Tulevaste Koroonaviiruse ägenemiste Tuvastamiseks Otsige Kanalisatsiooni

Reoveepõhine epidemioloogia võib testida suuri inimrühmi ja aitab nappe ressursse paremini jaotada.

Mariana Matus on aastaid uurinud, mis inimkehadest välja tuleb, et paremini mõista, mis meie sees toimub. Arvutusbioloog aitas välja töötada raskeveokite seadmeid, mis on umbes piimakasti suurused ja mida saab langetada kanalisatsioonikaevudesse, et heitvee küljes rippuda ja pidevalt õlgtoru kaudu uriini ja väljaheiteid imeda.

Matus ja tema kolleegid asusid algselt kanalisatsiooni uurima, et leida narkootiliste ainete keemilisi allkirju. Kuid veebruaris ilmusid teated, et uudse koronaviiruse geneetilist signatuuri on võimalik tuvastada inimese väljaheites. Nii pöörasid Matus ja tema kaasasutatav ettevõte Biobot Analytics tähelepanu pandeemia COVID-19 jälgimisele. Nüüd võtavad nad 400 jäätmekäitlusjaamast kogutud kanalisatsiooni proove, mis katab Matus sõnul hinnanguliselt 10 protsenti USA elanikkonnast.

See on üks kümnetest sarnastest jõupingutustest, mida kogu maailmas tehakse, et aidata riikidel oma tõkestamismeetmeid paremini suunata, maalides täieliku pildi sellest, kus ja kui viirus on levinud. "Praegu on suur tundmatu asi, kuna [USA-s] on veel väga vähe katsetusi, see on: keegi ei tea, kui palju inimesi on nakatunud ja asümptomaatilised. Pole aimugi,”ütleb Arizona ülikooli keskkonnamikrobioloog Ian Pepper, kes uurib munitsipaalreovee patogeene. Olemasolevate diagnostiliste testide läbiviimine kogu populatsiooni jaoks on ebapraktiline ja sellised testid ei ole õiglaselt jaotatud. Vannituba kasutavad aga kõik. Seega võimaldab reovee proovide võtmine testida uudse koronaviiruse esinemist miljonites inimestes korraga, hoolimata nende sotsiaalmajanduslikust seisundist või tervishoiuteenuste kättesaadavusest. "Meie andmed on loomulikult koondatud ja anonüümsed kõige tooremal kujul," ütleb Matus.

Sellegipoolest on lähenemisviisi rakendamisel praeguse pandeemia ajal piirid. See tehnoloogia ei saa epidemioloogidele lõplikult öelda, kas kogu populatsioon on viirusest puhas. Kuid see võib olla kiirem viis tulevaste ägenemiste tuvastamiseks, kui piirkonnad tekivad sulgemisest. Lähenemisviis võib suurendada ka reoveepõhise epidemioloogia väikest, kuid kasvavat valdkonda ja laiendada seda teiste haiguste avastamiseks.

Varajane hoiatus

Nagu teisedki viirused, ei saa ka COVID-19 põhjustav patogeen ennast kopeerida. Selle asemel imbub see elusatesse rakkudesse, kaasa arvatud need, mis vooderdavad inimese soolestikku, ja kutsub neid üles aktiivselt selle RNA-d paljundama. Nakatunud patsiendid heidavad seejärel kehavedelikes, sealhulgas süljes, limas ja väljaheites, viiruse RNA osakesi. Need satuvad reovee kanalisatsiooni, kus neid leidub piisavalt kõrgel, et neid oleks võimalik avastada.

Heitveest RNA osakeste proovide võtmine võib aidata teadlastel teha mõnda asja: Esiteks võivad nad koronaviiruse geenid järjestada, et näha, kuidas erinevad tüved muteeruvad ja muutuvad aja jooksul. Selline analüüs võimaldab teadlastel jälgida ka patogeeni levikut, hõlmates kõiki ringluses olevaid tüvesid ja piiludes nende "viiruste esivanematesse". Hiljutises eelprindiuuringus, mida pole veel eksperdihinnangu saanud, tegid mikrobioloogid kindlaks, et Montana ühes linnas reoveest välja tõmmatud domineeriv tüvi pärines tõenäoliselt Euroopas ringlevast viirusliinist.

Heitvee testimine sama diagnostikameetodi abil tampooniproovide (tavaliselt inimeste ninast võetud) töötlemiseks vastab ka lihtsale küsimusele, kas koronaviirus on antud kogukonnas või mitte. "Jah / ei - kas see on olemas või mitte - vaatamise potentsiaal on juba käes ja seda saab üsna kiiresti laiemas plaanis rakendada," ütleb Austraalia Queenslandi keskkonnatervishoiuteaduste liidu professor Kevin Thomas. Ta avaldas aprillis ajakirjas Science of the Total Environment uuringu, mis demonstreeris seda tehnikat. Hispaanias asuv rühm, kes avaldas ajakirjas Water Research, avastas positiivsed reovee proovid piirkonnas rohkem kui kaks nädalat enne COVID-19 juhtude diagnoosimist isegi madala levimusega kohtades. See varajane hoiatus võiks anda poliitikakujundajatele juhised, kui ranged peavarjuga meetmed tühistada või taastada. "Kui see hakkab linnades avades teatud kohtades uuesti suurenema, on see tagasiside tõesti oluline," ütleb Matus.

Töö on edenenud sinnamaani, et mõnes riigis käivad tõsised arutelud olemasoleva seire laiendamise üle. Ja USA-s räägitakse uue riikliku seireprogrammi loomisest. Haiguste tõrje ja ennetamise keskuse veehaiguste ennetamise osakonna teadur Vincent Hill ütleb, et agentuur töötab praegu teadlastega, et kontrollida meetoditega testimise usaldusväärsust ja neid standardida. Reovee testimine ei asenda kunagi regulaarset individuaalset katsetamist, ütleb ta. Ometi on see väärtuslik, kiiresti saadud andmeallikas kogu elanikkonna kohta. Sama meelt on Columbia ülikooli viroloog Angela Rasmussen. "Ma näen reovee katsetamist potentsiaalse seirevahendina, mis võib olla eriti kasulik piiratud ressursside nagu isikukaitsevahendite [isikukaitsevahendid] ja tarvikute testimise haldamisel," ütleb ta. "Kuid mingil juhul ei ole see alternatiiv diagnostilistele testidele ja epidemioloogilisele tööle."

Vale negatiivsed ja tundmatud

Reovee tuvastamise kasulikkusel on piirangud. Üks küsimus on see, et olmejäätmete konsolideeritud olemus tähendab, et teadlased ei saa valida konkreetseid kõrge riskiga mikrokogukondi, nagu hooldekodud, haiglad, vanglad või lihapakkimisettevõtted. Teine on ebakindlus täpselt selle üle, kui SARS-CoV-2 (COVID-19 põhjustava viiruse ametlik nimi) RNA muutub väljaheidetes sümptomite ilmnemisega võrreldes tuvastatavaks. Ja teadlased ei ole veel täielikult selgitanud, kui kaua inimesed pärast taastumist viiruseosakesi jätkavad. Thomas ütleb, et on ka ebaselge, mitu viirusliku RNA koopiat peab proovis olema, enne kui selle saab avastada. Aprillis ajakirjas Science of the Total Environment avaldatud mudeli järgi võib antud positiivne reoveeproov paljastada ühe nakkuse vaid 114 inimesel või koguni kahel miljonil. Kuid teadmata positiivse tulemuse saamiseks vajalikku minimaalset eksemplaride arvu, on võimalus, et test võib tekitada vale negatiivse tulemuse, mis võib ekslikult viidata sellele, et konkreetne ala on vaba COVID-19-st. Niisiis võib reovee testimine näidata, et viirus on olemas, kuid ei kinnita lõplikult selle puudumist. Selle probleemi lahendamiseks jälgivad paljud teadlased, kuidas konkreetses asukohas tuvastatavate RNA osakeste suhteline arv aja jooksul muutub.

Selle osakeste kontsentratsiooni jälgimine on populatsioonitaseme jälgimise jaoks kõige olulisem samm, ütleb Walesi Bangori ülikooli pinnase- ja keskkonnateadlane David Jones. Põhjus on see, et see aitab pandeemia kulgu kaardistada ja sulgemiste tõhusust jälgida. Mitmed rühmad, sealhulgas Matus ja tema kolleegid, astuvad sammu edasi: nad püüavad hinnata, kuidas viirusosakeste kontsentratsioon reovees vastab kogu populatsiooni levimusele antud populatsioonis. Nende arvutuste abil püütakse arvestada paljude muutujatega, nagu näiteks sademete lahjendav mõju ja tormi äravool. Eelprindis, mis on endiselt vastastikuse eksperthinnangu all, hindas Matuse rühm, et Massachusettsi ühes piirkonnas oli COVID-19 tõenäoliselt nakatunud inimeste arv vähemalt viis korda suurem kui ametlikult positiivsete testide arv, mis viitab sellele, et diagnoosimata juhtumeid oli rohkem kogukond. Connecticuti rühma värskem trükis leidis, et suurlinnas saavutas RNA osakeste kontsentratsioon tipu umbes nädal enne uute diagnoositud COVID-19 juhtumite saabumist. Kuid Yale'i ülikooli keskkonnainsener Jordan Peccia juhib tähelepanu sellele, et endiselt on keeruline täpselt kindlaks määrata juhtumite täpset kogust ainult reoveest, just sellepärast, et [regulaarne] testimine piirdub ainult nendega, kellel on sümptomeid ja mida testitakse.

Kauaaegsetele vaatlejatele peegeldab uus huvi tehnika vastu reoveepõhise epidemioloogia laiemat küpsemist. Christian Daughton, pensionil olnud keskkonnakaitseagentuuri teadur, kes kirjutas koos mõjuka 1999. aasta ülevaadetöö, soovitas hiljuti, et pandeemia on juba hävitanud mõned traditsioonilised probleemid, näiteks need, mis puudutavad eraelu puutumatuse õigusi. COVID-19-ga tegelemise kiireloomulisus võib aidata luua selliseid seiresüsteeme, mis aitaksid lisaks sellele pandeemiale reageerimisele ka teiste tulevikus tekkivate haiguste - võib-olla isegi uute - jälitamist. "Ma kahtlustan, et pärast seda pandeemiaga saadud kogemust on kanalisatsiooni seire palju moes," ütleb Pepper.

Koroonaviiruse puhangu kohta lugege lähemalt siit Scientific American. Ja lugege meie rahvusvahelise ajakirjade võrgustiku kajastusi siit.