時至今夏，一位舊金山網友發了一個推文說明當地新冠病例大大低估，其證據就是來自於廢水資料(Wastewater
data, WW資料)揭示大眾通稱的「新冠黑數」。
「新冠黑數」是一般對疫情低估的俗稱或國際媒體使用的”hidden infections”(隱藏感染)，過去廢水資料主要是輔助臨床監測不足時的補充。今夏WW資料另一特色就是病毒變種資料。以美國為例(下圖二)，藉由資料開放平台，廢水處理生物機器人網站公布各州廢水資料作為領先指標，並揭露各地最新變種覆蓋率，提供大眾作為風險溝通依據。過去多數人主要依賴確診病例來形成對風險的看法，另一方面卻反覆出現黑數爭議如: 無症狀、檢驗速度、或逆轉錄-聚合酶鏈反應 (Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction，RT-PCR)檢疫能量不足等問題所造成的疫情嚴重低估。研究指出，從無症狀個體中檢測到SARS-CoV-2之個體約佔病例70%，而這些案例通常就是不尋求臨床檢測的黑數之一[1]。
與臨床PCR檢測相比，WW資料實際上更好地反映COVID-19狀態。目前已知記錄中第一例糞便樣本進行RT-PCR檢測出陽性案例是2020年一月底的美國首例病例 (患者發病第7日)[2]。美國疾病管制與預防中心 (CDC) 於 2020 年 九 月啟動國家廢水監測系統 (National Wastewater Surveillance System, NWSS)，協調州、部落、地方和地區衛生部門實施的廢水監測計劃，以支持應對新冠疫情。二年半後，美國已在46州、5城市和2地區社區中建立了新冠廢水監測系統，而樣本就是來自為美國超過 1.3 億人服務的廢水系統[3]。
至於全球現況，目前已知最早新冠廢水監測成果是荷蘭2020年三月，在報告第一例病例前6天檢測到一個或多個基因片段[4]。另外，我們可自加州大學Merced分校主導的CovidPoops19計畫儀表板得知，2022年九月全球新冠廢水監測站已從2020 年十月的 38 個增加到現在的3745個，分佈在70個國家/地區、282個學術單位參與、並有153個網路資料儀表板(下圖三)[5]。
新冠廢水監測主要監測感染患者糞便中脫落的SARS-CoV-2 病毒片段 (遺傳信號)，不論症狀前、無症狀或有症狀。這些排泄物最終進入廢水處理系統，科學家可在廢水中通過測量這些病毒片段數量，查看社區病毒濃度的變化。此種環境監測 (Environmental Surveillance, ES) 方法，在面臨新冠檢測大幅降低或人們在家快篩結果未回報衛生部門時，解決了所謂的隱形黑數(隱性傳播)(圖一廢水資料與臨床病例的落差)。
對廢水進行測序(sequencing)檢測新冠病毒變種，則是翻牌後更進一步了解牌局。例如使用RT-PCR針對已知病毒變種測序、或次世代定序（Next Generation Sequencing，NGS）測序全基因組，進而發現未知病毒變種[6]均可作為臨床檢測不足的補充，提供社區回答: 新冠病毒存在、不存在、變種了? 濃度趨勢上升或下降等問題(圖二)。那麼社區黑數是如何被廢水翻出牌來的?
首先，「公共牌」(撲克中的“Community Cards”/社區牌)先被迅速翻出。疫情初期，社區多以加強臨床普篩來達到評估病毒覆蓋程度，但此法耗費龐大物力人力與時間成本。相反地，個人確診與否的底牌不論蓋不蓋(篩不篩)，WW資料作為公用/社區牌可先翻出來，如此一來就能提供疫情局面的整體掌控，進而深度預測與防控。
1. 排泄物中病原體 (SARS-CoV-2 在糞便中脫落)
2. 污水收集點 (污水流向集中位置，如污水處理廠)
3. 收集並運送到實驗室的廢水樣本(根據目標和資源，使用多種方法收集)
4. 實驗室病原體遺傳物質的擴增(濃縮和放大遺傳證據RNA 或 DNA)
5. 病原體和變異檢測(PCR或NGS檢測，量化病原體)
6. 公共衛生報告(將結果報告公共衛生部門，提高態勢感知並為行動提供科學證據基礎)
基於證據的決策(evidence-based decisions)不僅政府官員需要，一般民眾亦是如此。識別隱性傳播的早期證據，目前大約能提早的時間平均比臨床早1到 2 週 [1]。下圖五(a)根據世衛文件指出早期預警(包含新舊變種)約2週[7]:
- 第1週採取行動鼓勵社區進行採檢、
- 第2週預測病例，醫療預備3週後住院高峰、
- 第5週病例高峰前，實施干預措施以降低傳播。
- 最後再根據數據比例下調限制措施。
圖五(b)顯示不同社區規模，WW資料的防疫效益: 在大學宿舍、海軍艦艇、長期護理機構、飛機等人口規模小的社區空間，提供識別早期獨立爆發;在大學、軍事設施等人口規模中型的社區，提供通知分配資源到熱點區域;在大都市地區，則協助大規模疫情監控。
在台灣，2021年八月擴大全國廢水新冠病毒監測範圍，由11處擴充為22處[8]。然而就開放科學角度而言，沒有公開的新冠廢水監測資料平台，就像是不開牌直接把牌扔掉的muck，因此我們期待台灣廢水資料開放腳步能儘速跟上國際，提供全面性國家防疫規劃、社區早期預警、醫院養老院學校等高風險地區監測、或小至個人旅行計畫評估資訊。
新冠有沒有黑數? 當多數人是快篩確診且未作檢體定序變種，BA.5是否入侵了我的社區，這樣的問題如何解決?
不用再猜了，也不用再吵費人費時費成本的普篩大工程，做為臨床檢測的互補策略，廢水監測新冠科學，也就是近期社群媒體所暱稱的臭屎臭尿資料(shit data) 或便便資料(poops)，絕對不是屁話(shit)，是每個人每天向下水道提交樣本的即時科學證據。
使用「廢水哨兵」來幫助社區站崗監督新冠與調度資源; 在一顆小小的「水晶球」中窺探全貌、推測疫情未來趨勢; 社區下水道就像是「集體腸道」可以協助診斷社區病情; 沒有廢水新冠監測的防疫是「盲目飛行」；以及「不是每個人都在接受測試，但每個人都使用廁所」等這些近期對新冠廢水監測的國際相關比喻 [8]，淺顯易懂，自不待言。那麼，到底有沒有新冠黑數? 黑數在哪裡? 臭屎臭尿科學有答案。
參考資料:
[1] USA GAO Report, Science & Tech Spotlight: Wastewater Surveillance. GAO-22-105841 Washington, D.C.: April 11, 2022. https://www.gao.gov/products/gao-22-105841.
[2] Holshue, Michelle L., et al. "First case of 2019 novel coronavirus in the United States." New England journal of medicine (2020).
[3] US CDC, Wastewater Surveillance: A New Frontier for Public Health, https://www.cdc.gov/amd/whats-new/wastewater-surveillance.html
[4] Medema, Gertjan, et al. "Presence of SARS-Coronavirus-2 RNA in sewage and correlation withreported COVID-19 prevalence in the early stage of the epidemic in theNetherlands." Environmental Science & Technology Letters 7.7 (2020): 511-516.
[5] CovidPoops19計畫儀表板 (最後造訪2022/10/5) : https://ucmerced.maps.arcgis.com/apps/dashboards/c778145ea5bb4daeb58d31afee389082.
[6] Diamond, Megan B., et al. "Wastewater surveillance of pathogens can inform public health responses." Nature Medicine (2022): 1-4.
[7] World Health Organization.Environmental surveillance for SARS-COV-2 to complement public healthsurveillance: interim guidance, 14 April 2022. No. WHO/HEP/ECH/WSH/2022.1. World Health Organization, 2022.
[8] 新冠廢水監測國際相關比喻:
l 廢水哨兵 (2022/1): https://wastewaterscan.org/wp-content/uploads/2022/01/SCAN_WastewaterScan-_Verily.pdf)
l 水晶球(crystal ball) 、盲目飛行(flying blind) (2022/8/12): https://fortune.com/2022/08/12/wastewater-surveillance-testing-sewage-future-pandemics-polio-new-york-city-covid-monkeypox-omicron/
l 集體腸道 (collective intestine,2022/9/7): https://www.economist.com/international/2022/09/07/how-covid-19-spurred-governments-to-snoop-on-sewage
l 不是每個人都在接受測試，但每個人都使用廁所 (Not everyone is getting tested, but everyone is using the toilet, 2022/7/12): https://news.stlpublicradio.org/coronavirus/2022-07-12/something-in-the-water-wastewater-programs-track-covid-variants-in-missouri-flushes
[9] 中央流行疫情指揮中心(最後造訪2022/10/05) : https://www.cdc.gov.tw/Bulletin/Detail/uQz0FhPiYJbyzBXNENTRYg?typeid=9