令和5年10月23日（月）公益財団法人全日本科学技術協会（JAREC）
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

下水疫学調査によるコロナ感染動向の把握に向けた取り組み

北海道大学 大学院工学研究院 環境工学部門
准教授 北島 正章

1

自己紹介

n 略歴
1984年
2006年
2011年

佐賀県東脊振村（現・吉野ヶ里町）生まれ
東京大学 工学部 都市工学科 都市環境工学コース 卒業
東京大学 大学院工学系研究科 都市工学専攻 博士課程修了
博士（工学）
2011〜2013年 アリゾナ大学（日本学術振興会 海外特別研究員）・博士研究員
2014〜2016年 Singapore-MIT Alliance for Research and Technology 博士研究員
2016年〜現在 北海道大学 大学院工学研究院 環境工学部門 助教・准教授

n 専門分野– 環境ウイルス学、都市環境工学2
水環境中のウイルスと下水疫学
腸管系ウイルス（ノロウイルスなど）

感染

下水疫学

: ウイルスの挙動: 感染経路新型コロナウイルス: 流行実態把握

ヒト
感染リスク評価

下水処理場
検出・挙動解明

貝類
地下水
生鮮食品

親水

水道水

河川

灌漑

海域

3
下水疫学調査の有用性と適用先q 効率性： 一度に集団レベルの疫学情報を取得
q 客観性： 受診行動や検査数等の影響（バイアス）無し
q 非侵襲性・匿名性： 個人への負担無し
q 先行指標性： 発症・報告前から下水中にウイルス排出 → 感染動向、変異株侵入の早期把握
Ø 下水処理場（都市レベル）Ø 施設（建物レベル）Ø 国際線航空機排水東京オリパラ選手村で実装

国を限定して感染状況を知りた
い場合に特に有効

検査に行かなくてもお手洗いや洗面所には必ず行く

ほとんどの新たな感染症は海外から持ち込まれている！
（新型コロナ含む）➡ 今後も新しいウイルスが越境流入する可能性

・空港下水

4
査読付き総説論文でCOVID-19に対する下水疫学調査の有用性を提唱
北海道大学・山梨大学プレスリリース (2020年5月14日付)

Wastewater-based epidemiology (WBE) の日本語訳として考案し、現在は広く普及・用語として定着••

下水疫学：学問分野
下水疫学調査：調査する行為

n COVID-19に対する下水疫学調査の適用可能性に関する知見を体系的に整理
2020年4月の段階で下水疫学調査の有用性を世界に先駆けて提唱

Kitajima et al., 2020

5
重層的・多面的サーベイランスの一つとしての下水疫学調査
WHO の SARS-CoV-2 のサーベイランスガイダンスにおける下水サーベイランスの概念

スイスチーズモデル（多層防御の考え方） サーベイランス
下水
・・・・
血清
ゲノム
定点

図出典：山口博弥, 読売新聞オンライン（2021年11月29日付）(https://www.yomiuri.co.jp/column/wideangle/20211129-OYT8T50000/)

下水サーベイランスの実施により、政策決定の判断材料・根拠データが増えるØ 個人検査とは別の観点からの感染動向指標

6
欧米での下水サーベイランスの実施状況
q アメリカ

q 欧州
q CDC主導で1,250ヶ所の下水処理場で実施（全米の人口の50%をカバー）• 欧州委員会は加盟国の人口15万人を超える都市への導入を推奨• 27の全EU加盟国で、計1,370処理場で定期的に調査実施中

ü Data Trackerで一つの指標として公表
オランダの例（300処理場で実施）
Website上で色別に下水からの検出
状況を提示（濃い方が高い濃度）

National Wastewater Surveillance System (NWSS)(図出典: https://covid.cdc.gov/covid-data-tracker/#wastewater-surveillance)(図出典: https://coronadashboard.government.nl/landelijk/rioolwater)

7
下水疫学：都市の下水道インフラに「感染症の監視」という新たな役割・価値

早期介入
早期収束

感染症発生

早期検知

8

下水疫学調査の流れ

ゲノム解析

変異株検出

9

下水中ウイルスの高感度検出法の開発： EPISENS-S法
EPISENSTM: Efficient and Practical virus Identification System with ENhanced Sensitivity〜疫学（epidemiology）を高感度（sensitive）に感知（sensing）する〜

技術開発の思想q 検出感度が高い
q 大学・衛生研究所・分析会社等で広く実施可能ü 特別な機器を必要としない
ü 費用対効果が高い
ü 操作性が良い（煩雑でない） 報道解禁⽇(⽇本時間)＿新聞 8 ⽉ 8 ⽇(⽉) ⼣刊
ü 誰もが入手できるキットや試薬を使用
送付先： 北海道教育庁記者クラブ、⽂部科学記者会、科学記者会＿その他媒体 8 ⽉ 8 ⽇(⽉) 午後 3 時半
PRESS RELEASE 2022/8/4
普及に適した下⽔中新型コロナウイルスの⾼感度検出技術（EPISENS-S 法）を開発〜本技術の普及による下⽔疫学調査の社会実装の加速に期待〜
ポイント
・下⽔中新型コロナウイルスの⾼感度検出技術（EPISENS-S 法）のプロトコルを論⽂として公開。
・EPISENS-S 法により測定した下⽔中ウイルス濃度は新規報告感染者数と連動することを実証。
・EPISENS-S 法は迅速かつ費⽤対効果が⾼いため、普及による社会実装の加速への貢献に期待。
概要

手法の開発
EPISENS-S法の開発
1. 1.
EPISENS-S法の開発（シンプルなプロトコル）

検出感度の評価2.
2. 検出感度の評価・⽐較
検出感度の評価・⽐
熱不活化
熱不活化
SARS-CoV-2

未処理下⽔

未処理下⽔

SARS-CoV-2

遠⼼・

遠⼼・
沈渣回収
沈渣回収
RNA抽出

RNA抽出

SARS-CoV-2 PMMoV

逆転写・SARS-CoV-2 PMMoV
前増幅
逆転写・

前増幅
定量PCR

RNA数/LEPISENS-S法

RNA数/LEPISENS-S法

2.11×106

2.11×106+

PEG-qPCR++

2.11×105+-

2.11×1045
2.11×10++- -4
2.11×10
2.11×103-+- -2.11×103

定量PCR

Ando H,
Iwamoto R, Kobayashi H, Okabe S, Kitajima M*. The Efficient and Practical virus Identification System with ENhanced Sensitivity for Solids (EPISENS-S): A
北海道⼤学⼤学院⼯学研究院の北島正章准教授、岡部 聡教授、同⼤学院⼯学院修⼠課程の安藤宏
Rapid and Cost-Effective SARS-CoV-2 RNA Detection Method for Routine Wastewater Surveillance Science of the Total Environment, 263, 128331, 2022.
紀⽒は、塩野義製薬株式会社と共同で、下⽔中の新型コロナウイルス RNA の⾼感度検出技術を開発+

PEG-qPCR

2桁（約100倍）⾼感度
2桁（約100倍）⾼感度

10

更に高感度・高精度な検出手法（EPISENS-M法）の開発

膜を破砕

陽イオン

世界最高レベルの検出感度0.00001
10-5

2.11×104
2.11×103

Environment International 173 (2023) 107743

+

-

+

International- Environment
0.000001-6-

Full length article-

Contents lists available at ScienceDirect10

journal homepage: www.elsevier.com/locate/envint

検出下限

2桁（約100倍）⾼感度

day

Hiroki Ando a, Michio Murakami b, Warish Ahmed c, Ryo Iwamoto d, e, Satoshi Okabe a,
Masaaki Kitajima a, *abDivision of Environmental Engineering, Faculty of Engineering, Hokkaido University, North 13 West 8, Kita-ku, Sapporo, Hokkaido 060-8628, Japan

Center for Infectious Disease Education and Research, Osaka University, 2-8 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871, Japan
Ando H, Murakami M, Ahmed W, Iwamoto R, Okabe S, Kitajima M*. Wastewater-based predictionof COVID-19 cases using a highly sensitive SARS-CoV-2 RNACSIRO Environment, Ecosciences Precinct, 41 Boggo Road, QLD 4102, Australia
Shionogi2023.
& Co. Ltd, 1-8, Doshomachi 3-Chome, Chuo-ku, Osaka, Osaka 541-0045, Japandetection method combined with mathematical modeling. Environment International, 173, 107743,
cdeAdvanSentinel Inc, 1-8 Doshomachi 3-Chome, Chuo-ku, Osaka, Osaka 541-0045, Japanun

0.0000001
Wastewater-based prediction of COVID-19
cases using a highly sensitive
2月
3月confirmed
4月
5月
6月
Clinically
COVID-19
SARS-CoV-2 RNA detection method combined with mathematicalmodeling
1J

定量PCR

+

0.0001
10-4 ウイルス1M
ay

2.11×105

+

陰電荷膜

1Ap
r

逆転写・
前増幅

2.11×106

PEG-qPCR

幾何平均

1M
ar

SARS-CoV-2 PMMoVEPISENS-S法

感

処理場B

eb

RNA抽出

膜
処理場A
(Membrane)

0.01
10-2

0.001
10-3

固形物（Solid）
RNA数/L下⽔中SARS-CoV-2 RNA濃度（PMMoV RNA濃度により正規化）

熱不活化
下水をろ過
SARS-CoV-2（更に高感度・高精度化）

改良

未処理下⽔
遠⼼・
沈渣回収

2. 検出感度の評価・⽐較
3. (Ando
都市下⽔への適⽤
EPISENS-M
et al., 2023)

1F

1. EPISENS-S法の開発
EPISENS-S (Ando et al., 2022)

2021年

11
EPISENS-M法による下水中ウイルス濃度の長期定量調査：札幌市2処理場の例
トウガラシ微斑ウイルス（PMMoV）
1.E+09ウイルス濃度：

処理場A

処理場B

幾何平均

1.E+08810710
1.E+075/1
1,000,000
6

10

7/1

9/1

11/1

新型コロナウイルス

1/1

3/1

5/1

7/1

ウイルス濃度：

9/1

処理場A

11/1

1/1

処理場B

3/1

5/1

7/1

200

幾何平均

感染者数
100,000
5
10

160

4
10,00010120

3101,000

80

10210040
Not detected

10

5⽉
1-May

7⽉
1-Jul

9⽉
1-Sep

2020

11⽉
1-Nov

1⽉
1-Jan

3⽉
1-Mar

5⽉
1-May

7⽉
1-Jul

2021

9⽉
1-Sep

11⽉
1-Nov

1⽉
1-Jan

3⽉
1-Mar

5⽉
1-May

0

7⽉
1-Jul

2022

Ando H, Murakami M, Ahmed W, Iwamoto R, Okabe S, Kitajima M*. Wastewater-based prediction of COVID-19 cases using a highly sensitive SARS-CoV-2 RNA
detection method combined with mathematical modeling. Environment International, 173, 107743, 2023.

札幌市の10万⼈あたり新規報告感染者数(⼈/⽇)

下⽔中ウイルスRNA濃度 (遺伝⼦コピー数/L)

109

12
下水からのウイルス検出の精度と感度（札幌市の例）

下水中ウイルス濃度は感染者数と強く相関10万人あたり新規陽性者0.69人/日➡ 50%の確率で検出可能な感染レベル

Ando H, Murakami M, Ahmed W, Iwamoto R, Okabe S, Kitajima M*. Wastewater-based prediction of COVID-19 cases using a highly sensitive SARS-CoV-2
RNA detection method combined with mathematical modeling. Environment International, 173, 107743, 2023.

札幌市での活用：データ公開、注意喚起（定点把握移行後、下水疫学データを根拠に）新型コロナウイルス北海道新聞朝刊（2023年8月30日付）

インフルエンザウイルス

札幌市「下水サーベイランス」ウェブサイト（https://www.city.sapporo.jp/gesui/surveillance.html）

札幌 下水疫学

北海道新聞朝刊（2023年9月7日付）

14

医療機関からの下水疫学データのニーズ（北大病院との共同研究）
下水データは検査・医療の負荷予測や院内感染対策にあたり有用
COVID-19陽性者数

都市下水中SARS-CoV-2濃度
80,000120

関連を解析

70,00060,00050,000下水処理場

下水中SARS-CoV-2濃度

40,000100
80
60

30,000COVID-19陽性者数

20,000

40

大学病院

20

10,0000

COVID-19陽性者数

100

下⽔中ウイルス濃度とCOVID-19陽性者数は相関する

0・医療従事者
・学生

10

1

EPISENS-S Method

0.1
1

2
3
4
5
下水中SARS-CoV-2濃度

PCR検査

Kagami K, Kitajima M, Takahashi H, Teshima T, Ishiguro N. Association of wastewater SARS-CoV-2 load with confirmed COVID-19 cases at auniversity hospital in Sapporo, Japan during the period from February 2021 to February 2023, Science of the Total Environment, 899:165457, 2023.

・患者

15
医療機関における下水疫学データの活用を提案（情報発信）北海道大学プレスリリース（2023年7月27日）

NHK「ほっとニュース北海道」（2023年8月2日放送）

16
下水疫学による変異株の早期検知
新型コロナウイルスゲノム
Spikeタンパク

N501Y

Spike
21563

25383

•

N501Y変異: α, β, γ株の特徴的アミノ酸置換の一つ

NHK クローズアップ現代+
2021年3月30日放送

都市下水中ウイルスのアミノ酸置換の検出(https://www.nhk.or.jp/gendai/articles/4527/)

N501Y変異株の国内初確認（2020年12月25日）以前に採取した国内の都市下水（12月4日）から同変異を検出
Iwamoto R, Yamaguchi K, Katayama K, Ando H, Setsukinai K, Kobayashi H, Okabe S, Imoto S, Kitajima M*. Identification of SARS-CoV-2 variants
in wastewater using targeted amplicon sequencing during a low COVID-19 prevalence period in Japan. Sci. Total Environ. 887:163706.

17
神奈川県での下水疫学調査の活用事例
ウイルス濃度測定・変異解析を実施し、県ウェブサイトで公表

変異解析

下水中濃度

神奈川県立保健福祉大学、AdvanSentinel社、北海道大学と連携して実施
神奈川県・下水疫学調査ウェブサイト
（https://www.pref.kanagawa.jp/docs/ga4/covid19/simulation.html#influenza)

18
都市下水からの変異株検出：神奈川県の下水サーベイランスの結果§ 相模川左岸・右岸の2処理場にて調査実施§ 2022年1~2023年3月（オミクロン株が優占）§ AdvanSentinel社によるゲノム解析

BA.1

BA.2
BA.3

BA.4
BA.5

神奈川県・下水疫学調査ウェブサイト
（https://www.pref.kanagawa.jp/docs/ga4/covid19/simulation.html#influenza)

BA.1

BA.2
BA.3

BA.4
BA.5

19
下水から得られる変異情報をワクチンにフィードバック• 今後、臨床サーベイランスのデータが限定的になる中で、下⽔サーベイランスがより重要になる。
• 下⽔から得られる網羅的変異情報をワク
チン開発の⼀助とする。

下⽔からゲノム解析により変異株を検出する⼿法を確⽴済 (Iwamoto et al., 2023)

Iwamoto R, Yamaguchi K, Katayama K, Ando H, Setsukinai K, Kobayashi H, Okabe S, Imoto S, Kitajima M*. Identification of SARS-CoV-2 variants
in wastewater using targeted amplicon sequencing during a low COVID-19 prevalence period in Japan. Sci. Total Environ. 887:163706.

データ活用の主体は自治体〜全国下水サーベイランス推進協議会：自治体間の連携を促進する枠組み〜

自治体における下水サーベイランスの実装・活用事例の増加

先行して実装・活用する自治体間の連携・情報共有

札幌市

小松市
小松市

札幌市

コロナ

インフルエンザ

仙台市

神奈川県

感染者数予測

養父市
養父市

日本下水サーベイランス推進協議会
山梨県
問い合わせ

経験・ノウハウの提供

滋賀県
加入

新規に下水サーベイランスを取り入れる自治体

自治体間の連携・横展開を通して、全国レベルでの社会実装を促進
変異解析

大分市

202

社会実装課題の一つは、全国レベルでの自治体間の連携
データ活用の主体は自治体「全国下水サーベイランス推進協議会」を設立〜全国下水サーベイランス推進協議会：自治体間の連携を促進する枠組み〜
先行して実装・活用する自治体間の連携・情報共有
札幌市

小松市

養父市

日本下水サーベイランス推進協議会
問い合わせ

経験・ノウハウの提供

加入

新規に下水サーベイランスを取り入れる自治体

自治体間の連携・横展開を通して、全国レベルでの社会実装を推進
自治体間の連携・横展開を通して、全国レベルでの社会実装を促進

212

22
「全国下水サーベイランス推進協議会」の設立：社会からの高い関心
北海道新聞朝刊（8月10日付）
NHK北海道（8月10日放送）

8月25日設立、記者発表会開催
NHK北海道（8月25日放送）

設立前から報道Ø 注目・期待の高さ
他、各紙に同様の記事が掲載

23
全国の下水処理場でのサーベイランス実施の提案
q 全国200箇所：東京都＋政令指定都市＋各都道府県1箇所
ØØØØ

人口カバー率50%以上 ※ほぼ全ての国民が下水サーベイランス情報を受益可
頻度：週1回
費用：年間約10億円
必要な検査キャパシティ：200検体/週 ※200箇所 x 1回/週
AdvanSentinel社による高スループット分析体制の構築§ 地方衛研§ 大学§ 分析会社(動画提供：Robotic Biology Institute Inc.)
Hayase et al., Near-full automation of the COPMAN using a LabDroid enables high-throughput and sensitive detection of SARS-CoV-2 RNA in wastewater as a leading
indicator, in revision

24「下水バンク」による遡及型下水疫学調査
適用例：インフル・RSウイルス感染症にCOVID-19流行が与えた影響を客観的に可視化
H. Ando et al.

Science of the Total Environment 880 (2023) 162694

H. Ando et al.

Science of the Total

膜を凍結保存実証

0 .0 0 1

2 0

H30 .0 0 0
1

A型インフルエンザ
ウイルス

下⽔

2 5

0 .0 0 0 1

1 0

0 .0 0 0 0
1

5

1 E
- 0
8

1 0
/1

1 2
/1

2 /1

4 /1

6 /1

8 /1

1 0
/1

1 2
/1

2 /1

非検出

0 .0 1

HA型別検出

1 5

4 /1

0

2 5
0 0

0 .0 0 1

2 0 0

0 .0 0 0
1

1 5
0 0

0 .0 0 0 1

1 0 0

0 .0 0 0 0
1

5 0

⾮検出

1 E
- 0
8

報告感染者数下水中ウイルスRNA濃度（PMMoV
RNA濃度により正規化）
下⽔中ウイルス濃度(遺伝⼦コピー/L)

EPISENS-M法：下⽔中ウイルス⾼感度検出技術

0 .0 1

RSウイルス（A・B型）
0

RSウイルス
10/10
2/10
6/10
10/10
2/10
6/10
10/10
2/10
6/10
10/10
2/10
6/10
10/10
2/10
0 .00 1

0 .00 0 1

B型

5 00

A型

4 00

0 .00 0 01

定量PCR

3 00

非検出

0 .00 0 00 1

2 00

0 .00 0 00 0 1

1 00

⾮検出
集団レベルの公衆衛生情報のアーカイブ化
1012
/1 /1
2/14/16/18/1
1012
/1 /1
2/14/16/18/1
1012
/1 /1
2/14/16/18/1
1012
/1 /1
2/14/16/18/1
1012
/1 /1
2/1

1 E-08

過去に遡って下⽔中ウイルスを検出可能

札幌市報告感染者数（人/週）

A型インフルエンザウイルス
H1pdm「下⽔バンク」の概念を提唱

2018

0

2019

COVID-19流⾏開始前

2020

2021

2022 2023年

COVID-19流⾏開始後

Ando H, Ahmed W, Iwamoto R, Ando Y, Okabe S, Kitajima M*.
Impactof the COVID-19
pandemic
on the prevalenceof(RSV)influenza
and respiratory
Fig.
3. The dynamics
of the concentrationof respiratorysyncytial virus
RNA inAinﬂuent
wastewater and weekly clinical conﬁrmed RSV ca
syncytial viruses elucidated by wastewater-based epidemiology,
Scienceof the Total
Environment,
880,normalized
162694,by2023.
denotethe wastewater
concentrationsof viral RNA
PMMoV. The circle plots denote the wastewater concentrations at WWTP A as

25
平時における下水疫学データの臨床検査へのフィードバックの提案：呼吸器ウイルスの例
A型インフルエンザウイルス

500

25000
0

0
1

11

21

31

2023年 1月 ２月 ３月 ４月 ５月 ６月 ７月 ８月 ９月 １０月

700
500

ND

2023年

0

1
1月

0

２月

11 ４月
３月

５月 21６月

７月

ウイルスRNA濃度 (コピー/L)

ヒトメタニューモウイルス
3000

感染者数
インフルエンザ

2000

下水中のウイルス濃度
A型インフルエンザウイルス

COVID-19

COVID-19

RSV

RSV
ヒトメタニューモウイルス

1000

ND
0

1

11

21

31

31
８月

９月 １０月

5

200

7500

150

5000

100

2500

50

ND
0

0
1

11

21

定点あたりの患者報告数（人/週）

50000

1000

10000
ウイルスRNA濃度 (コピー/L)

1000

1400

定点あたりの患者報告数（人/週）

75000

RSウイルス

1500

ウイルスRNA濃度 (Logコピー/L)

1500

5類移行前

ウイルスRNA濃度 (コピー/L)

100000

定点あたりの患者報告数（人/週）

ウイルスRNA濃度 (コピー/L)

新型コロナウイルス31

2023年 1月 ２月 ３月 ４月 ５月 ６月 ７月 ８月 ９月 １０月

非コロナ呼吸器系ウイルスの下水中濃度
ヒトメタニューモの検査を提案

4

3

2

ND

7月８月
9月 １０月
2023年 1月 ２月 ３月 ４月 ５月 ６月 ７月
2月９月
1
1
2023年 1月

２月

３月 11 ４月

５月

21
６月

７月

31
８月

９月

１０月

26
東京オリパラ選手村で下水疫学調査の実装、感染状況把握に貢献
Kitajima et al., 2022 JAMA Netw. OpenKitajima et al., 2022 J. Travel Med.
Journal of Travel Medicine, 2022, 1–2
https://doi.org/10.1093/jtm/taac004
Rapid Communication

Research Letter | Infectious Diseases

COVID-19 wastewater surveillance implemented in theTokyo 2020 Olympic and Paralympic Village
Masaaki Kitajima, PhD1,*, Michio Murakami, PhD2, Ryo Iwamoto, MS3,
Hiroyuki Katayama, PhD4 , and Seiya Imoto, PhD5

1

2

Paralympic Games, wastewater surveillance, mandatory daily screenings with antigen saliva tests,

q 調査実施期間• 2021年7月14日から9月8日*To whom correspondence should be addressed. Email: mkitajima@eng.hokudai.ac.jp; Tel: +81-11-706-7162

q 下水サンプルの採取

Submitted 20 November 2021; Revised 6 January 2022; Editorial Decision 7 January 2022; Accepted 7 January 2022

Author affiliations and article information arelisted at the end of this article.

and polymerase chain reaction (PCR) tests for close contacts of individuals with confirmed cases3
were conducted in the Olympic and Paralympic Village. In this cross-sectional study, we investigated
the association of SARS-CoV-2 load in wastewater with the numbers of confirmed COVID-19 cases
and tests for close contacts.

Methods• 計690検体をマンホールから採取

q SARS-CoV-2の検出+ Supplemental content

Because SARS-CoV-2 transmission was【参考図】
a major concern during the Tokyo 2020 Olympic andfor Infectious Disease Education and Research, Osaka University, Osaka, Japan, 3 Shionogi & Co. Ltd., Osaka, Japan,
4 Department of Urban Engineering, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo, Tokyo, Japan and 5 Human
Genome Center, The Institute of Medical Science, The University of Tokyo, Tokyo, Japan

Wastewater-based epidemiology (WBE), which has attracted
attention as a COVID-19 surveillance tool,1 was implemented
in the Tokyo 2020 Olympic and Paralympic Village to betterTM
understand COVID-19 incidence in the village.2 Between 14 Julyand 8 September 2021, 690 wastewater samples—361 and 329
samples collected via passive and grab sampling, respectively—
were collected from manholes in the village. We collected
wastewater samples, in addition to clinical data (i.e. confirmed
positive cases), from seven distinct areas comprising the entire
residential buildings. The wastewater samples were examined
for the presence and concentration of severe acute respiratory
syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) RNA using a highly sensitive reverse transcription (RT)-quantitative polymerase chain

Masaaki Kitajima, PhD; Michio Murakami, PhD; Syun-suke Kadoya, PhD; Hiroki Ando, BS; Tomohiro Kuroita, MS; Hiroyuki Katayama, PhD; Seiya Imoto, PhD

Introduction

1 Division of Environmental Engineering, Faculty of Engineering, Hokkaido University, Hokkaido, Japan, 2 Center

Text

Downloaded from https://academic.oup.com/jtm/advance-article/doi/10.1093/jtm/taac004/6520636 by Osaka Un

Association of SARS-CoV-2 Load in Wastewater With Reported COVID-19 Casesin the Tokyo 2020 Olympic and Paralympic Village From July to September 2021

Rapid Communication

From July 14 through September
8, 2021, 360 wastewater samples were collected via passive
グラブサンプリング
パッシブサンプリング

sampling from manholes in 7 distinct areas of the village and examined for SARS-CoV-2 RNA using
daily clinical testing among residents,3 which is probably because
quantitative PCR.4 Wastewater sampling, SARS-CoV-2 RNA analysis, and data reporting to the
our method is so sensitive that viral RNA excreted from nonOrganizing Committee for the Olympic and Paralympic Games were performed daily. The numbers
バケツ
infectious post-quarantine patients and asymptomaticパッシブサンプラー
carriersof confirmed COVID-19 cases and close contacts tests were obtained from the committee and awith low viral shedding was detected in the wastewater.
Infact,（流⽔を採取）（24時間浸漬）
recent report,3 respectively. This study followed the STROBE reporting guideline. Informed consent
it has been pointed out that asymptomatic carriers with lower• EPISENS 法による定量
viral load would test negative by the Lumipulse SARS-CoV2 antigen saliva test employed as the initial screening tool inü 採水翌日、オリパラ組織委員会に報告
the village, although it has shown to reliably identify most of
those with higher viral load. When SARS-CoV-2 RNA was not• ゲノム解析により変異株も検出
detected via passive sampling of wastewater in a given area for®

4three consecutive days, clinical tests rarely (only 6.7%) identified
positive cases in that area. Genomic analysis of the RT-qPCRpositive wastewater samples based on next-generation sequencing of PCR amplicons with the Illumina MiSeq® system con-and ethics approval were not required because this study was outside the scope of ethical guidelines
set by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan. Statistical analyses
were performed with SPSS, version 28. One- or 2-tailed P = .05 was considered significant. Details
are given in the eMethods in the Supplement.

Results

図 1．サンプリング場所のイメージ

The village accommodated approximately 11 000 and 4400 participants during the Olympics and27
下水からのSARS-CoV-2 RNAの検出結果と陽性者数・濃厚接触者検査数の経時的関係

3
3

3

2

1

*
*

**

NA

0

パラリンピック開会式
パラリンピック開会式

パラリンピック選手村開村

オリンピック閉会式

4

オリンピック開会式
オリンピック開会式

44

オリンピック開会式

55

5

オリンピック選手村開村
オリンピック選手村開村
オリンピック選手村開村

下水陽性エリア数・陽性確定者数

下水陽性エリア数・陽性確定者数
下水陽性エリア数・陽性確定者数

6
6

オリンピック
6

オリンピック選手村閉村

濃厚接触者検査数
7*

パラリンピック

*

210

180

150

120

90

濃厚接触者検査数

陽性確定者数(χ2 test; P < 0.01)

パラリンピック選手村閉村
パラリンピック選手村開村
パラリンピック選手村開村

7
7

98/159 (61.6%)
3.6人/1000人
440件

パラリンピック閉会式

濃厚接触者検査数
濃厚接触者検査数

下⽔陽性エリア数<<<

オリンピック選手村閉村
オリンピック選手村閉村

53/201 (26.4%)
3.2人/1000人
140件

パラリンピック開会式
オリンピック閉会式
オリンピック閉会式

下⽔陽性エリア数
下⽔陽性エリア数
陽性確定者数
陽性確定者数

Kitajima et al. 2022 JAMA Netw. Open

パラリンピック

オリンピック

60

30

NA

0

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8

8月
9月
**
個人検査結果や市中感染の状況等と組み合わせ（総合的に勘案）、パラ期間中の更なる感染防止対策*の実施に貢献

2
2

2021年

7⽉

（*選手と接触するスタッフらへの検査頻度を高める等）**

国際空港での下水検査（今年度AMED研究課題）
ほとんどの感染症は海外からの持ち込み：公衆衛生上の危機（有事）対応・国家安全保障
感染症の越境流入

5.2.2

大手航空会社・国交省航空局と連携

空港下水Interception sampling

航空機排水Aircraft grab samples (0.25 to 1 L) can be collected from the drain line of waste tanks (Targa et al., 2022), see
figure 2, and this can make use of customised interception fittings whilst the lavatory waste trucks are draining
the tanks from the waste tank(s) on the target aircraft (Ahmed et al., 2022a).
There can be up to four such tanks per aircraft, although these may all drain to a single point for emptying.
When one aircraft has several tanks that are not drained by a single point for emptying, it is recommended tocollect grab samples from each tank and pool them into one sample representative from the whole aircraft.
The fittings can be cleaned between each use to avoid cross-contamination between aircraft. However, crosscontamination from previous flights from the same aircraft remains possible unless aircraft waste tanks areadequately cleaned between flights.

今後の新興感染症対策への提案︓
1. 国際線航空機排⽔・空港下⽔の検査に

Droplet Digital PCR (ddPCR™) – 3rd Generation
公衆衛生上の危機

Figure 2 – Example of a customised interception fitting drawing from the drain line of the waste tank. The red arrow
indicates the collected sample (CSIRO, n.d.)

!
!
!
!

5.2.3

より、感染症の越境流⼊を網羅的に常Lavatory waste truck sampling

Routine surveillance can be carried on samples taken from the operating lavatory waste trucks. The ideal
scenario for epidemiological surveillance purposes would be to have a dedicated truck, which is cleaned prior
to re-sample aircrafts from a targeted destination. In practice, this will be exceptional and is not necessary forroutine surveillance.
Depending on the discharging installation, the point of discharge is open (see below) or a closed system, towhich the truck is connected with valves. In the latter case a direct sample is only accessible via a tank sampling
valve (Fig 3)

Partition reagents & sample into thousands of nanoliter-sized droplets
Perform PCR on thermal cycler
Quantify target nucleic acid by counting sample partitions with a positive PCR
product (fluorescent) and a negative PCR product
Digital readout provides actual or absolute values

PC

分子生物学的手法を駆使した網羅的病原体検出

R

PCR Droplets

qPCR

Read Droplets

ddPCR

C
新興感染症、熱帯感染症、薬剤耐

2. 下⽔で特定の病原体が検出されたら、
唾液抗原定量検査等による検疫を実施

アンプリコン
シークエンス解析

Results

 インフルエンザウイルス
SARS-CoV-2 / 変異株
ポリオウイルス•性菌 etc.

8“X” copies oftarget per
input DNAquantity
Make Droplets

P

1
時監視（検疫補助）

メタゲノム解析Ø 従来の全数検査から、検査数を絞りつつ
サル痘ウイルス

新興・再興病原体

効率の良い新しい網羅的検査体制を確⽴する。

日本医療研究開発機構（AMED）令和5年度 新興・再興感染症に対する革新的医薬品等開発推進研究事業「下⽔中病原体の網羅的分⼦疫学解析に基づく流⾏状況および越境流⼊の監視体制の構築」（研究代表：北海道大学・北島正章）

29
内閣府 第5回日本オープンイノベーション大賞（選考委員会特別賞）受賞
大学 知 社会実装に向けて
産学官等を繋ぐ人材・組織
取組へ 表彰COVID-19下水疫学調査

実用化

北島正章（北海道大学 准教授）、小林博幸（塩野義製薬(株) 新規事業推進部部長）、
岩本遼（(株)AdvanSentinel 研究開発部部長）
概要
目的

内容

効果

喫緊 社会課題である COVID-19 流行状況 把握から開始し、現在で そ 他 呼吸器系ウイルスや将来パンデミックを引き起こす可能性 ある病原体にも対象を拡張して、研究開発および事業を展開している。
集団レベル COVID-19 感染流行状況を効率良く把握するため ツールとして社会的な注目と期待を集めている「下水疫学調査」を実用化。こ 結果、感染拡大 早期検知や、特定 地域における変異株 侵入・発生 早期検知を実現すること。
下水疫学調査 社会実装 早期実現という共通 目的意識 もと、北海道大学（北島ら）と塩野義製薬（小林・岩本ら） 2020 年 10 月より産学共同研究を実施。下水から 新型コロナウイルス変異株検出技術を開発し、そ 有用性を実証するとともに、塩野義製薬による変異解析サービス 提供という形で実用化を実現。
東京 2020 オリンピック・パラリンピック選手村において、下水疫学調査を実装し選手村における感染対策に貢献したことを じめ、ウイルス検出技術 国際標準化(ISO 規格)や EU で 下水疫学調査 制度化など国際的な取組にも参画し、日本を代表するプロジェクトチームとして国際的にも存在感を発揮し貢献。

東京2020オリンピック・パラリンピック選手村において 下 水 疫 学 調 査 を 実 装 し 選 手 村 に おけ る 感 染対策に貢献した他、下水サーベイランス 今後発展によって 非常に有効な公衆衛生システムなで ないかと考えられる。特に、インフルエンザにも使用可能となり、他 感染状況把握にも活用可能であれ 、インフラとして 意味合いも非常に面白く、また評価できる。

17

第6回日本医療研究開発大賞 健康・医療戦略担当大臣賞を受賞（2023年8月23日） 30
北島・塩野義製薬・AdvanSentinel 「新型コロナに対する下水疫学調査の実装」
北海道大学・塩野義製薬・AdvanSentinel
共同プレスリリース（8月24日付）
PRESS RELEASE 2023/8/24

北海道大学・北島正章准教授、塩野義製薬、AdvanSentinel が第 6 回日本医療研究開発大賞「健康・医療戦略担当大臣賞」を受賞
国立大学法人北海道大学・北島正章准教授、塩野義製薬株式会社、株式会社 AdvanSentinel は、この

北海道大学
北島
開発大賞「健康・医療戦略担当大臣賞」を受賞しましたので、お知らせします。

たび３者協同での取り組みである「新型コロナに対する下水疫学調査*1 の実装」が第 6 回日本医療研究

塩野義製薬
澤田副会長

高市早苗大臣（健康・医療戦略担当）より授賞＠首相官邸

AdvanSentinel
古賀社長

31
まとめ

1. 下水中ウイルスの検出技術開発の現状
Ø EPISENSTM法：10万人あたり新規報告感染者1人/日程度の低流行期でも検出可能
Ø 他のウイルス（インフルエンザ、RSウイルス等）にも適用可能
2. 下水中の変異株の検出技術
Ø ゲノム解析で変異株の早期検知
3. 下水疫学の社会実装・活用の事例
Ø 自治体（札幌市、神奈川県等）、医療機関、東京オリパラ選手村
4. 下水疫学の今後の展開と社会実装課題
Ø 多様な病原体の網羅的モニタリング、国際空港での感染症の越境流入監視Ø 国・自治体・国民の理解の醸成