محققان ردیابی بیماری را در فاضلاب گسترش می دهند

کارشناسان بهداشت عمومی معمولاً از طریق گزارش‌های هفتگی از آزمایشگاه‌های نگهبان، جهش‌های آنفولانزا، ویروس سنسیشیال تنفسی (RSV) و راینوویروس را که در یک جمعیت در گردش هستند، ردیابی می‌کنند. این آزمایشگاه‌ها نمونه‌هایی را از بیمارانی که به شدت بیمار هستند پردازش می‌کنند و ممکن است هفته‌ها طول بکشد تا نتایج به پایگاه داده برسد. اکنون، برای اولین بار، محققان دانشگاه استنفورد با همکاری دانشگاه Emory و Verily Life Sciences، قرائت های سریع و دقیق مجموعه کاملی از ویروس های تنفسی را در سیستم فاضلاب محلی سانتا کلارا جمع آوری کرده اند.

فاضلاب در حال حاضر تنها منبع اطلاعات دقیق در مورد نرخ COVID-19 در جوامع است. آزمایش PCR دیگر به طور گسترده در دسترس نیست، و اکثر افراد خود را در خانه سواب می زنند، جایی که نتایج آنها هرگز به آژانس های بهداشت عمومی نمی رسد.

قبل از COVID-19، ویروس های تنفسی از طریق فاضلاب ردیابی نمی شدند. بسیاری از ویروس هایی که دانشمندان در این مطالعه برای آنها آزمایش کردند، قبلاً هرگز در فاضلاب اندازه گیری نشده بودند. این یافته ها در شماره 22 مارس منتشر شده است میکروب لانست.

الکساندریا بوهم، استاد مهندسی عمران و محیط زیست در استنفورد مهندسی و دانشگاه استنفورد دوئر می‌گوید: «ما در حال جمع‌آوری شواهدی هستیم که نشان می‌دهد فاضلاب می‌تواند برای بسیاری از اهداف بیماری‌های عفونی فراتر از COVID-19 مفید باشد، و این منبع واقعاً ارزشمندی برای درک سلامت جامعه است. مدرسه پایداری ما دریافتیم که غلظت RNA، واحد سازنده ژنوم ویروس، آنفولانزای A و B، RSV، راینوویروس، پاراآنفلوآنزا، متاپنوموویروس و ویروس‌های فصلی در فاضلاب از روندهای مشاهده شده در داده‌های بالینی آزمایشگاه‌های نگهبان پیروی می‌کند. به نظر می‌رسد احتمالات وجود دارد. در این نقطه بسیار بی پایان است.”

بوهم آینده ای را متصور است که در آن جوامع می توانند به طور مداوم فاضلاب را برای انواع ویروس ها آزمایش کنند. با گزارش های به روز ویروس، محاسبه خطر ابتلا به آنفولانزا در آن روز به آسانی بررسی پیش بینی آب و هوای محلی برای باران خواهد بود.

نگاهی فراتر از COVID-19

خلط، مخاط، مدفوع و ادرار هر بار که از لوله فاضلاب در خانه یا محل کار استفاده می کنیم وارد فاضلاب می شوند و ویروس ها و باکتری ها را به همراه دارند. وقتی محققان نمونه‌ای از فاضلاب را می‌گیرند، یک نمونه بیولوژیکی غول‌پیکر از کل جمعیت توالت‌شویی، خمیردندان، تف کردن و دوش گرفتن به دست می‌آورند. این نمونه شامل مشارکت همه افراد است، حتی کسانی که ممکن است بیمار خفیف یا حتی بدون علامت باشند.

اگر تصفیه خانه محلی فاضلاب شهری یک میلیون نفری را پردازش کند، یک نمونه واحد اطلاعاتی درباره همه این افراد در اختیار دانشمندان قرار می دهد. محققان می توانند بیماری های عفونی در حال گردش در جمعیت را ببینند و مشاهده کنند که چگونه عفونت ها در طول زمان در جامعه تغییر می کنند.

با توجه به اینکه فاضلاب منبع ایده آلی برای مطالعه موارد COVID-19 است، بوهم و همکارانش تصمیم گرفتند ببینند آیا می توانند از فاضلاب برای درک گردش سایر ویروس های تنفسی نیز استفاده کنند. بوهم می‌گوید: «این ما را برانگیخت تا این مطالعه را انجام دهیم و سنجش‌هایی را برای همه این ویروس‌های تنفسی مختلف توسعه دهیم و ببینیم آیا آنها داده‌هایی را که برای ایالت کالیفرنیا در مورد گردش این ویروس‌ها در نمونه‌های بالینی در دسترس بود، ردیابی کردند یا خیر.

تیم بوهم کشف کردند که غلظت ویروس‌هایی که در فاضلاب محلی اندازه‌گیری کردند با داده‌های بالینی کالیفرنیا در مورد میزان آلودگی نسبی ویروس‌ها مطابقت دارد. به عبارت دیگر، زمانی که داده‌های ایالتی حاکی از آن است که افراد زیادی از عفونت‌های فصلی ویروس کرونا رنج می‌برند، این سنبله‌ها در فاضلاب نیز ظاهر می‌شوند.

بوهم می‌گوید: «این نشان می‌دهد که می‌توان از فاضلاب برای درک گردش این ویروس‌های تنفسی در مقیاس محلی‌تر از سطح ایالتی با اطلاعات بالینی استفاده کرد. علاوه بر این، نتایج مربوط به گردش ویروس می تواند در زمان واقعی باشد.

پیاده سازی سریع و آسان

گروه Boehm یک برنامه منظم نظارت بر ویروس فاضلاب را با تیمی از دانشگاه Emory و Verily Life Sciences اجرا می کند. راه اندازی آزمایش برای ویروس های جدید در برنامه با زیرساخت نمونه برداری و آزمایش که از قبل وجود دارد، ساده است. محققان به سادگی نمونه‌های مشابهی را می‌گیرند و آزمایش‌های مختلفی را روی آن‌ها اعمال می‌کنند تا اطلاعات بیشتری درباره ویروس‌های تنفسی مانند آنفولانزا به دست آورند.

داده‌های حاصل از فاضلاب می‌تواند ظرف 24 ساعت پس از جمع‌آوری نمونه در دسترس باشد – سریع‌تر از آن‌چه مقامات بهداشت عمومی بتوانند هر گونه داده بالینی را در اختیار داشته باشند. با این سرعت، ادارات بهداشت عمومی می توانند واکسیناسیون به موقع را ترویج کنند، کمپین های آموزشی طراحی کنند و هشدارهایی را برای افراد آسیب پذیر در مورد اقدامات احتیاطی که می توانند برای جلوگیری از ابتلا به یک بیماری خاص انجام دهند، ارسال کنند.

داده های بلادرنگ همچنین می تواند به پزشکان در تصمیم گیری در مورد آزمایش و درمان کمک کند. اگر پزشک بداند که آنفولانزا در اطراف وجود ندارد، نیازی به هدر دادن زمان و هزینه بیمار برای آزمایش آنفولانزا ندارد. مدیران بیمارستان‌ها می‌توانند در صورت پیش‌بینی شیوع بیماری، از اطلاعات دقیق‌تر ویروس برای کمک به درمان‌های موجود در بیمارستان استفاده کنند.

بوهم می‌گوید: «ما چیزی شبیه به گزارش آب‌وهوا را در نظر می‌گیریم که در آن هرکسی می‌تواند بر اساس سطوح خطری که مایل به انجام آن هستند و همچنین سلامتی خود تصمیم‌گیری کند. “کسی که تحت شیمی درمانی قرار می گیرد، می تواند تصمیم خود را در مورد ماسک زدن یا رفتن به فروشگاه مواد غذایی، بر اساس درک خود از بیماری هایی که در جامعه در حال پخش است، اتخاذ کند.”

Boehm امیدوار است این مطالعه محققان بیشتری را برای جستجوی این اهداف بیماری های عفونی در فاضلاب در سراسر کشور ترغیب کند. بوهم می‌گوید: «من فکر می‌کنم واقعاً مهم است که نشان دهیم این در بیش از یک مکان کار می‌کند، که من کاملاً انتظار دارم که انجام شود.

هنگامی که بوهم و همکارانش مطمئن شدند که ویروسی که اندازه گیری می کنند می تواند مفید و معنادار باشد، می توانند آن را در پروژه بزرگتر WastewaterSCAN data.wastewaterscan.org خود بگنجانند. مارلن وولف، لیسانس 11، یکی از نویسندگان این مطالعه و استادیار بهداشت محیط در دانشگاه اموری، می‌گوید: «یکی از هیجان‌انگیزترین چیزها در مورد پایش فاضلاب این است که چقدر سریع می‌توانیم نوآوری‌های خود را عملی کنیم. در حال حاضر با شرکت‌های آب و برق و ادارات بهداشت عمومی در سراسر کشور کار می‌کنیم، زمانی که شواهدی در دست داشتیم که داده‌های فاضلاب منعکس کننده سطح بیماری در جامعه است، می‌توانیم آزمایش‌های جدید را خیلی سریع معرفی کنیم.

تیم تحقیقاتی در حال حاضر در حال مطالعه امکان نظارت بر اهداف بیماری‌های عفونی بیشتر در فاضلاب، از جمله سایر ویروس‌های تنفسی و گوارشی مانند نوروویروس، آدنوویروس‌ها و انتروویروس‌ها هستند. بوهم می‌گوید، آنها همچنین از نزدیک با مقامات بهداشت عمومی همکاری می‌کنند تا ویروس‌ها، قارچ‌ها و باکتری‌های بیشتری را برای مطالعه مشخص کنند. ما فقط باید به انجام تحقیقات و کاوش ادامه دهیم تا چه اندازه می توانیم نظارت بر فاضلاب را برای اهداف بیماری های عفونی انجام دهیم.”