれいな水や手洗い用の石鹸などの基本的な衛生サービスの欠如と組み合わされることがよくあります73。低所得国におけるパンデミックの蔓延は、都市部の人口密度の高さと、新型コロナウイルス感染症対策の実施が限定的であることによってさらに加速される可能性があります23,77,78。さらに、大量の雨水が道路を洗い流す熱帯および/またはモンスーンの気候により、水域のウイルス汚染がさらに増加します。私たちは、新型コロナウイルス感染症のパンデミックは、安全な衛生設備にアクセスできず、糞便で汚染された水に頻繁に直接接触し、汚染された廃水で灌漑された作物を消費する40億の人々にとって特に危険な状況になる可能性が高いことを強調します23,77。これらの感染経路は他のウイルス性疾患では確認されているが 75,76 、新型コロナウイルス感染症に関してはこれまでそのような研究は報告されていない。したがって、低所得地域における SARS-CoV-2 の糞口経路の調査は最も重要です。

処理済み廃水中の SARS-CoV-2 RNA の最近の証拠 20 は、農業用廃水再利用に関連する潜在的なリスクを示しています。汚染された廃水排水による果物や野菜の灌漑は、汚染された食品の取り扱いまたは消費を通じた SARS-CoV の間接的な感染経路として機能する可能性があります 79,80。これは、地表灌漑やスプリンクラー灌漑など、根域に直接水を適用しない技術 (点滴灌漑など) に特に関係します。 SARS-CoV-2 の食品媒介感染は文書化されていないが、同様のウイルスが処理廃水による灌漑後の食品媒介経路によって伝播することが知られている 81,82。 SARS-CoV に非常によく似たウシ CoV は、レタスの保存期間中 (少なくとも 14 日間) レタスの葉で感染力を維持し 81、レタス上のヒト CoV 229E は、 4℃82。さらに、農産物を洗浄してもウイルス粒子が完全に除去されるわけではありません81。したがって、特に適切な衛生設備のない地域でSARS-CoVが大規模に発生した際には、下水による灌漑を通じた糞便、水系、食品系の伝染のつながりが重要な蔓延経路となる可能性がある。さらに、廃水によるスプリンクラー灌漑や廃水固形物による施肥では、かなりの量のエアロゾルが発生します。これらのエアロゾルは地域規模で拡散することが多く 79,80、これは農場労働者にとって特に重要であり、農業地域と人口密集地域が比較的近い場所では潜在的に関連する可能性があります。アウトブレイク時の水媒介-食品媒介または水媒介-エアロゾル化経路を介したSARS-CoV-2の伝播は、廃水再利用前の消毒によって最小限に抑えることができ、安全な廃水再利用のための基準の重要性が強調されています。

エアロゾル化したウイルスは、建物内で局所的に生成され、輸送されるだけでなく、廃水処理中、処理済み廃水が供給されるレクリエーション用水域（都市部の河川や池など）から、または灌漑や施肥中に風によって大規模に輸送される可能性があります80、83、84。 85. 廃水エアロゾルと飛沫の形成は、SARS-CoV-1 の流行中に糞便、飛沫、呼吸による感染の重要なメカニズムとして確認されており、現在の SARS-CoV-2 の流行でも疑われています 10,83,86。エアロゾル化したヒト CoV (HCoV 229E) は、湿度 50%、25 °C で最大 6 日間感染力があることが判明しており、6 °C ではさらに長期間感染力があると疑われています87。 SARS-CoV-2 はエアロゾル中で最長 16 時間生存し、半減期中央値は約 1 時間です88,89。より大きな飛沫は発生源の近くに沈着するため拡散は制限されていますが、より大きな飛沫は病原体を運ぶ能力が強化されているため、表面の局所汚染を引き起こし、SARS-CoV-286,90を含む病原体伝播の主要な媒介となります。

下水処理場運営者は、標準的な慣行に従って廃水や汚染された表面への曝露を制限し、SARS-CoV-219,91 などの病原体への曝露のリスクを軽減する必要があります。下水処理場内でのエアロゾル化した SARS-CoV-2 の分析は報告されていないが、特に人口密集地域の下水処理場では、処理プロセス中のエアロゾル形成が下水処理場運営者にリスクをもたらし、拡散を促進する可能性がある 84,92。この経路は、複数の腸内ウイルスおよび細菌で観察されています84,92。エアロゾルを生成する処理済み廃水や雑排水システム (冷却塔やスプリンクラーなど) や噴水などの装飾構造物を飲用以外に再利用する場合は、下水処理場を越える感染経路を避けるために十分な処理を確保する必要があります。

SARS-CoV は、下水道の漏洩や廃水処理後の除去が不十分なために、流行中に水生生態系に広がる可能性があります。浄化槽からの廃水の漏洩、パイプの故障、または適切なインフラの欠如により、SARS-CoV が受け入れ水域 (小川、川、池、河口、湖、地下水など) に直接排出される可能性があります。さらに、排出される二次排水などの処理済み廃水も、ウイルスを環境中に運ぶ可能性があります20,22。イタリアと日本の河川で SARS-CoV-2 RNA を報告したが、感染性ビリオンの分離には成功しなかった 2 件の研究を除いて、水生環境での SARS-CoV の直接検出は行われていない 52。しかし、これまでのいくつかの研究では、エンベロープを持ったウイルスはかなりの距離を移動し、水生環境で長期間生存することがわかっています95,96。さらに、降雨は合流式下水道の氾濫や下水インフラの故障を通じて自然水系のウイルス濃度を増加させる可能性があり95,97、これによりSARS-CoVが蔓延する可能性が高まる。

表面下では、ウイルスは、外側のスパイク糖タンパク質と多孔質媒体との立体相互作用により、特に優先的な流路や亀裂を介して、非常に移動性が高くなります 98,99。 SARS-CoV-2 のサイズ（約 100 nm）、および水中（図 3）および地表での比較的長い生存時間に基づいて 5,88、SARS-CoV-2 は潜在的に地下でかなりの距離を移動する可能性があります。飲料用の淡水源として使用される帯水層の汚染。しかし、最近の研究では、多くの腸内ウイルスは厚さ 30 ～ 40 メートルの通気帯を通過する際に二次排水から完全に除去され、監視対象の地下水井戸ではウイルス数がゼロになることが示されています 101。これは、浸透時間が長いと、SARS-CoV-2101 を含むウイルスによる地下水汚染のリスクが大幅に減少することを示しています。

下水処理場では、物理的、生物学的、化学的プロセスを通じてビリオンを除去できる可能性があります (図 4)。廃水はまず一次処理を受けますが、沈降だけではウイルスの除去が低い102,103。二次（生物）処理では、曝気槽と二次沈殿を組み合わせて活性汚泥を保持します。有機微粒子へのウイルスの吸着と沈降による除去は、これらの二次処理段階で重要な役割を果たしていると考えられています103、104。固形物の保持と除去を最大化する処理アプローチ（膜バイオリアクターなど）は、廃水からウイルス負荷を除去するための特に有効な手段として提案されている 104,105。 SARS-CoV-2 に関する具体的なデータはまだ入手できませんが、エンベロープを持つウイルスは非エンベロープを持つウイルスよりも粒子と一緒に除去される可能性が高くなります 57,65。さらに、二次バイオリアクターの特徴である濃縮された細菌集団に存在する加水分解酵素やプロテアーゼなどの細胞外酵素も、他のウイルスと同様に、SARS-CoVを不活化する可能性があります57,104,105。

二次生物学的処理は、ウイルスを含む有機物質 (OM) の酵素分解 (Enz. deg.) をサポートします。沈降によって除去されなかった SARS-CoV は、懸濁した有機物質と凝集し、一次および二次排水に含まれて輸送される可能性があります。 a、b、二次排水は地表水に直接排出することも (a)、排出前に消毒することもできます (b)。 c、d、あるいは、二次排水を高度酸化プロセス (AOP) (c) および/または限外濾過 (膜バイオリアクター、MBR など) などの異なる膜システムによる濾過 (d) で再利用用途にさらに処理することもできます。。

汚泥中の SARS-CoV の濃縮は、その後の汚泥の処理と処分の問題を引き起こす可能性がある102。廃水処理プロセスからの汚泥に関するメタゲノム研究では、呼吸器疾患に関連するウイルスを含む、非常に多様なウイルスが検出されました106。 CoV 遺伝子は未処理の下水汚泥サンプルの 80% で検出され、2 番目に多かった RNA ウイルスは CoV HKU1106 でした。 SARS-CoVs については、汚泥処理中のエンベロープウイルスの生存に関するデータは不足しており、存在しません 18。非エンベロープウイルスの運命に基づくと、好熱性消化、石灰添加、乾燥および堆肥化による汚泥の処理が、SARS-CoV の不活化に最も有望である102,107。しかし、農業環境における汚泥の施肥中にもエアロゾル制御を適用する必要がある102,108。

一次および二次治療中の SARS-CoV の不活化または除去については、詳細には研究されていません。 SARS-CoV-2 RNA は処理廃水から検出され、原廃水と比較して 2log ウイルス除去のみであった 20 が、別の研究では二次処理後の完全な除去が観察された 14。これらの混合結果は、他のウイルスと同様に、SARS-CoV-2 の十分な不活化が保証されていないことを示しています 21,22。一部の国（イスラエルなど）では、ウイルスの蔓延を最小限に抑えるために、再利用前または環境への排出前に二次排水をさらに消毒します（図4）。しかし、多くの国では消毒対策が義務付けられていないため（たとえば、米国ではブドウ畑や湿地の灌漑、小川の増水のために消毒なしでの再利用が認められている）、SARS-CoV-2が蔓延する可能性が高まっている。処理済み廃水の消毒は、現在、確実に SARS-CoV-2 を不活化するための最も重要なステップと考えられます 2,18。メカニズムは不明ですが、SARS-CoVのようなエンベロープを持ったウイルスは、エンベロープを持たないウイルスよりも塩素系消毒剤に対して感受性が高い傾向があります60,109。実際の廃水では検査されていませんが、SARS-CoV-2 などのエンベロープウイルスは、消毒に対する物理的障壁となる有機材料で覆われていることがよくあります 57,60。したがって、二次排水のような有機物が豊富な複雑な媒体では、SARS-CoV-2 は消毒剤に対する感受性が低くなる可能性があります。さらに、化学消毒剤は二次排水中の有機物や窒素含有化合物によって除去され110、その結果、活性塩素の濃度が低下します。その結果、消毒された二次排水からも感染性の腸内ウイルスが検出されています 21,22,111。パンデミックの流行中、未処理の廃水中のウイルス量が通常よりも高くなる場合、ウイルス除去が不十分な場合（特に消毒剤の用量が増やされない場合）、再利用によるウイルス感染が生じる可能性があります。

多くの先進国では、廃水を再利用する前に三次処理 (つまり、高度な粒子除去と消毒) を適用しています。三次処理には、微生物病原体の除去を確実に強化するための砂ろ過、管理された帯水層涵養、紫外線照射、高度酸化プロセス (AOP) および/または膜技術が含まれます (図 4)。 254 nm の UV 照射は、ウイルスゲノムとの反応を通じて SARS-CoV-162,112 に対して有効であることが知られています109。しかし、必要な線量（放射照度と時間の関数）は、多くのウイルスおよび培地関連の要因（つまり、有機物の濃度）に大きく依存し、広範囲に及びます112。二次排水のオゾンベースの処理は、オゾンによる DNA または RNA の攻撃 113 またはフリーラジカルの形成 114 によってウイルスを効果的に不活化します。塩素化と同様に、バックグラウンド成分による酸化能力の大幅な除去と、有害な消毒副生成物の形成が可能です。現在までのところ、SARS-CoV-2 の不活化に対するこれらの消毒プロセスの有効性は不明であり、早急に研究が必要です。

精密濾過 (MF) と限外濾過 (UF) を含む低圧膜濾過は、SARS-CoV-2 の蔓延に対する完全な障壁となる可能性を秘めた廃水処理に使用される高度な技術です。さらに、膜システムのモジュール構造により、SARS-CoV-2 の排水濃度を下げるための既存の下水処理場のアップグレードが容易になる可能性があります。これらの多孔質膜 (つまり、MF > 50 nm および UF 2 ～ 50 nm) によるビリオンの除去は、標的ウイルスのサイズに関連した孔径分布に大きく依存しますが、実行可能です 110,115。したがって、直径約 100 nm の SARS-CoV-2 は UF によって確実に除去される必要があります。膜とSARS-CoVの両方の表面特性（つまり、エンベロープ上の疎水性および帯電領域）に応じて、ビリオンの除去がさらに強化される可能性があり、静電相互作用と疎水性相互作用によるサイズ排除を超えた除去につながる可能性があります104,115。メンブレンバイオリアクター（MBR）に UF を適用すると、生物学的処理中の立体除去、吸着、不活化という 3 つの機構の組み合わせにより、ウイルス除去（SARS-CoV に特有ではない）がさらに増加します 104、105、115。その結果、MBR は従来の WWTP (最大 3.6 対数除去) と比較して、腸内ウイルスの除去率が向上しました (最大 6.8 対数除去) 115。廃水処理ではあまり一般的ではありませんが、ナノ濾過 (NF)、逆浸透 (RO)、正浸透 (FO) 膜など、より高密度で緻密な膜 (孔径 <2 nm) を使用した高圧膜システムは、SARS を完全に除去できるはずです。 -新型コロナウイルス110,116。

水系感染による新型コロナウイルス感染症の健康リスクは当初の想定よりも大きい可能性があり、廃水は新型コロナウイルス感染症の感染経路の可能性としてさらに研究されるべきである。下水システムに SARS-CoV-2 RNA が存在するという証拠が世界中で蓄積されています。現在のパンデミックにおける多数の感染者と SARS-CoV-2 の高い感染力は、廃水処理に新たな課題をもたらす可能性があり、廃水の再利用による感染リスクの将来の評価が求められています。このようなリスクは、人口密度が高く、エアロゾル化した廃水に直接さらされている地域や、廃水の収集、処理、消毒が適切に行われていない地域で最も高くなることが予想されます。

以下を得るために、廃水中の感染性 SARS-CoV-2 の検出頻度に関する広範な研究が緊急に必要である。(1) 原廃水、処理廃水、受け入れ環境中の豊富なウイルスに関する重要な情報。定量的なリスク評価。 (2) 廃水処理トレインによる除去効率に関する情報。 (3) 廃水の再利用のために SARS-CoV-2 を完全に除去するため、ウイルスの負荷と下水処理場を介した伝播に応じた消毒要件。 (4) 地域社会における新型コロナウイルス感染症のパンデミックの発生、範囲、蔓延に関する政策立案者向けの流行監視。

水系経路を介した SARS-CoV-2 感染の特定されたリスクを特徴付け、軽減するには、以下の知識のギャップに対処する必要があります。 (1) 廃水中の SARS-CoV-2 濃度は現在、感染性ビリオンではなくウイルス RNA を定量化する分子的アプローチによって推定されています。これらのアプローチが主にウイルス RNA 断片ではなく完全に機能するビリオンを定量するかどうかはまだわかっていません。 (2) 水およびエアロゾルからの SARS-CoV-2 の最小感染量は現時点では不明です。 (3) 水系経路を介した SARS-CoV-2 の蔓延の程度は明らかではなく、関連する淡水環境や水の再利用システム (たとえば、レクリエーション、冷却、農業用) への SARS-CoV-2 の負荷も明らかではありません。

全体として、このレビューは、下水における新型コロナウイルス感染症に対するモニタリングの強化、リスク評価、新たなリスク管理戦略の緊急の必要性を強調しています。環境モニタリングのための革新的なツールの開発は、政策立案者に必要な科学的証拠を提供するとともに、最適化された消毒戦略は廃水の再利用に伴う新型コロナウイルス感染症の感染を軽減します。これらのアプローチは、新型コロナウイルス感染症以外にも、将来のウイルス性疾患の発生の検出、対応、封じ込めを改善するでしょう。

コロナウイルス感染症状況報告書 (世界保健機関、2020 年 7 月 28 日にアクセス)。 https://go.nature.com/3aahjbg

Naddeo, V. & Liu, H. 編集者の視点: 2019 年の新型コロナウイルス (SARS-CoV-2): 都市の水循環におけるその運命はどうなるのか、そして水研究コミュニティはどのように対応できるのか? 環境。科学。水耐性テクノロジー。 6、1213–1216 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Ashour、HM、Elkhatib、WF、Rahman、MM、Elshabrawy、HA 過去のヒトコロナウイルスの発生を踏まえ、最近の 2019 年の新型コロナウイルス (SARS-CoV-2) についての洞察。病原体 9、186 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

キム、Y.-I. 他。フェレットにおける SARS-CoV-2 の感染と急速な伝播。細胞宿主微生物 27、704–709 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Kampf, G.、Todt, D.、Pfaender, S. & Steinmann, E. 無生物表面上のコロナウイルスの残留と殺生物剤によるそれらの不活化。 J. 病院感染する。 104、246–251 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

チャン、JF-W. 他。 2019年の新型コロナウイルスに関連した家族性肺炎のクラスターは、人から人への感染を示している：家族クラスターの研究。ランセット 395、514–523 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

新型コロナウイルス感染症の水、衛生、衛生および廃棄物管理: 暫定ガイダンス (世界保健機関、2020)。

新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) を引き起こすウイルスの感染経路: IPC の予防勧告への影響。科学的概要 (世界保健機関、2020)。

McKinney, KR、Yang Gong, Y. & Lewis, TG アモイ・ガーデンにおける SARS の環境伝播。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．ヘルス 68、26–30 (2006)。

Google スカラー

ユウ、ITS 他重症急性呼吸器症候群ウイルスの空気感染の証拠。Ｎ．Ｅｎｇｌ． J.Med. 350、1731–1739 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

アーメド、W.ら。オーストラリアの未処理廃水からSARS-CoV-2の検出が初めて確認された：地域社会における新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の廃水監視の概念実証。科学。トータル環境。 728、138764 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Cheung, KS et al. SARS-CoV-2感染の胃腸症状と香港コホートの糞便サンプル中のウイルス量、系統的レビューとメタ分析。消化器病学 159、81–95 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Medema, G.、Heijnen, L.、Elsinga, G.、Italianander, R. & Brouwer, A. 下水中の SARS-コロナウイルス-2 の存在と、世界の流行の初期段階で報告された COVID-19 の有病率との相関オランダ。環境。科学。テクノロジー。レット。 7、511–516 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ランダッツォ、W. et al. 廃水中の SARS-CoV-2 RNA 力価は、低蔓延地域での COVID-19 の発生を予測しました。水耐性 181、115942 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

MS マウターら。世界的な水問題への取り組みにおけるナノテクノロジーの役割。ナット。持続する。 1、166–175 (2018)。

記事 Google Scholar

Greve, P. et al. 水不足予測の不確実性の下での水課題の世界的な評価。ナット。持続する。 1、486–494 (2018)。

記事 Google Scholar

リュー、L.ら。飲料水を分散して直接再利用するためのシステム構成の重要性。ナット。持続する。 3、548–555 (2020)。

記事 Google Scholar

Wigginton, KR、Ye, Y. & Ellenberg, RM 新進研究者シリーズ: 都市の水循環におけるパンデミックウイルスの発生源と運命。環境。科学。水耐性テクノロジー。 1、735–746 (2015)。

記事 Google Scholar

北島正人他廃水中の SARS-CoV-2: 知識の現状と研究のニーズ。科学。トータル環境。 739、139076 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Wurtzer, S. et al. パリの下水におけるウイルスゲノム定量化による、SARS-CoV-2の動態に対するロックダウンの影響の評価。 medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.04.12.20062679 (2020) のプレプリント。

Carducci, A.、Battistini, R.、Rovini, E. & Verani, M. 廃水処理によるウイルス除去: 指標と病原体のモニタリング。食環境。ヴィロル。 1、85–91 (2009)。

記事 Google Scholar

Qiu, Y. et al. カナダのエドモントンにおける都市廃水処理中のヒトウイルス除去の評価。Ｊ．Ａｐｐｌ．微生物。 119、1729–1739 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Ramia, S. 水路によるウイルス感染症の伝播: 発展途上国への影響。 Rev.Infect. ディス。 7、180–188 (1985)。

記事 CAS Google Scholar

飲料水、公衆衛生、衛生に関する進捗状況: 2017 年の最新情報と SDG ベースライン (WASH、WHO、ユニセフ、2017)。

Xu、Z.ら。発展途上国における都市部の河川汚染対策。ナット。持続する。 2、158–160 (2019)。

記事 Google Scholar

マディガン、MT、マーティンコ、JM、パーカー、J. & ブロック、TD ブロック微生物の生物学 (ピアソン教育、2012)。

Bar-On、YM、Flamholz、A.、Phillips、R.、Milo、R. 数字で見る SARS-CoV-2 (COVID-19)。 eLife 9、e57309 (2020)。

記事 Google Scholar

ヤン、R.ら。全長ヒトACE2によるSARS-CoV-2認識の構造的基盤。サイエンス 367、1444–1448 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Decaro, N. & Buonavoglia, C. 犬コロナウイルスに関する最新情報: ウイルスの進化と病理学。獣医。微生物。 132、221–234 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

Zang、R.ら。 TMPRSS2 および TMPRSS4 は、ヒト小腸腸細胞の SARS-CoV-2 感染を媒介します。科学。イムノール。 5、eabc3582 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、H.ら。消化器系は2019-nCoV感染経路の可能性がある：単細胞トランスクリプトームに基づくバイオインフォマティクス分析。 bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.01.30.927806 (2020) でプレプリント。

サン、Ｊ．ら。 COVID-19 患者の尿からの感染性 SARS-CoV-2 の分離。出現。微生物が感染します。 9、991–993 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、N.ら。中国武漢における2019年の新型コロナウイルス肺炎99例の疫学的および臨床的特徴：記述研究。ランセット 395、507–513 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ロー、イリノイら。マカオの新型コロナウイルス感染症患者10人の臨床検体におけるSARS-CoV-2 RNA脱落と臨床的特徴の評価。内部。Ｊ．Ｂｉｏｌ．科学。 16、1698–1707 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Wölfel、R. et al. COVID-2019 の入院患者のウイルス学的評価。ネイチャー 581、465–469 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、Y.ら。 COVID-19 患者の糞便中の SARS-CoV-2 RNA の存在。 J.Med. ヴィロル。 92、833–840 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Xing、YHら。コロナウイルス感染症小児患者の糞便中のウイルス排出の延長 2019. J. Microbiol. イムノール。感染する。 53、473–480 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Xiao、F.ら。 SARS-CoV-2 の胃腸感染の証拠。消化器病学 158、1831–1833 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Wang、W.ら。さまざまな種類の臨床検体における SARS-CoV-2 の検出。混雑する。医学。准教授 323、1843–1844 (2020)。

CAS Google スカラー

Zhang、Y.ら。検査室で確認された2019年コロナウイルス感染症（COVID-19）症例の便検体からの2019-nCoVの分離。中国 CDC ウィークリー 2、123–124 (2020)。

記事 Google Scholar

Randazzo , W. 、 Ferrando , EC 、 Sanjuan , R. 、 Domingo-Calap , P. & Sanchez , G. 新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) の疫学調査のための大都市下水分析。 withRxiv https://doi.org/10.1101/2020.04.23.20076679 (2020) でプレプリントします。

La Rosa、G. et al. イタリアの未処理の下水からSARS-CoV-2が初めて検出された。科学。トータル環境。 736、139652 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Nemudryi、A. et al. 都市廃水中の SARS-CoV-2 の一時的検出と系統学的評価。 medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.04.15.20066746 (2020) のプレプリント。

Danchin , A. 、Ng , PTW & Turinici , G. SARS-CoV-2 コロナウイルスの伝播のための新しい感染経路。プレプリントおよび withRxiv https://doi.org/10.1101/2020.02.14.20022939 (2020)。

ウー、FQら。廃水中のSARS-CoV-2力価は、臨床的に確認された症例から予想されるよりも高い。 medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.04.05.20051540 (2020) のプレプリント。

チン、AWH 他。さまざまな環境条件における SARS-CoV-2 の安定性。ランセット微生物 1、e10 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Schmidt, NJ、Ho、HH、Riggs、JL & Lennette、EH 廃水および糞便サンプルからウイルスを分離するためのさまざまな細胞培養システムの感度の比較。応用環境。微生物。 36、480–486 (1978)。

記事 CAS Google Scholar

ザゴララキ、I.、イン、Z.、スヴァンバエフ、Z. 水系におけるウイルスの運命。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．工学 140、04014020 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Greening, GE、Hewitt, J. & Lewis, GD 環境サンプルのウイルス学的分析のための統合細胞培養 PCR (C-PCR) の評価。Ｊ．Ａｐｐｌ．微生物。 93、745–750 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

ワン、XWら。小唐山病院と第309病院の下水からのSARSコロナウイルスの濃縮と検出。Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．方法 128、156–161 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Bofill-Mas, S. & Rusiñol, M. 水サンプルからのウイルスの濃縮方法に関する最近の傾向。カー。意見。環境。科学。癒す。 16、7–13 (2020)。

記事 Google Scholar

La Rosa, G.、Bonadonna, L.、Lucentini, L.、Kenmoe, S. & Suffredini, E. 水環境におけるコロナウイルス: 発生率、持続性および濃縮方法 - スコーピングレビュー。水耐性 179、115899 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Araud, E.、Fuざわ, M.、Shisler, JL、Li, J. & Nguyen, TH ロタウイルスとチューレーンウイルスの UV 不活化は、ビリオンのさまざまな成分を標的としています。応用環境。微生物。 86、e02436–19 (2020)。

CAS Google スカラー

ペッシア、J.ら。新型コロナウイルス感染症の発生動態の先行指標としての都市下水汚泥中の SARS-CoV-2 RNA 濃度。 medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.05.19.20105999 (2020) のプレプリント。

キャラナン、J.ら。既知の ssRNA ファージゲノムの拡大: 数十から 1,000 以上。科学。 Adv 6、eaay5981 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Martínez-Puchol, S. et al. 下水バイロームの特徴付け: NGS ツールの比較と重大な病原体の発生。科学。トータル環境。 713、136604 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Ye, Y.、Ellenberg, RM、Graham, KE & Wigginton, KR 未処理の都市廃水中のエンベロープウイルスの生存性、分配、および回収。環境。科学。テクノロジー。 50、5077–5085 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

渡辺、T.、バートランド、TA、ウィアー、MH、大村、T. & ハース、CN SARS コロナウイルスの用量反応モデルの開発。リスクアナル。 30、1129–1138 (2010)。

記事 Google Scholar

リンズリー、WGら。インフルエンザ患者が発病中および発病後に生成する、咳によって生成されるエアロゾル粒子の量とサイズの分布。 J.占領。環境。ヒュグ。 9、443–449 (2012)。

記事 Google Scholar

Geller, C.、Varbanov, M. & Duval, RE ヒトコロナウイルス: 環境耐性と新しい消毒戦略の開発に対するその影響に関する洞察。ウイルス 4、3044–3068 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

ワン、X.-W. 他。重症急性呼吸器症候群関連コロナウイルスの耐性に関する研究。Ｊ．Ｖｉｒｏｌ．方法 126、171–177 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

ドゥアン、S.-M. 他。ヒト検体および環境における SARS コロナウイルスの安定性と、加熱および UV 照射に対する感受性。バイオメッド。環境。科学。 16、246–255 (2003)。

Google スカラー

John, DE & Rose, JB 地下水における微生物の生存に影響を与える要因のレビュー。環境。科学。テクノロジー。 39、7345–7356 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Casanova, L.、Rutala, WA、Weber, DJ & Sobsey, MD 水中での代替コロナウイルスの生存。水耐性 43、1893–1898 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

ガンディ首相、ジェルバ、CP & ペッパー、イリノイ州水および廃水中のコロナウイルスの生存。食品環境ヴィロル。 1、10–14 (2009)。

記事 Google Scholar

ライ、MYY、チェン、PKC、リム、WWL 重症急性呼吸器症候群コロナウイルスからの生存。クリン。感染する。ディス。 41、67–71 (2005)。

記事 Google Scholar

ベルチェンコ、Y.ら。環境監視データからのポリオ感染率の推定。科学。翻訳。医学。 9、eaaf6786 (2017)。

記事 Google Scholar

Bettencourt、LMA、Lobo、J.、Helbing、D.、Kühnert、C. & West、GB 成長、イノベーション、スケーリング、都市の生活のペース。手順国立アカデミー。科学。 USA 104、7301–7306 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

ヤン、Ｓ．ら。進化する都市排水ネットワークの機能トポロジー。水資源。解像度 53、8966–8979 (2017)。

記事 Google Scholar

サウスカロライナ州マラパティ。下水がコロナウイルス発生の本当の規模をどのように明らかにするのか。ネイチャー 580、176–177 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ハート、OEおよびハルデン、RU 地域的および世界的な廃水ベースの疫学によるSARS-CoV-2/COVID-19監視のコンピューター分析: 実現可能性、経済性、機会と課題。科学。トータル環境。 730、138875 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Lodder, W. & de Roda Husman, AM 廃水中の SARS-CoV-2: 潜在的な健康リスクだけでなくデータも。ランセットガストロエントロール。ヘパトール。 5、533–534 (2020)。

記事 Google Scholar

2000 年から 2017 年の家庭用飲料水、衛生および衛生に関する進捗状況 (WHO/ユニセフ、2019)。

ベレンデス、DM、サムナー、TA & ブラウン、JM 低中所得国の少なくとも 18 億人の糞便汚泥管理を意味するすべての衛生管理を安全に管理する。環境。科学。テクノロジー。 51、3074–3083 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Heller, L.、Mota, CR & Greco, DB COVID-19 の糞口感染: 私たちは正しい質問をしていますか? 科学。トータル環境。 729、138919 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Usman, M.、Farooq, M. & Hanna, K. 廃水中の SARS-CoV-2 の存在: 開発途上地域社会における環境感染への影響。環境。科学。テクノロジー。 54、7758–7759 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

グローバルリスクレポート 2020 (世界保健機関、2020)。

新型コロナウイルス感染症の水、衛生、衛生および廃棄物管理: 技術概要 (世界保健機関、2020)。

Adegoke、AA、Amoah、ID、Stenström、TA、Verbyla、ME & Mihelcic、JR 部分処理および未処理廃水の農業再利用に関連する疫学的証拠と健康リスク：レビュー。フロント。公衆衛生学 6、337 (2018)。

記事 Google Scholar

Dickin, SK、Schuster-Wallace, CJ、Qadir, M. & Pizzacalla, K. 農業における廃水使用による健康リスクと暴露経路のレビュー。環境。健康の観点。 124、900–909 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Mullis, L.、Saif, LJ、Zhang, Y.、Zhang, X. & Azevedo, MSP 家庭用冷蔵庫条件下でのレタス表面上のウシコロナウイルスの安定性。食品微生物。 30、180–186 (2012)。

記事 Google Scholar

Yépiz-Gómez、MS、Gerba、CP & Bright、KR 生鮮食品における呼吸器系ウイルスの生存。食環境。ヴィロル。 5、150–156 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

ゴームリー M 氏、TJ アスプレイ氏、DA 州ケリー氏新型コロナウイルス感染症 (COVID-19): 廃水配管システムを介した感染の軽減。ランセットグローブ。ヘルス 8、E643 (2020)。

記事 Google Scholar

Brisebois、E. et al. ヒトのウイルス性病原体は、下水処理センターのエアロゾル中に蔓延しています。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．科学。 67、45–53 (2018)。

記事 Google Scholar

Courault, D. et al. 灌漑に再利用された廃水から放出される浮遊腸内ウイルスの評価とリスクモデリング。科学。トータル環境。 592、512–526 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

ディン、Z.ら。病院における SARS-CoV-2 ウイルスの環境検出の大部分はトイレです。 medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.04.03.20052175 (2020) のプレプリント。

Ijaz、MK、Brunner、AH、Sattar、SA、Nair、RC & Johnson-Lussenburg、CM 空気感染ヒトコロナウイルス 229E の生存特性。 J. ヴィロル将軍。 66、2743–2748 (1985)。

記事 Google Scholar

ヴァンドレマーレン、N. 他 SARS-CoV-1 と比較した SARS-CoV-2 のエアロゾルおよび表面安定性。Ｎ．Ｅｎｇｌ． J.Med. 382、1564–1567 (2020)。

記事 Google Scholar

フィアーズ、AC et al. 3 つの新興コロナウイルスの動的エアロゾル効率の比較と、エアロゾル懸濁液中の SARS-CoV-2 の異常な持続性。 medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.04.13.20063784 (2020) のプレプリント。

Barker, J. & Jones, MV 家庭用トイレを流した後の表面のエアロゾル汚染によって引き起こされる感染拡大の可能性。Ｊ．Ａｐｐｌ．微生物。 99、339–347 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Zabinski, JW、Pieper, KJ & MacDonald Gibson, J. 流行中に下水処理作業員がエボラウイルス病に感染するリスクを評価するベイジアンビリーフネットワークモデル。リスクアナル。 38、376–391 (2018)。

記事 Google Scholar

Lin, K. & Marr, LC 廃水システムにおけるエボラウイルス代用物のエアロゾル化。環境。解像度レット。 51、2669–2675 (2017)。

CAS Google スカラー

リモルディ、SG et al. 下水および河川における SARS-CoV-2 ウイルスの存在と感染力。科学。トータル環境。 744、140911 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

原本 E.、マラ B.、タカリ O.、北島 M. 日本の廃水および河川水中の SARS-CoV-2 RNA の存在に関する初の環境調査。科学。トータル環境。 737、140405 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

畑明ほか合流式下水道の氾濫による影響を受けた河川水中のウイルスの発生と検出効率に対する降雨事象の影響。科学。トータル環境。 468–469、757–763 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

カッツ、A.ら。コロイド状沈殿物によるエンベロープを持ったバクテリオファージのヘテロ凝集とウイルスの生存率への影響。科学。トータル環境。 637–638、104–111 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

キム、JY、リー、H.、リー、JE、チョン、M.-S. & Ko、GP 韓国の漢江での降雨後の人間と動物の糞便汚染の特定。微生物環境。 28、187–194 (2013)。

記事 Google Scholar

Bhattacharjee, S.、Ryan, JN & Elimelech, M. 物理的および地球化学的に不均質な地下多孔質媒体におけるウイルス輸送。Ｊ．コンタム．ハイドロール。 57、161–187 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

Gutierrez, L. & Nguyen, TH ロタウイルスと、異なる物理化学的特性を持つ天然有機物分離株との相互作用。ラングミュア 29、14460–14468 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Weisbrod, N.、Meron, H.、Walker, S. & Gitis, V. 離散骨折におけるウイルス輸送。水耐性 47、1888–1898 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

エルカヤム、R. et al. 密閉管理された排水再充填システムにおけるウイルスおよび微生物の病原体、指標微生物、微生物源追跡指標、および抗生物質耐性遺伝子。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．工学 144、05017011 (2018)。

記事 Google Scholar

Hurst, CJ & Gerba, CP 廃水汚泥処理プロセスにおけるウイルスの運命。クリティカル。Ｒｅｖ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．科学。テクノロジー。 18、317–343 (1989)。

Google スカラー

NA の Clarke、RE の Stevenson、S. Lu Chang、PW の Kabler 活性汚泥処理による下水からの腸内ウイルスの除去。午前。 J. 公衆衛生 51、1118–1129 (1961)。

記事 CAS Google Scholar

Chaudhry, RM、Nelson, KL & Drewes, JE 実物大の膜バイオリアクターにおける病原性ウイルス除去のメカニズム。環境。科学。テクノロジー。 49、2815–2822 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Lv、W.ら。液中膜分離バイオリアクターのウイルス除去性能と仕組み。プロセス生化学。 41、299–304 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Bibby, K. & Peccia, J. メタゲノム解析による下水汚泥中のウイルス病原体の多様性の同定。環境。科学。テクノロジー 47、1945 ～ 1951 年 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Goddard, MRR、Bates, J. & Butler, M. 生および消化された下水汚泥からの固有エンテロウイルスの回収。応用環境。微生物。 42、1023–1028 (1981)。

記事 CAS Google Scholar

Viau, E.、Bibby, K.、Paez-Rubio, T. & Peccia, J. 下水汚泥の土地利用に関連する感染リスクに関する合意された見解に向けて。環境。科学。テクノロジー。 45、5459–5469 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Ye、Y.、Chang、PH、Hartert、J. & Wigginton、KR エンベロープウイルスゲノム、タンパク質、および脂質の遊離塩素および UV 254 との反応性。Environ。科学。テクノロジー。 52、7698–7708 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Tchobanoglous, G.、フロリダ州バートン、HD ステンセル、廃水工学、処理および再利用 (マグロウヒル、2004)。

Simmons, FJ & Xagoraraki, I. 本格的な下水施設による感染性ヒト腸内ウイルスの放出。水耐性 45、3590–3598 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Derraik, JGB、Anderson, WA、Connelly, EA & Anderson, YC SARS-CoV-2 生存者と消毒、およびダブルヒットプロセスを使用した再利用可能な PPE プロトコルに関する迅速な証拠の概要。 medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.04.02.20051409 (2020) のプレプリント。

von Gunten, U. & von Sonntag, C. 基本原理からみた水および廃水処理中のオゾンの化学 (IWA Publishing、2012)。

Sonntag、C. フリーラジカル誘発 DNA 損傷とその修復 (Springer、2006)。

Bodzek, M.、Konieczny, K.、Rajca, M. 水および廃水消毒の膜 - レビュー。アーチ。環境。プロット。 45、3–18 (2019)。

CAS Google スカラー

Pendergast, MM & Hoek, EMV 水処理膜ナノテクノロジーの総説。エネルギー環境。科学。 4、1946 ～ 1971 年 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

マルティナ、BEE 他猫やフェレットのSARSウイルス感染症。 Nature 425、915 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

デディエゴ、ML 他。 hACE-2トランスジェニックマウスにおける重症急性呼吸器コロナウイルス欠失変異体の病原性。ウイルス学 376、379–389 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

デン、W.ら。 SARS-CoV-2 の眼結膜接種は、アカゲザルにおいて軽度の COVID-19 を引き起こす可能性があります。 bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.03.13.990036 (2020) でプレプリント。

マンスター、VJら。 SARS-CoV-2を接種したアカゲザルの呼吸器疾患。自然 https://doi.org/10.1038/s41586-020-2324-7 (2020)。

Bao、L.ら。 hACE2 トランスジェニックマウスにおける SARS-CoV-2 の病原性。ネイチャー 583、830–833 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Douglas, MG、Kocher, JF、Scobey, T.、Baric, RS & Cockrell, AS 適応進化は、重度の呼吸器疾患を発症するために必要な MERS-CoV の感染量に影響を与えます。ウイルス学 517、98–107 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Yezli, S. & Otter, JA 食品や環境を介して伝播する主要なヒト呼吸器ウイルスおよび腸管ウイルスの最小感染量。食環境。ヴィロル。 3、1–30 (2011)。

記事 Google Scholar

TCID50 をプラーク形成ユニット PFU-124 に変換する (ATCC、2020 年 4 月 19 日にアクセス)。 https://go.nature.com/3aesQpX

タウベンバーガー、JK & モーレンス、DM 1918 インフルエンザ：すべてのパンデミックの母。出現。感染する。ディス。 12、15–22 (2006)。

記事 Google Scholar

アリーナ、C. et al. 急性下痢症の一般診療を行っている成人患者の便中のインフルエンザウイルスと腸内ウイルスを同時に調査します。ヴィロル。 J. 9, 1–8 (2012)。

記事 Google Scholar

ウォン、G.ら。 MERS、SARS、エボラ出血熱: 感染症におけるスーパースプレッダーの役割。細胞宿主微生物 18、398–401 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Lai、S.ら。ヒトにおける鳥インフルエンザ A H5N1 ウイルス感染の世界的疫学、1997 年から 2015 年: 個々の症例データの系統的レビュー。ランセット感染。ディス。 16、E108–E118 (2016)。

記事 Google Scholar

Dawood、FS 他。 2009 年のパンデミックインフルエンザ A H1N1 ウイルスの流行の最初の 12 か月に関連する世界の推定死亡率: モデル研究。ランセット感染。ディス。 12、687–695 (2012)。

記事 Google Scholar

Durai, P.、Batool, M.、Shah, M. & Choi, S. 中東呼吸器症候群コロナウイルス：感染症、ウイルス学、およびアウトブレイク制御を支援する治療標的。経験値モル。医学。 47、e181 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Yeo, C.、Kaushal, S. & Yeo, D. コロナウイルスの腸内関与: SARS-CoV-2 の糞口感染は可能ですか? ランセット 5、335–337 (2020)。

Google スカラー

スー、S.ら。中国における 2013 年以降の 5 回の流行波における H7N9 インフルエンザウイルスの疫学、進化、病因。トレンド微生物。 25、713–728 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

2015 年から 2018 年のジカ熱症例 (汎米保健機関および世界保健機関、2018 年)。

リー、C.ら。ジカウイルスが便中に排出され、マウスの肛門直腸粘膜を介して感染する。出現。微生物が感染します。 7、1–10 (2018)。

Google スカラー

ラベナウ、HF 他。 SARS コロナウイルスの安定性と不活化。医学。微生物。イムノール。 194、1–6 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Sizun J.、Yu、MWN & Talbot、PJ ヒトコロナウイルス 229E および OC43 の懸濁液中および表面乾燥後の生存: 院内感染の感染源の可能性。 J. 病院感染する。 46、55–60 (2000)。

記事 CAS Google Scholar

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私たちは、物理的封じ込めレベル 4 の施設内でのウイルスの伝播に対する危険な病原体チーム (ヘルス＆バイオセキュリティ、CSIRO オーストラリア) の支援に感謝します。 SY は、プロジェクト「PROJECT Ô: 水の循環的、統合的、共生利用のための計画と技術ツールのデモンストレーション」のために欧州連合プログラムホライゾン 2020 (番号 776816) から資金提供を受けました。 AP は米国国立科学財団賞の支援を受けました。 CBET-1848683。

ザッカーバーグ水研究所、ジェイコブ・ブラウスタイン砂漠研究所、ネゲブのベングリオン大学、イスラエル、セデ・ボケル

アン・ボグラー、アミット・グロス、アヴナー・ローネン、ノーム・ワイズブロッド、オデッド・ニル、オスナット・ギラー、シャイ・アーノン、ジーヴ・ローネン、エド・バー＝ジーヴ

ノースウェスタン水研究センター、ノースウェスタン大学土木環境工学部、米国イリノイ州エバンストン

アーロン・パックマン & ジョージ・ウェルズ

土木および環境工学、テクニオン – イスラエル工科大学、イスラエル、ハイファ

アレックス・ファーマン

アヴラムとステラ・ゴールドスタイン・ゴレン、ネゲブ・ベングリオン大学バイオテクノロジー工学部、ベエルシェバ、イスラエル

アリエル・クシュマロ

イルゼ・カッツ・メソ・ナノスケール科学技術センター、ネゲブ・ベングリオン大学、ベエルシェバ、イスラエル

アリエル・クシュマロ

米国ペンシルバニア州フィラデルフィア、テンプル大学工学部土木環境工学

アヴナー・ロネン

リモージュ大学、INSERM、CHU Limoges、RESINFIT、U1092、リモージュ、フランス

クリストフ・ダゴット

APC マイクロバイオームアイルランド、ユニバーシティカレッジコーク、コーク、アイルランド

コリン・ヒル

イスラエル、メコロット国立水道会社、テルアビブ、イスラエル

ダリット・ヴァイゼル＝オハイオ、ハダス・ラーナン・キペルワス、イド・ネゲブ、オデッド・スード

チューリッヒ工科大学環境工学研究所、チューリッヒ、スイス

エバーハルト・モルゲンロート

Eawag、スイス連邦水産科学技術研究所、デューベンドルフ、スイス

エバーハルト・モルゲンロート

ヴェネチア大学カフォスカリ校、環境科学、情報学、統計学部、ヴェネツィア、イタリア

ヘンリー・ベルトゥッツォ

水化学および水技術、カールスルーエ工科大学エングラーブンテ研究所、カールスルーエ、ドイツ

ハラルド・ホーン

テルアビブ大学、正確科学学部、ポーター環境学大学院、テルアビブ、イスラエル

アイネス・ザッカー

テルアビブ大学工学部機械工学部、テルアビブ、イスラエル

アイネス・ザッカー

中央ウイルス研究所、保健省、チャイム・シェバ医療センター、ラマトガン、イスラエル

イタイバーオル

イスラエル、ベエルシェバ、ネゲブのベングリオン大学健康科学部公衆衛生学部保健システム管理学科

ジェイコブ・モラン・ギラッド

カタルーニャ水研究所 (ICRA)、ジローナ、スペイン

ホセ・ルイ・バルカザール

ジローナ大学、ジローナ、スペイン

ホセ・ルイ・バルカザール

米国インディアナ州サウスベンド、ノートルダム大学土木環境工学および地球科学科

カイル・ビビー

米国コネチカット州ニューヘブンのイェール大学化学環境工学部

メナヘム・エリメレク

ライス大学、ヒューストン、テキサス州、米国

ペドロ・J・アルバレス

オーストラリア疾病予防センター、連邦科学産業研究機関、ジーロング、ビクトリア州、オーストラリア

サンドラ・クラメリ

米国ペンシルバニア州フィラデルフィアのドレクセル大学土木・建築・環境工学科

シャロン・ウォーカー

イスラエル工科大学テクニオン、バイオテクノロジーおよび食品工学部、ハイファ、イスラエル

シマ・ヤロン

広東テクニオンイスラエル工科大学 (GTIIT)、中国汕頭

シマ・ヤロン

米国イリノイ州アーバナ、イリノイ大学アーバナシャンペーン校土木環境工学科

タイン・H・グエン

イスラエル、ベエルシェバ、ネゲブのベングリオン大学、産業工学および管理学部

ヤキル・ベルチェンコ

中国天津市、天津理工大学材料科学工学部、分離膜および膜プロセスの国家重点実験室

ユンシア・フー

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EB-Z。と AB は、AP、PJA、ME、EM の指導を受けて、このレビューの初期構造を概念化しました。著者全員が原稿の執筆と編集に関与し、データの解釈と重要な洞察を提供しました。 JLB は SARS-CoV の系統解析を提供し、SC は SARS-CoV-2 の透過型電子顕微鏡 (TEM) 画像を生成しました。

アン・ボグラーまたはエド・バージーヴとの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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Bogler, A.、Packman, A.、Furman, A. 他新型コロナウイルス感染症のパンデミックを踏まえて、廃水のリスクとモニタリングを再考します。 Nat Sustain 3、981–990 (2020)。 https://doi.org/10.1038/s41893-020-00605-2

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受信日: 2020 年 4 月 30 日

受理日: 2020 年 8 月 5 日

公開日: 2020 年 8 月 19 日

発行日：2020年12月

DOI: https://doi.org/10.1038/s41893-020-00605-2

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