新型コロナウイルス（正式名称は「SARS-CoV-2」）の感染を追跡することは、非常に難しい。特定の区域内の感染件数を正確に把握する唯一の方法は大量の検査を実施することで、オーストラリアやデンマーク、韓国などの国は、これを徹底してきた。
一方で、英国は局地的な感染拡大を見つけるために、綿棒で検体を採取する以外の方法を試そうとしている。下水を調べることで、排泄物に含まれる新型コロナウイルスを検出するのだ。
英国のバンガー大学、バース大学、エディンバラ大学、ニューカッスル大学などの教育機関が水道会社と協力して、英国各地で下水処理施設から下水のサンプルを集めている。そこに含まれるウイルスの量の変化を調べて、政府が発表する新規感染者数の増減と比較するためだ。
ニューカッスル大学教授で生態系エンジニアリングを専門とするデイヴィッド・グレアムは、「下水にはウイルスの粒子が含まれていますが、これは感染マーカー（目印）のようなものだと言えます。ただ、この粒子から感染することはありません」と説明する。グレアムのチームは、英国のダラム州で毎週サンプルを採取している。
下水に対するPCR検査を実施
下水の調査は英国の環境・食糧・農村地域省と環境庁が進める全国規模のプロジェクトの一環で、データは将来的に新型コロナウイルスの警戒レヴェルを判断する際の基準値のひとつに採用される予定だ。警戒レヴェルは独立機関である合同バイオセキュリティ・センター（Joint Biosecurity Centre）が判断する。この機関は、イングランド、スコットランド、ウェールズ、北アイルランドの各主席医務官に新型コロナウイルスの感染状況を報告する公務員たちで構成される。
新型コロナウイルスに感染すると、3日以内にウイルスが検出されるようになる。発症には平均で5〜6日、長い場合は2週間かかることもあることから、下水からのウイルス検出では個人を対象とした検査よりも早く感染拡大の傾向を知ることができる。
また、無症状もしくは軽度の症状しか出ない人も多いことから、検査そのものを受けていない感染者もたくさんいるだろう。そこで下水を分析することで、状況をより正確に把握できるようになることが期待される。
下水検査では、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）と呼ばれる技術を使い、新型コロナウイルスの有無を調べる。大規模な感染検査を継続して実施するよりはるかに安価であるだけでなく、ウイルスがどれだけ蔓延しているかをリアルタイムで追跡し、アウトブレイクを早期に予測できると考えられている。
感染者が急増する数日前に数値が急変
それでは、下水検査で感染者数を割り出すことはできるのだろうか。研究者たちは、まず未処理の下水のサンプルを採取し、RNA（リボ核酸）と呼ばれるウイルスのかけらを抽出する。新型コロナウイルスは排泄物からも検出できるが、体外に排出されて水と混ざるとすぐに分解されるため、下水に含まれる断片から感染することはない。
下水のウイルス濃度が高ければ、対象地域には感染者が多い可能性が高い。クラスターが発生していることがわかれば、住人を対象とした集中的な感染検査や、感染者の接触履歴の追跡が必要になるだろう。接触追跡をすると感染の恐れがある集団を絞れるので、十分な数の検査を実施することが難しい場合には特に有効になる。
オーストラリア、フランス、オランダ、米国では3月から同様の下水検査が実施されており、ウイルス濃度の推移は感染者数の増減とおおむね一致している。パリの研究者たちが実施した2カ月にわたる検査プロジェクトでは、医療機関に搬送される感染者が急増する数日前にウイルス濃度が急上昇した。イタリアでは昨年ローマで中国人観光客2人の陽性が確認される6週間も前の12月18日時点で、下水に新型コロナウイルスが含まれていたことがわかっている。
クラスターの発生を素早く検知可能に
下水の病原菌検査は新しいものではなく、これまでもポリオウイルスや胃腸炎を引き起こすウイルスが存在しないか調べる検査が実施されていた。また、特定の地域で違法な薬物の使用がないか探るといったことも可能だ。中国では過去に下水の分析によって麻薬の製造施設が見つかり、関係者の逮捕につながったことがある。
新型コロナウイルスへの感染が疑われる人に対する感染検査に加え、下水を頻繁に調べることでアウトブレイクの早期予測が可能になる。オーストラリア連邦科学産業研究機構（CSIRO）のワリシュ・アフマドは、「毎日サンプリングできれば理想的ですが、それが難しければ隔日でも構いません」と語る。CSIROは3月と4月にブリスベンの下水処理場2カ所で試験プロジェクトを実施し、現在はクイーンズランド州全域で下水検査を実施しているという。
アフマドは「臨床試験と下水の監視のいずれもが、感染拡大の第2波を特定する際に役立ちます。下水のモニタリングは臨床試験の代わりにはなりませんが、新型コロナウイルス感染症が蔓延していることを示す追加の証拠になるのです」と説明する。
また下水検査は、感染の広がりのさらに細かい地図を描く上でも効果的だ。下水が処理施設にたどり着く前の段階で排水溝などからサンプルを採取すれば、区域をさらに絞ってウイルスの有無や量を確認できる。洗面所からの排水は半日から3日で処理施設まで運ばれるが、頻繁に検査すればクラスターの発生を素早く検知できる。
正確な数字を得られない弱点も
経済が再開して職場に戻る人が増えるなか、ロンドンではウェストミンスターなどのオフィス街が多い地区でウイルス濃度が上昇し始めている。生態学・水理学研究センターのシニア・サイエンティストで下水検査プロジェクトにもかかわっているアンドリュー・シンガーは、「オフィスと住宅が混在しているエリアでは、ウイルスがどちらからやって来たかを知るのは困難です」と説明する。ただ、大都市を排水管に従って区切って検査すれば、局地的な感染拡大に対処するアプローチがとれるだろう。
一方で、下水検査では感染検査ほど正確な数字を得ることはできない。研究者たちは感染者1人あたりが排出するウイルスの量や、それが希釈された場合の下水の濃度などを計算し、対象となる区域の感染傾向を推測する。だが、実際に何人が感染しているか正確に知ることは困難だ。
パリ水道公社の微生物学者で、パリで実施された下水検査の報告書の共著者でもあるローラン・ムーランは、ウイルスをどれだけ排出するかは個人差が大きく、また感染のどの過程にあるかによって異なると指摘する。「大量のウイルスを排出する人もほとんど排出しない人もいます。患者ごとに差異が大きく、その意味では非常に奇妙な感染症です」
局地的な緊急事態の発令と解除は実現するか
また、下水に含まれる新型コロナウイルスの断片が非常に壊れやすいことも問題となる。PCR検査はDNAでなければできないことから、まず逆転写酵素と呼ばれる酵素の働きを利用して、新型コロナウイルスのRNAに対応する相補的DNAを作成する。これを検出可能な量に増幅していくのだが、この過程でウイルスの一部は破壊されてしまうという。つまり、下水サンプルのウイルス濃度を正確に測れていない可能性があるのだ。
ニューカッスル大学のグレアムは、「検査を始めたばかりのころは、ほかのウイルスの検出で使われている一般的な方法を用いていました。ただ、新型コロナウイルスは特異な化学的性質を備えており、正確を期すにはこれが問題となります」と説明する。
グレアムのチームは、下水のPCR検査の過程で失われるウイルスの量を割り出す方法を模索している。現在は下水のサンプルにコロナウイルスの一種であるマウス肝炎ウイルスを人為的に加え、PCR検査で濃度を調べる実験に取り組む。これによって、新型コロナウイルスの測定におけるPCRの精度と、検査過程でどの程度の量が失われたかが判明するはずだ。
下水の監視により、感染者が病院に押し寄せるより数日前に感染拡大を予測し、局地的な緊急事態の発令と解除をすべきときの目安がわかるようになる。ただ、これは感染検査や接触者の追跡システムに代わるものではない。グレアムは「下水のサンプル検査からは、医療機関での感染検査と比べられるような正確な情報は得られません」と話している。
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