Objavljeno: 6.10.2022.
Članak uredila i objavila: Andrea Božić
Otpadne vode pružaju duboke biološke i kemijske informacije o zajednici s manje pristranosti od mnogih drugih vrsta nadzora javnog zdravlja, te su izvrstan izvor informacija za zdravlje zajednice.
Praksa korištenja informacija u otpadnim vodama za javnozdravstvene podatke poznata je kao nadzor otpadnih voda. Kada se koristi posebno za bolesti, naziva se i epidemiologija temeljena na otpadnim vodama. Može se prakticirati u malim grupama poput putnika u zrakoplovu i zajednicama velikim poput gradova.
"Ali to zapravo nije nova tehnologija", kaže Anna Mehrotra, direktorica programa nadzora otpadnih voda Federacije za okoliš (WEF). “Postoje radovi koji se bave nadzorom kanalizacije za dječju paralizu 1939. godine u Sjedinjenim Državama, a to je nešto što je dobilo malo više pozornosti od otprilike 2001. godine kada su akademski istraživači počeli pričati o korištenju otpadnih voda za praćenje upotrebe lijekova i [upotrebe nedopuštenih droga]. ”
Nadzor otpadnih voda korišten je za praćenje ovih stavki, kao i otpornosti na antimikrobne lijekove i izloženosti kemikalijama, ali ta je praksa doživjela eksploziju popularnosti tek s pandemijom COVID-19, budući da zaražene osobe šire SARS-CoV-2 (virus koji uzrokuje COVID-19) RNK u njihovom izmetu. (Budući da je RNA samo genetski ostatak virusa, oni koji rukuju otpadnom vodom kao dio svog posla nisu izloženi riziku od infekcije.) Sada je praksa da se informiraju javnozdravstvene ustanove nekoliko zajednica, a također se koristi za praćenje novih incidenti bolesti.
Nadzor otpadnih voda danas
Trenutno postoje stotine programa za nadzor otpadnih voda s tisućama mjesta za uzorkovanje diljem svijeta. Nadzor otpadnih voda provodi se u najmanje 63 zemlje, prema nadzornoj ploči COVIDPoops19, istraživača Sveučilišta Kalifornija-Merced pokušavaju pratiti podatke o otpadnim vodama COVID-19 diljem svijeta.
Najpopularnija uporaba nadzora otpadnih voda danas bila je za zarazne bolesti — ali ne samo za COVID-19. Nekoliko američkih programa za nadzor otpadnih voda sada dodaje majmunske boginje, virusnu bolest povezanu s velikim boginjama, u svoje testiranje.
Nadzor otpadnih voda također je pomogao u otkrivanju virusa dječje paralize u državi New York u lipnju 2022. Podaci o otpadnim vodama uspjeli su otkriti virus, koji ima potencijal izazvati trajnu paralizu, mnogo prije od tradicionalnog testiranja. U kolovozu su podaci o otpadnim vodama potvrdili da dječja paraliza vjerojatno neotkriveno kruži New Yorkom.
Tijekom Svjetskog atletskog prvenstva u Oregonu u srpnju, državni dužnosnici koristili su se testiranjem otpadnih voda kako bi predvidjeli znakove porasta infekcija hepatitisom A, hepatitisom E, ospicama, respiratornim sindromom Bliskog istoka (MERS) i COVID-19. Ali praksa ima i dodatnu vrijednost.
"Naš fokus na WEF-u je na zaraznim bolestima, ali u cijelom svijetu se odvija puno sjajnog rada na drugim ciljevima za nadzor otpadnih voda povezanih sa zdravljem", kaže Mehrotra. “Na primjer, u Izraelu je njihovo Ministarstvo zdravstva počelo koristiti otpadnu vodu kako bi ispitalo potrošnju nikotina i biomarkere za depresiju i dijabetes u populaciji. I to je dodatak njihovom stalnom nadzoru otpadnih voda za COVID-19 i dječju paralizu.”
Kako to zapravo funkcionira u praksi
Iako postoji nekoliko dostupnih opcija testiranja i testova, ne postoji središnji, općenito dogovoreni proces ili procedura za program ispitivanja otpadnih voda. Mnogi programi uključuju suradnju između komunalnih poduzeća za otpadne vode, laboratorija te lokalnih i državnih zdravstvenih odjela. Komunalna poduzeća mogu osigurati prikupljanje uzoraka i informacije o kanalizacijskom sustavu/protoku, laboratoriji mogu pružiti testiranje i analizu, lokalni zdravstveni odjeli mogu pružiti tumačenje podataka i intervencije, a državni zdravstveni odjel može osigurati financiranje i smjernice.
Uzorci, prikupljeni dok otpadna voda teče u postrojenje za pročišćavanje, mogu se prikupljati ručno - međutim, neke studije su umjesto toga koristile komercijalne robote za automatsko uzorkovanje za prikupljanje tih uzoraka.
"Postoji mnogo različitih metoda [testiranja]: imate ddPCR, imate kvantitativni PCR pomoću TaqMan testova, imate sekvenciranje - svaka od ovih stvari daje tonu snage slici", kaže Robert Brooks , direktor istraživanja za Microbac Laboratories, laboratorij sa sjedištem u Tennesseeju koji nudi usluge testiranja za komunalna poduzeća za otpadne vode. "Problem je što ne rade svi u istom sandboxu ili s istom mješavinom."
Za sustave otpadnih voda koji nemaju pristup laboratoriju, također postoji nekoliko opcija brzog testiranja na licu mjesta, od kojih neke mogu dati rezultate u roku od jednog do šest sati i mogu koštati samo 10 USD po testu.
Međutim, prije početka analize podataka, rezultate testa potrebno je prilagoditi za nekoliko čimbenika, kao što su veličina kanalizacijskog sustava, vrijeme testiranja, nedavni protok, povijesni podaci o otpadnim vodama i broj nedavno identificiranih kliničkih slučajeva.
“To je jedna od stvari s današnjom tehnologijom; možemo generirati toliko podataka,” kaže Brooks. “Problem je koji kontekst koristimo da sada pogledamo te podatke i generiramo konačni rezultat? Jer taj kontekst je jako bitan.”
U praćenju bolesti poput COVID-19, virusna RNA u otpadnoj vodi može biti vodeći pokazatelj prisutnosti bolesti, što pomaže lokalnim zdravstvenim odjelima da poduzmu brzu akciju. Međutim, kada se prilagodi za sve te varijable, vrijeme prijelaza između otkrivanja otpadne vode i porasta slučajeva može varirati od nula do 14 dana.
Ali čak i kada podaci sustava ne daju rano upozorenje, oni još uvijek mogu pomoći u predviđanju je li bolest u opadanju: ako količina virusa u otpadnoj vodi opadne, broj slučajeva bi uskoro mogao opadati, ako opterećenja ostanu stabilna, slučajevi će vjerojatno ostati stabilni.
Prednosti
Postoji nekoliko dobrih razloga zašto zajednice ulažu u nadzor otpadnih voda. Kada je riječ o zaraznim bolestima, podaci o otpadnim vodama imaju prednosti tamo gdje tradicionalno, pojedinačno testiranje samo po sebi može podbaciti.
"Ova tehnika je posebno važna sada s obzirom na to da bi slučajevi COVID-19 mogli proći neotkriveni jer sve više ljudi koristi brze antigenske testove kod kuće, a slučajevi se ne prijavljuju državnim zdravstvenim odjelima", kaže Danielle Carlin, programska administratorica u Nacionalnom institutu za zdravstvene znanosti o okolišu (NIEHS). "Osim toga, nadzor se može provesti bez potrebe za izravnim mjerenjem izloženosti kod ljudi, te je brži i jeftiniji u usporedbi s kliničkim testiranjem."
Nadzor otpadnih voda također može zahtijevati manje resursa od tradicionalnog ispitivanja, za koje je često potrebno više osoblja, prostora i opreme.
Tradicionalno testiranje bolesti uključuje samo podatke za ljude koji imaju pristup testiranju i koji pristaju na postupke testiranja. S druge strane, nadzor otpadnih voda osigurava stalan protok informacija iz gotovo 80 posto kućanstava u SAD-u koja se opslužuju komunalnim sustavima prikupljanja otpadnih voda. To čini praksu anonimnom, inkluzivnijom i manje invazivnom od tradicionalnih metoda testiranja.
Nedostaci
Iako revolucionarno, za svaku korist, ispitivanje nadzora otpadnih voda ima nekoliko ograničenja.
Nekontrolirani dijelovi okruženja distribucije otpadnih voda donose niz složenih izazova za podatke. Na primjer, ordinacija ne može pratiti sustave koji prethodno pročišćavaju otpadnu vodu prije nego što ona stigne u postrojenje. Zajednice s visokom razinom turizma mogu imati iskrivljene rezultate. Kombiniranim kanalizacijskim sustavima bit će teže s nadzorom jer se moraju prilagoditi pojavama kiše.
Ponekad, čak i kada je patogen otkriven u otpadnoj vodi, podaci ne mogu dati poticaj za djelovanje dok se ne provedu dodatna istraživanja.
S novim bolestima, istraživači ne mogu biti sigurni koliko točno otpadna voda predviđa skokove bolesti - ili čak odražava njezine slučajeve - sve dok testiranje i istraživanje ne potvrdi brojke. To je trenutačno slučaj s majmunskim boginjama. Iako se virus može mjeriti u otpadnim vodama, istraživači još nisu sigurni mogu li te razine virusa predvidjeti skokove slučajeva. Mogu li podaci o otpadnim vodama prethoditi valovima majmunskih boginja ovisit će o još neizvjesnom vremenu između širenja virusa i pojave simptoma.
Postoje i ograničenja onoga što čak i uspješno praćenje može postići. Podaci o virusima u otpadnoj vodi ne pokazuju točno tko je zaražen, samo otkriva prisutnost bolesti u općem području.
Svaka praksa zdravstvenog nadzora ima ograničenja. Tamo gdje je tradicionalno testiranje sporo, nadzor otpadnih voda je brz - ali tamo gdje je nadzor otpadnih voda nejasan, tradicionalno testiranje je precizno. Nadzor otpadnih voda samo je dio rješenja za praćenje bolesti. Najbolje funkcionira kao dopuna postojećim sustavima nadzora i, gdje može, poslužiti kao rani signal upozorenja.
Kroz NWSS, CDC se planira usredotočiti na četiri područja: odgovor na hitne slučajeve, nove infekcije, pripravnost za pandemiju i bioterorizam. CDC također ima prioritetne patogene koje planira ciljati s NWSS-om: gene otpornosti na antibiotike, bakterije koje se prenose hranom, norovirus, Candidia auris, influenca, RSV i hepatitis A.
Još jedan projekt potječe od znanstvenika sa Sveučilišta Stanford, koji su pomogli u pokretanju Sewer Coronavirus Alert Network (SCAN), koja surađuje s nekoliko postrojenja za otpadne vode i agencija za javno zdravstvo. Projekt je pokrenut u studenom 2020. i sada prati zajednice u 38 gradova u osam država. Planira se proširiti kako bi na kraju uključio 300 američkih stranica.
SCAN tim proširio je svoj nadzor sredinom lipnja kako bi objasnio pojavu majmunskih boginja. Bila je to prva organizacija koja je izvijestila o otkrivanju genetskih markera virusa majmunskih boginja u američkim otpadnim vodama. Trenutačno 38 postrojenja za pročišćavanje prima rezultate majmunskih boginja od SCAN-a uz redovito praćenje bolesti COVID-19. DNK majmunskih boginja pronađen je na 22 od tih lokacija.
Budućnost prakse
Kako zdravstveni odjeli i javnozdravstveni laboratoriji budu razvijali koordinaciju nadzora otpadnih voda, epidemiologiju i laboratorijske kapacitete, praksa će nastaviti rasti dalje od napora povezanih s COVID-19. Već se pokazao korisnim u praćenju izbijanja drugih bolesti, nova istraživanja nastavljaju poboljšavati praksu, a programi koji podržavaju nadzor otpadnih voda imaju planove za značajno širenje, uključujući napore u CDC-u.
Istraživanja u nadzoru otpadnih voda također bilježe brzi rast, što odražava potencijal prakse.
"Nadajmo se da ćemo u sljedećih nekoliko godina imati mnogo snažniju sposobnost korištenja nadzora otpadnih voda kao ranog upozorenja za infekcije", kaže Carlin. "Budući da je ova tehnika još uvijek u razvojnim fazama, postoji potreba za proučavanjem trendova i razumijevanjem zašto ponekad nadzor otpadnih voda predviđa izbijanje, a zašto ponekad ne predviđa."
Ova poboljšanja nadzora otpadnih voda pomoći će zdravstvenim radnicima da se pripreme za neizbježan izazov sljedeću veliku pandemiju. Kada za to dođe vrijeme, nadzor otpadnih voda mogao bi biti značajan alat u našem zajedničkom odgovoru.
Pripremila: Astrid Werbolle
Izvor: WaterWorld
