2022年12⽉9⽇
公益財団法⼈全⽇本科学技術協会「新型コロナウイルス感染拡⼤防⽌に向けた地域プラットフォーム形成シンポジウム」

下⽔情報の活⽤による新型コロナウイルス
感染拡⼤防⽌に向けた取り組み
東北⼤学⼤学院⼯学研究科
佐野⼤輔

本⽇の内容１．略歴
２．新型コロナウイルスの概要
３．下⽔中新型コロナウイルス調査
４．下⽔調査結果の活⽤
５．今後の展開
６．まとめ2

１. 略歴・1993︓県⽴静岡⾼校卒業
・1998︓東北⼤学⼯学部⼟⽊⼯学科・卒業

卒業論⽂︓下⽔汚泥中の腸管系ウイルス検出技術の開発

・2003︓東北⼤学・⼯学研究科⼟⽊⼯学専攻・修了

活性汚泥由来のウイルス吸着性タンパク質に関わる研究で学位取得

・2003-2007︓JSPS特別研究員（東北⼤学）
・2007-2009︓JSPS海外特別研究員（バルセロナ⼤学）
・2009-2017︓北海道⼤学・⽔質変換⼯学研究室・准教授
・2017-2021︓東北⼤学・環境⽔質⼯学研究室・准教授
・2021-現在︓東北⼤学・環境⽔質⼯学研究室・教授

3

２. 新型コロナウイルスの概要
東北大学
災害科学国際研究所
計算安全工学研究室（寺田賢二郎教授）

4下⽔を介した感染例は皆無

インフルエンザウイルス
0.1 µmライノウイルス
0.03 µm

新型コロナウイルス0.12 µm

アデノウイルス
0.1 µmエンベロープウイルス

エンベロープ︓
宿主の細胞膜成分
⾮エンベロープウイルス

３. 下⽔中新型コロナウイルス調査

諸外国の状況

Prof. Joan Rose,
Michigan StateUniversity

https://www.waterpathogens.org/about-w-sphere5３. 下⽔中新型コロナウイルス調査

諸外国の状況

https://www.covid19wbec.org/

6

３. 下⽔中新型コロナウイルス調査

諸外国の状況

Dr. Amy Kirby, CDC

https://covid.cdc.gov/covid-data-tracker/#wastewater-surveillance7３. 下⽔中新型コロナウイルス調査

諸外国の状況

Prof. Gertjan Medema,
KWR, Delft University ofTechnology

8３. 下⽔中新型コロナウイルス調査

諸外国の状況

https://www.iso.org/standard/83007.html

9

３. 下⽔中新型コロナウイルス調査

10

諸外国の状況
Science（2022年3月8日）

・このテクノロジーがどのように有用なのか、まだ結論は出ていない
・政策決定者に下水調査結果が有用な情報であることを理解してもらうのは容易ではない（ドイツ）・自治体レベルでは活用例があるが、国レベルの政策決定へはほとんど影響を与えられていない（オランダ）・ポストコロナにおいて、様々な人流抑制政策等が解除され、抗原検査等が有料になった
とき、下水調査はその威力を発揮しうる。
・変異株の早期検出に関する技術開発に最近は注目が集まっている。

３. 下⽔中新型コロナウイルス調査

11

諸外国の状況Nature（2022年7月7日）

・感染者からの検出報告よりも２週間早く変異株を下水から検出可能であった。
・感染者からの検出がないウイルス遺伝子配列も多数見つかった。

３. 下⽔中新型コロナウイルス調査

12

⽇本国内の状況（⼿法開発から社会実装へ）

活動履歴
2020年5月5日：タスクフォース設立
2020年8月3日：日本下水道新技術機構より研究受託
2020年12月15日：「下水中の新型コロナウイルス遺伝子検出マニュアル（暫定版）」を公表
2021年3月30日： 「下水中の新型コロナウイルス遺伝子検出マニュアル」 および FAQ を公表
2022年2月9日：英語版マニュアル「Manual for Detection of SARS-CoV-2 RNA inWastewate」を公表

４. 下⽔調査結果の活⽤

13

水監視システム（ノロウイルス）JST CREST「持続可能な⽔利⽤を実現する⾰新的な技術とシステム」
迅速・⾼精度・網羅的な病原微⽣物検出による⽔監視システムの開発 （2011-2016年度）
代表・⼤村達夫教授

13	 
４. 下⽔調査結果の活⽤

14

水監視システム（ノロウイルス）			

CREST	 

国⼟交通省・下⽔道応⽤研究
流⼊下⽔中の病原ウイルス観測による総合的感染症流⾏防⽌対策の確⽴（2017-2018年度）
代表︓⼤村達夫教授

４. 下⽔調査結果の活⽤

水監視システム（ノロウイルス）https://novinsewage.com/

15

４. 下⽔調査結果の活⽤

水監視システム（ノロウイルス）16

４. 下⽔調査結果の活⽤

17

水監視システム（ノロウイルス）
下水中ノロウイルス濃度情報発信サイト宣伝用チラシを作成
仙台市内の幼稚園・保育園・小学校・中学校に計５０００部のチラシを配布
小学校・中学校には研究代表者が直接伺って説明し、協力を要請

3.00

2.50

1.00

2021/6/25
2021/7/2
2021/7/9
2021/7/16
2021/7/23
2021/7/30
2021/8/6
2021/8/13
2021/8/20
2021/8/27
2021/9/3
2021/9/10
2021/9/17
2021/9/24
2021/10/1
2021/10/8
2021/10/15
2021/10/22
2021/10/29
2021/11/5
2021/11/12
2021/11/19
2021/11/26
2021/12/3
2021/12/10
2021/12/17
2021/12/24
2021/12/31
2022/1/7
2022/1/14
2022/1/21
2022/1/282022/2/4
2022/2/11
2022/2/18
2022/2/25
2022/3/4
2022/3/11
2022/3/18
2022/3/25
2022/4/1
2022/4/8
2022/4/15
2022/4/22
2022/4/29
2022/5/6
2022/5/13
2022/5/20
2022/5/27
2022/6/3
2022/6/10

NoV GII concentration(log copies/mL)

４. 下⽔調査結果の活⽤

18

水監視システム（ノロウイルス）2021年12月31日当時の登録者2335名へメールを送付（左画像が実際のメール）

2022年1月28日に宮城県から感染性胃腸炎警報発令
4.50

4.00

3.50

下水ウイルス
情報発信

2.00

1.50

感染性胃腸炎警報発令

0.50

0.00

４. 下⽔調査結果の活⽤

新規感染者数と下⽔調査結果の相関関係
︓陽性サンプル

陽性報告者数

下⽔中新型コロナウイルス濃度(copies/mL)

︓陰性サンプル

定量限界値

9⽉

10⽉ 11⽉ 12⽉
⽉

1⽉

2⽉

19

４. 下⽔調査結果の活⽤

新規感染者数と下⽔調査結果の相関関係
︓陽性率（４週間平均）

陽性率（４週間平均）

陽性報告者数（４種間合計）

︓陽性者報告数（４週間合計）

9⽉

11⽉

1⽉
⽉

3⽉

20

４. 下⽔調査結果の活⽤

新規感染陽性報告者数の予測

21

５週間前
４週間前
３週間前
先々週
先週
今週次週

４週間平均
陽性率#1

４週間平均
陽性率#2
４週間平均
陽性率#3

陽性報告者数（４週間合計）４. 下⽔調査結果の活⽤

22

︓実報告数

1200

1000

︓予測値
750

800

予測値

陽性報告者数（４週間合計）

新規感染陽性報告者数の予測

400

500

250

00

9⽉

11⽉

⽉

1⽉

3⽉

0250500

実報告数

750

1000

４. 下⽔調査結果の活⽤

23

COVID-19流⾏予測⼊⼒データ＞1回目ワクチン接種率＞2回目ワクチン接種率

５週間前
４週間前
３週間前
先々週

４週間平均
陽性率#1

先週
今週
次週

４週間平均
陽性率#2
感染陽性者数
1週間合計

４週間平均
陽性率#3
感染陽性者数４. 下⽔調査結果の活⽤

24下水中新型コロナウイルス調査
入力データ
Input layer(20 neurons)

感染陽性者数
Hidden layer #1(30 neurons)

Hidden layer #2(10 neurons)

Hidden layer #3(25 neurons)

Output layer(Single neuron)４. 下⽔調査結果の活⽤

25下水中新型コロナウイルス調査
総感染者数

施設ごとであれば⼈を対象とした検査により判明するが、市全体となると⼈を対象とした検査では知ることは難しい

無症状者・軽症者は検査されない通院や検査のタイミングが様々検査における偽陰性

株ごと割合が異なる

総ウイルス排泄者数
希釈等（処理区ごと異なる）

下⽔中ウイルス濃度

感染陽性者数
総感染者数にある程度は関連するが、関連の仕⽅は様々な要因の影響を受ける。
保健所等における作業量を決めるもの。

機械学習で関連性を⾒出す４. 下⽔調査結果の活⽤

新規感染陽性報告者数の予測

陽性報告者数（１週間合計）

学習期間

実際の値
予測値

26

４. 下⽔調査結果の活⽤COVID-19流⾏予測情報発信27

４. 下⽔調査結果の活⽤

28

COVID-19流⾏予測情報発信HP
登録者数：
３６４５人（１２月６日）

５. 今後の展開

下⽔情報活⽤の社会実装

29

下⽔サーベイランスだからできること
１）⼈を対象としたPCR検査では捉えられていない感染者数の増加を検知
２）⼈を対象としたPCR検査だけでは判定が難しい収束状態を確認
3 ）新しい変異株の流⾏初期に、市中感染の進⾏を検知
4 ）ポストコロナにおいて、⼈を対象としたPCR検査を⾏っていなくても流⾏を検知

５. 今後の展開

30

下⽔情報の種類仙台市医師会及び宮城県介護ワーキンググループを対象として⾏った事前アンケートの集計結果（事前アンケート実施期間は2022年2⽉21⽇から5⽉13⽇）
62下水中ウイルス検出結果（下水中濃度の推移等）

75

都市における感染者数推定値

63

都市における流行株情報（新規変異株など）

75

都市における流行の収束判定

66

都市内の流行地域の特定27

施設下水を利用した施設利用者における陽性者の有無判定

2

特になし

01020

30

40

50

60

70

%（総回答数114）

80

90 100５. 今後の展開

感染陽性者数4週間合計（人）

新規感染者数と下⽔調査結果の相関関係
下⽔陽性率が低ければ陽性者数は少ない

31

下⽔陽性率が⾼くても陽性者数が少ない場合がある

下水中新型コロナウイルス4週間陽性率（%）

５. 今後の展開

１）⼈を対象としたPCR検査では捉えられていない感染者数の増加を検知
２）⼈を対象としたPCR検査だけでは判定が難しい収束状態を確認

32

下⽔陽性率
（もしくは下⽔中濃度）
⾼い

下⽔集⽔域における感染者数

多い

明確な流⾏期少ない

潜在的な流⾏期

警報発信

低い

⾮流⾏期
収束判定

５. 今後の展開

33３）新しい変異株の流⾏初期に、市中感染の進⾏を検知

下⽔から検出された時点で、⼭梨県内では１０名ほどの感染陽性者が既に確認されていた↓
感染が外部からもたらされたのか、既に市中感染が広がりつつあるのか、の確認に⽤いることが可能

５. 今後の展開

４）ポストコロナにおいて、⼈を対象としたPCR検査を⾏っていなくても流⾏を検知
市中感染対応

空港

定点施設

34

水際対応

港湾

老健施設
病院

ポンプ場
都市下水

航空機
下水

定点施設下水

下水処理場

クルーズ船
下水

分析会社
新型コロナウイルス遺伝子検出・遺伝子型の同定

情報集約

保健部局
危機管理部局

都市下水、定点施設下水、航空機下水、クルーズ船下水調査結果の提供

イベント開催規模、まん延防止措置要請
等の意思決定に活用
効果的なワクチン・薬剤の開発推進・生産拡大︕

下水情報活用センター（仮称）大学、自治体、医療関係者、企業等から構成されるセンターでデータ分析、活用方法を検討
流行変異株情報の有償提供

製薬会社

一般市民︕
︕

都市下水調査結果や感染者数
教育機関
予測値の発信 （学校、幼稚園等）

予防的行動の喚起
施設内の感染予防対策の実施

老健施設

病床数・保健所等
医療機関（病院等）
人員数確保

５. 今後の展開

35

1月11日おさらい
下⽔情報活⽤の社会実装
情報発信が予防的行動内容に与える影響を評価し、評価結果を情報活用方法の改善につなげる

一般市民︕

︕

予防的行動の喚起

︕

都市下水調査結果や感染者数予測値の発信

メール・SNS・ウェブ

下水情報活用センター（仮称）東北大学、仙台市、医療関係者、企業等から構成されるセンターでデータ分析、活用方法を検討

情報発信が感染症予防効果に与える影響を評価し、評価結果を情報活用方法の改善につなげる

教育機関（学校、幼稚園等）

教育委員会

医師会

自治体
保健部局

老健施設

施設内の感染予防対策の実施

医療機関（病院等）

病床数・保健所等人員数確保

５. 今後の展開

下⽔情報活⽤の社会実装における問題点
１）⾃治体では下⽔サーベイランス結果を活⽤した経験がなく、どういった下⽔情報を活⽤すれば、どのような効果や便益が得られるのか、⾃治体が判断できる情報がない。
２）⽐較的安価かつ柔軟に下⽔中ウイルス濃度分析を担当する地元企業が存在しない。
3 ）⾃治体に下⽔情報を継続的に利⽤するスキームが存在しない。

36

６. まとめ37

下⽔中新型コロナウイルスの検出陽性率等を⽤いて、翌週の感染陽性数を予測することを試みている。
⼊⼒データやモデルの修正などにより、より⾼精度な新型コロナウイルス感染陽性者数予測に取り組む。
下⽔情報活⽤の社会実装のためには、活⽤効果の検証（費⽤便益評価）、活⽤⽅法の最適化、情報発信・共有⽅法の開発などに今後取り組む必要がある。

研究室ホームページ
https://waterqualitytohoku.com
E-maildaisuke.sano.e1@tohoku.ac.jp