Качественный и количественный анализ вирусной контаминации сточных вод как элемент контроля за циркуляцией кишечных вирусов в Республике Беларусь

Эпидемиология сточных вод – новое направление исследований в системе надзора за циркуляцией кишечных вирусов. Целью настоящей работы был анализ результатов мониторинга сточных вод в Республике Беларусь в отношении кишечных вирусов в 2020–2021 гг. Детекция РНК ротавирусов А, норовирусов 1-й и 2-й геногрупп, энтеровирусов, ДНК аденовирусов F осуществлялась с помощью ОТ-ПЦР, определение количества нуклеиновых кислот – с применением количественной модификации метода, генотипирование возбудителей – путем секвенирования информативных для этого регионов генома вирусов. В 2020–2021 гг. из исследованных 1038 проб сточных вод 487 (46,9 %) содержали нуклеиновую кислоту (НК) одного или нескольких вирусов.  

В 2021 г. имело место снижение активности циркуляции большинства кишечных вирусов по сравнению с 2020 г., обусловленное, вероятно, более строгим соблюдением санитарно-гигиенических правил во время пандемии COVID-19. Преобладание в сточных водах ДНК аденовирусов F могло быть обусловлено их широким бессимптомным носительством и большей устойчивостью ДНК возбудителя во внешней среде. Количественный анализ содержания вирусных НК в сточной воде показал, что большинство проб с высокими концентрациями НК кишечных вирусов были отобраны из точек, куда осуществлялся сброс сточных вод непосредственно из учреждений здравоохранения. По результатам молекулярного типирования в исследованных сточных водах присутствовали наиболее распространенные гено- или серотипы возбудителей – норовирус GII.4[P16], аденовирус 41-го типа, энтеровирусы Коксаки В3, В5, ЕСНО 30 и ЕСНО 13.  

Полученные данные, основанные на количественном анализе содержания кишечных вирусов в сточных водах, представляют ценную информацию об их циркуляции в человеческой популяции, которая позволяет оценивать текущую эпидситуацию и прогнозировать ее развитие в ближайшей перспективе.

1. Daughton, C. Illicit drugs in municipal sewage: Proposed new non-intrusive tool to heighten public awareness of societal use of illicit/abused drugs and their potential for ecological consequences / C. Daughton // Pharmaceuticals and Personal Care Products in the Environment: Scientific and Regulatory Issues Edition: Symposium Series 791. – Washington : Am. Chem. Soc., 2001. – Ch. 20. – P. 348–364.

2. Wastewater-based epidemiology as a novel biomonitoring tool to evaluate human exposure to pollutants / E. GraciaLor [et al.] // Environ. Sci. Technol. – 2018. – Vol. 52, N 18. – P. 10224–10226. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b01403

3. Sims, N. Future perspectives of wastewater-based epidemiology: Monitoring infectious disease spread and resistance to the community level // N. Sims, B. Kasprzyk-Hordern // Environ. Int. – 2020. – Vol. 139. – Art. 105689. https://doi.org/ 10.1016/j.envint.2020.105689

4. Xagoraraki, I. Wastewater-based epidemiology for early detection of viral outbreaks / I. Xagoraraki, E. O’Brien // Women in Water Quality: Investigations by Prominent Female Engineers / ed. D. O’Bannon. – Cham, 2019. – P. 75–97.

5. Occurrence of various viruses and recent evidence of SARS-CoV-2 in wastewater systems / W. Ali [et al.] // J. Hazard Mater. – 2021. – Vol. 414. – Art. 125439. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125439

6. Wastewater-based epidemiology as an early warning system for the spreading of SARS-CoV-2 and its mutations in the population / T. Mackuľak [et al.] // Int. J. Environ. Res. Publ. Health. – 2021. – Vol. 18, N 11. – Art. 5629. https://doi. org/10.3390/ijerph18115629

7. Norovirus genotypes present in oysters and in effluent from a wastewater treatment plant during the seasonal peak of infections in Ireland in 2010 / P. Rajko-Nenow [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. – 2013. – Vol. 79, N 8. – P. 2578–2587. https://doi.org/10.1128/aem.03557-12

8. Environmental surveillance of norovirus genogroups i and ii for sensitive detection of epidemic variants / S. Kazama [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. – 2017. – Vol. 83, N 9. – P. e03406-16. https://doi.org/10.1128/aem.03406-16

9. Monitoring human enteric viruses in wastewater and relevance to infections encountered in the clinical setting: a one year experiment in central France, 2014 to 2015 / M. Bisseux [et al.] // Eurosurveillance. – 2018. – Vol. 23, N 7. – pii 17-00237. https://doi.org/10.2807/1560-7917.es.2018.23.7.17-00237

10. Sanger, F. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors / F. Sanger, S. Nicklen, A. R. Coulson // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1977. – Vol. 74, N 12. – P. 5463–5467. https://doi.org/10.1073/pnas.74.12.5463

11. Comparison of primers for the detection of genogroup II noroviruses in India / S. George [et al.] // Indian J. Med. Microbiol. – 2012. – Vol. 30, N 1. – P. 24–29. https://doi.org/10.4103/0255-0857.93016

12. Genogroup-specific PCR primers for detection of Norwalk-like viruses / S. Kojima [et al.] // J. Virol. Methods. – 2002. – Vol. 100, N 1–2. – P. 107–114. https://doi.org/10.1016/s0166-0934(01)00404-9

13. Development of enhanced primer sets for detection of norovirus / B. H. Kong [et al.] // Biomed. Res. Int. – 2015. – Vol. 2015. – P. 1–9. https://doi.org/10.1155/2015/103052

14. Lu, X. Molecular typing of human adenoviruses by PCR and sequencing of a partial region of the hexon gene / X. Lu, D. D. Erdman // Arch. Virol. – 2006. – Vol. 151, N 8. – P. 1587–1602. https://doi.org/10.1007/s00705-005-0722-7

15. Prospective identification of HEV-B enteroviruses during the 2005 outbreak / A. Mirand [et al.] // J. Med. Virol. – 2006. – Vol. 78, N 12. – P. 1624–1634. https://doi.org/10.1002/jmv.20747

16. Nix, W. A. Sensitive, seminested PCR amplification of VP1 sequences for direct identification of all enterovirus serotypes from original clinical specimens / W. A. Nix, M. S. Oberste, M. A. Pallansch // J. Clin. Microbiol. – 2006. – Vol. 44, N 8. – P. 2698–2704. https://doi.org/10.1128/jcm.00542-06

17. Basic local alignment search tool / S. F. Altschul [et al.] // J. Mol. Biol. – 1990. – Vol. 215, N 3. – P. 403–410. https:// doi.org/10.1016/S0022-2836(05)80360-2

18. Kumar, S. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets / S. Kumar, G. Stecher, K. Tamura // Mol. Biol. Evol. – 2016. – Vol. 33, N 7. – P. 1870–1874. https://doi.org/10.1093/molbev/msw054

19. An automated genotyping tool for enteroviruses and noroviruses / A. Kroneman [et al.] // J. Clin. Virol. – 2011. – Vol. 51, N 2. – P. 121–125. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2011.03.006

20. Гланц, С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. – М. : Практика, 1998. – 459 с.

21. Possible indicator role of adenoviruses for assessing viral contamination of water / T. V. Amvrosieva [et al.] // Proc. of the 11th Eastern European young water professional conference, 01–05.10.2019, Praha / Univ. of Chem. and Technol. – Praha, 2019. – P. 76–81.

22. МУК 4.2.2029-05. Санитарно-вирусологический контроль водных объектов : метод. указания. – Введ. : 2005-11-18. – М. : Роспотребнадзор, 2006. – 40 с.

23. One-year monthly survey of rotavirus, astrovirus and norovirus in three sewage treatment plants (STPs) in Beijing, China and associated health risk assessment / X. Q. He [et al.] // Water Sci. Technol. – 2011. – Vol. 64, N 6. – P. 1202–1210. https://doi.org/10.2166/wst.2011.080

24. Quantification and molecular characterization of enteric viruses detected in effluents from two hospital wastewater treatment plants / T. Prado [et al.] // Water Res. – 2011. – Vol. 45, N 3. – P. 1287–1297. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.10.012

25. Detection and quantitation of infectious human adenoviruses and JC polyomaviruses in water by immunofluo rescence assay / B. Calgua [et al.] // J. Virol. Methods. – 2011. – Vol. 171, N 1. – P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.jviromet. 2010.09.013

26. UV inactivation of human infectious viruses at two full-scale wastewater treatment plants in Canada / Y. Qiu [et al.] // Water Res. – 2018. – Vol. 147. – P. 73–81. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.09.057

27. High occurrence of hepatitis E virus in samples from wastewater treatment plants in Switzerland and comparison with other enteric viruses / F. G. Masclaux [et al.] // Water Res. – 2013. – Vol. 47, N 14. – P. 5101–5109. https://doi.org/10.1016/j. watres.2013.05.050

28. Qualitative and quantitative molecular detection of enteroviruses in water from bathing areas and from a sewage treatment plant / E. Schvoerer [et al.] // Res. Microbiol. – 2001. – Vol. 52, N 2. – P. 179–186. https://doi.org/10.1016/s0923- 2508(01)01190-1