Pensampelan air sisa boleh memakan masa. John Eisele/Universiti Negeri Colorado
mikrobiologi Susan De Long and Carol Wilusz bertemu dan menjadi penggemar air sisa pada April 2020 apabila kumpulan akar umbi pengendali loji rawatan air sisa meminta mereka untuk membangunkan dan menggunakan ujian untuk mengesan SARS-CoV-2 dalam sampel dari pembetung Colorado. De Long ialah seorang jurutera alam sekitar yang mengkaji bakteria berguna. Kepakaran Wilusz adalah dalam biologi RNA. Di sini mereka menerangkan cara pengawasan air sisa berfungsi dan perkara yang boleh dilakukannya pada masa hadapan pasca-pandemi.
Bagaimanakah air sisa dipantau untuk SARS-CoV-2?
Pengawasan air sisa mengambil kesempatan daripada fakta bahawa banyak patogen manusia dan produk metabolisme dadah manusia berakhir dalam air kencing, najis atau kedua-duanya. Virus SARS-CoV-2 yang menyebabkan COVID-19 muncul secara mengejutkan kuantiti yang banyak dalam najis orang yang dijangkiti, walaupun ini bukan laluan utama penularan penyakit.
Untuk mengetahui sama ada terdapat sebarang patogen, pertama sekali kita perlu mengumpul sampel air sisa yang mewakili, sama ada terus dari pembetung atau pada titik di mana apa yang dipanggil jurutera sebagai "pengaruh" memasuki loji rawatan. Kita juga boleh menggunakan pepejal yang telah mendap keluar dari air sisa.
Juruteknik kemudiannya perlu mengeluarkan zarah besar najis dan menumpukan sebarang mikrob atau virus. Langkah seterusnya ialah mengekstrak asid nukleik mereka - DNA atau RNA yang menyimpan maklumat genetik patogen.
Urutan yang terkandung dalam DNA atau RNA bertindak sebagai kod bar unik untuk patogen yang ada. Sebagai contoh, jika kami mengesan gen yang unik kepada SARS-CoV-2, kami tahu bahawa coronavirus terdapat dalam sampel kami. Kami menggunakan pendekatan berasaskan PCR, serupa dengan pendekatan tersebut digunakan dalam ujian diagnostik klinikal, untuk mengesan dan mengukur jujukan SARS-CoV-2.
Mencirikan jujukan asid nukleik dengan lebih terperinci boleh memberikan maklumat tentang strain virus - contohnya, ia boleh mengenal pasti varian seperti omicron BA.2.
Pada masa ini, sebahagian besar usaha pengawasan air sisa tertumpu pada SARS-CoV-2, tetapi teknik yang sama berfungsi dengan patogen lain, termasuk poliovirus, mempengaruhi and norovirus.
Sebelum wabak, satu permohonan adalah pemantauan untuk wabak poliovirus yang jarang berlaku di kawasan di mana vaksinasi polio sedang dijalankan. Air sisa juga boleh dipantau untuk tanda-tanda pelbagai ubat untuk memberi gambaran tentang tahap dan jenis penggunaan dadah dalam sesebuah populasi.
Ke mana perginya data?
Semasa pandemik, Pusat Kawalan dan Pencegahan Penyakit AS membangunkan Sistem Pengawasan Air Sisa Kebangsaan khusus untuk mengesan SARS-CoV-2 di seluruh negara. Lebih 800 tapak melaporkan data kepada sistem NWSS ini, tetapi tidak semua negeri dan daerah diwakili pada masa ini.
Penjejak Data CDC COVID, CC BY
Banyak agensi negeri, seperti Jabatan Kesihatan Awam dan Alam Sekitar Colorado, dan bandar, seperti Tempe, Arizona, mempunyai papan pemuka mereka sendiri untuk melaporkan data. Sesetengah syarikat yang menjalankan data laporan analisis air sisa pada papan pemuka mereka sendiri, Terlalu.
Pada pendapat kami, NWSS mewakili langkah pertama yang menarik dalam memantau kesihatan penduduk melalui air sisa. Sistem serupa sedang diwujudkan di negara lain, termasuk Australia and New Zealand.
Apakah yang sebenarnya ditunjukkan oleh data air kumbahan?
Tahap SARS-CoV-2 dalam air sisa daripada populasi yang besar adalah penunjuk yang sangat baik untuk tahap jangkitan dalam komuniti. Sistem ini secara automatik memantau setiap orang yang tinggal di saluran pembetungan, jadi ia tidak dikenali, tidak berat sebelah dan saksama. Yang penting, adalah mustahil untuk mengesan jangkitan kembali kepada orang, isi rumah atau kawasan kejiranan tertentu tanpa mengambil sampel tambahan.
Pengawasan air sisa tidak bergantung pada ketersediaan ujian klinikal atau orang yang melaporkan keputusan ujian mereka. Ia juga mengambil kes asimtomatik dan pra-gejala COVID-19; ini adalah kritikal kerana orang yang dijangkiti tetapi tidak berasa sakit masih boleh menyebarkan COVID-19.
Pada pendapat kami, ujian air sisa semakin penting kerana lebih banyak ujian COVID-19 dilakukan di rumah. Dan kerana vaksinasi juga telah membawa kepada kes COVID-19 yang lebih ringan dan tanpa gejala, orang mungkin dijangkiti tanpa mendapat ujian sama sekali. Faktor-faktor ini bermakna bahawa data kes klinikal kurang bermaklumat berbanding sebelumnya dalam wabak, manakala data air sisa kekal sebagai penunjuk yang konsisten tahap jangkitan komuniti. Berita Spencer Platt/Getty Images
Setakat ini, anda tidak dapat meramalkan dengan tepat bilangan individu yang dijangkiti dalam komuniti berdasarkan tahap virus dalam air sisanya. Tahap jangkitan seseorang, bagaimana tubuh mereka bertindak balas terhadap virus, varian virus, sejauh mana seseorang itu dari tempat sampel air buangan diambil, malah cuaca boleh semuanya menjejaskan jumlah SARS-CoV-2 yang diukur dalam kumbahan.
Tetapi saintis boleh membuat kesimpulan perubahan relatif dalam kadar jangkitan. Menonton tahap virus naik dan turun dalam kumbahan memberikan gambaran sama ada kes meningkat atau menurun dalam komuniti secara keseluruhan.
Oleh kerana SARS-CoV-2 boleh dikesan dalam beberapa hari air sisa atau bahkan beberapa minggu sebelum wabak berlaku, pemantauan air sisa boleh memberikan amaran awal bahawa langkah kesihatan awam mungkin wajar. Dan arah aliran dalam isyarat adalah penting - jika anda tahu tahap meningkat, mungkin masa yang sesuai untuk memulakan semula mandat topeng atau mengesyorkan bekerja dari rumah. Pada masa ini, pegawai kesihatan awam menggunakan data pemantauan air sisa bersama maklumat lain seperti kadar positif ujian dan bilangan kes klinikal dan kemasukan ke hospital dalam komuniti untuk membuat keputusan seperti ini.
Data daripada penjujukan juga boleh membantu mengesan varian baharu dan memantau tahapnya, membolehkan tindak balas kesihatan mengambil kira ciri varian yang ada.
Dalam populasi yang lebih kecil, seperti di asrama kolej dan rumah jagaan, pemantauan air sisa boleh mengesan sebilangan kecil orang yang dijangkiti. Itu boleh membunyikan penggera bahawa ujian klinikal yang disasarkan adalah untuk mengenal pasti orang yang dijangkiti untuk diasingkan. Pengesanan awal, ujian sasaran dan kuarantin adalah berkesan dalam mencegah wabak. Daripada menggunakan ujian klinikal untuk pemantauan rutin, pentadbir boleh menempah ujian klinikal yang mengganggu untuk masa apabila SARS-CoV-2 dikesan dalam air sisa.
Apakah rupa pemantauan pada masa hadapan?
Penggunaan pemantauan air sisa secara meluas dan rutin akan memberi pegawai kesihatan awam akses kepada maklumat tentang tahap pelbagai jangkitan berpotensi dalam komuniti AS. Data ini boleh membimbing keputusan tentang tempat untuk menyediakan sumber tambahan kepada komuniti, seperti mengadakan klinik ujian atau vaksinasi di tempat yang jangkitan semakin meningkat. Ia juga boleh membantu menentukan bila campur tangan seperti penyamaran atau penutupan sekolah diperlukan.
Dalam kes terbaik, pemantauan air sisa mungkin menangkap virus baharu apabila ia mula-mula tiba di kawasan baharu; penutupan awal di kawasan yang sangat setempat berpotensi menghalang wabak masa depan. Menariknya, penyelidik telah mengesan SARS-CoV-2 masuk sampel air sisa yang diarkibkan yang dikumpul sebelum ini sesiapa sahaja telah didiagnosis dengan COVID-19. Jika pemantauan air sisa telah menjadi sebahagian daripada infrastruktur kesihatan awam yang ditubuhkan pada akhir 2019, ia mungkin memberikan amaran awal bahawa SARS-CoV-2 telah menjadi ancaman global.
Walau bagaimanapun, buat masa ini, mewujudkan dan mengendalikan sistem pengawasan air sisa nasional, terutamanya yang merangkumi pemantauan peringkat bangunan di lokasi utama, masih terlalu mahal dan memerlukan tenaga kerja.
Usaha penyelidikan dan pembangunan yang sedang dijalankan sedang cuba untuk memudahkan dan mengautomasikan pensampelan air sisa. Dari segi analisis, penyesuaian PCR dan teknologi penjujukan untuk mengesan patogen lain, termasuk yang baru, akan menjadi penting untuk memanfaatkan sepenuhnya sistem sedemikian. Akhirnya, pengawasan air sisa boleh membantu menyokong masa depan di mana wabak jauh lebih tidak membawa maut dan mempunyai kurang kesan sosial dan ekonomi.
Mengenai Pengarang
Susan De Long, Profesor Madya Kejuruteraan Awam dan Alam Sekitar, Colorado State University and Carol Wilusz, Profesor Mikrobiologi, Imunologi dan Patologi, Colorado State University
Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.
Buku berkaitan:
Badan Mengekalkan Skor: Otak Minda dan Badan dalam Penyembuhan Trauma
oleh Bessel van der Kolk
Buku ini meneroka hubungan antara trauma dan kesihatan fizikal dan mental, menawarkan pandangan dan strategi untuk penyembuhan dan pemulihan.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
Nafas: Sains Baharu Seni yang Hilang
oleh James Nestor
Buku ini meneroka sains dan amalan pernafasan, menawarkan pandangan dan teknik untuk meningkatkan kesihatan fizikal dan mental.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
The Plant Paradox: Bahaya Tersembunyi dalam Makanan "Sihat" Yang Menyebabkan Penyakit dan Berat Badan
oleh Steven R. Gundry
Buku ini meneroka kaitan antara diet, kesihatan dan penyakit, menawarkan pandangan dan strategi untuk meningkatkan kesihatan dan kesejahteraan keseluruhan.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
Kod Kekebalan: Paradigma Baharu untuk Kesihatan Sebenar dan Anti-Penuaan Radikal
oleh Joel Greene
Buku ini menawarkan perspektif baharu tentang kesihatan dan imuniti, menggunakan prinsip epigenetik dan menawarkan pandangan serta strategi untuk mengoptimumkan kesihatan dan penuaan.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
Panduan Lengkap Puasa: Sembuhkan Tubuh Anda Melalui Puasa Selang Selang, Hari Bergantian dan Berpanjangan
oleh Dr. Jason Fung dan Jimmy Moore
Buku ini meneroka sains dan amalan berpuasa yang menawarkan pandangan dan strategi untuk meningkatkan kesihatan dan kesejahteraan keseluruhan.