Abwassertests können zur Früherkennung von Krankheiten eingesetzt werden. (Shutterstock)
Die COVID-19-Pandemie hat das Interesse an der Abwasserüberwachung wiederbelebt, bei der Abwassersysteme auf das Vorhandensein von Viren, Bakterien und anderen Krankheitserregern überwacht werden. In unbehandeltem Abwasser wurden nicht infektiöse Fragmente des genetischen Materials des Virus gefunden in Italien, Spanien, Frankreich, den Vereinigten Staaten und Kanada.
Mehrere Städte verwenden jetzt den Ansatz, um die Infektion zu erkennen. einschließlich Ottawa. Mindestens ein Die US-Universität hat die Abwasserüberwachung verwendet, um einen COVID-19-Ausbruch zu identifizieren, ordnete die Prüfung und Quarantäne der fast 300 Studenten an, die in vier Campus-Residenzen leben - und stoppte deren Ausbreitung.
Als Mikrobiologe mit Fachkenntnissen in der Überwachung von durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserregern, wie z Salmonellen und E. coliIch bin immer an besseren Möglichkeiten interessiert, Infektionen in Populationen zu identifizieren.
Identifizierung von Krankheiten Derzeit sind kranke Menschen auf medizinische Hilfe angewiesen. Viele kranke Menschen suchen jedoch keine Hilfe, und die Beamten sind sich möglicherweise tagelang oder wochenlang nicht bewusst, dass Krankheiten oder Ausbrüche auftreten, was zu mehr Krankheit und Tod führt. Um Ausbrüche von Infektionskrankheiten wie COVID-19 zu bekämpfen, benötigen wir aktive Überwachungssysteme, die nicht auf den Handlungen kranker Menschen beruhen.
Abwasserüberwachung zur Erkennung von Krankheiten
Die Abwasserüberwachung funktioniert, weil viele Infektionserreger vor und während der aktiven Infektion in Körperflüssigkeiten ausgeschieden werden. Wenn diese Flüssigkeiten in Abwassersysteme gelangen, werden sie zur Verarbeitung zu einer zentralen Kläranlage transportiert, wo sie nachgewiesen werden können.
Der Nutzen der Abwasserüberwachung wurde erstmals in den 1960er Jahren von Forschern der Yale University erkannt mehrere Experimente Bewertung der Wirksamkeit von Polio-Impfkampagnen. Sie testeten das Abwasser in Middletown, Connecticut, vor, während und nach dem Impfprogramm auf verschiedene Stämme des Polio-Virus.
Am 2. September 2020 werden Abwasserproben aus den Schlafsälen der Utah State University entnommen. (AP Foto / Rick Bowmer)
XNUMX Jahre später wurde die Empfindlichkeit der Abwasserüberwachung für die Überwachung von Impfprogrammen gegen Polio-Viren in einer eleganten Studie bestätigt, die als bekannt wurde Helsinki Polio Virus Experiment.
Wissenschaftler spülten einen Polio-Impfstoff in eine 20 Kilometer von einer Kläranlage entfernte Toilette. Die Forscher sammelten dann über vier Tage Abwasserproben aus der Anlage und zeigten, dass sie den Impfstoff noch nachweisen konnten, nachdem 800 Millionen Liter Abwasser durch das System geleitet worden waren. Sie kamen zu dem Schluss, dass eine infizierte Person, die das Polio-Virus ausscheidet, in einer Gemeinde mit 10,000 Einwohnern nachgewiesen werden konnte.
Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass Ausbrüche durch Überwachung des Abwassers vorhergesagt werden können. Zum Beispiel war in Israel in den 1970er Jahren das infektiöse Polio-Virus im Abwasser nachgewiesen neun Tage bevor die Ärzte den ersten Fall identifizierten. Dieser Ansatz wurde später angepasst Überwachen Sie den Erfolg von Polio-Impfstoffkampagnen auf internationaler Ebene.
Abwasserüberwachung als Frühwarnsystem
Diese Experimente legten den Grundstein für die Verwendung von Abwasser zur Überwachung anderer Krankheiten.
In 2013, Forscher in Schweden berichteten, dass die Abwasserüberwachung frühzeitig vor Ausbrüchen des Norovirus und des Hepatitis-A-Virus warnte, zwei Ursachen für lebensmittelbedingte Viruserkrankungen. Tägliche Abwasserproben wurden zwischen Januar und Mai 2013 alle zwei Wochen aus einer Kläranlage in Göteborg entnommen. Mithilfe einer als Polymerasekettenreaktion oder PCR bezeichneten Technik entdeckten die Forscher zwei bis drei Wochen vor der Identifizierung kranker Menschen das genetische Material des Norovirus.
Mehrere Stämme (genetische Typen) des Hepatitis-A-Virus wurden auch in Abwasserproben mittels PCR nachgewiesen, und eine zusätzliche Analyse ergab, dass zwei Stämme im Frühjahr 2013 an einem anhaltenden Ausbruch in Skandinavien und in Göteborg beteiligt waren.
Forscher in Italien verwendeten einen ähnlichen Ansatz, um zu zeigen, dass Krankenhauspatienten, die an Durchfall unbekannter Ursache leiden, tatsächlich mit Noroviren infiziert waren.
Social Media Überwachung
Eine Einschränkung der Abwasserüberwachung besteht darin, dass die tatsächlich infizierten Personen nicht identifiziert werden können. Die „Social-Media-Syndrom-Analyse“, bei der Social-Media-Beiträge nach Beschreibungen von Symptomen durchsucht werden, die mit einer bestimmten Krankheit vereinbar sind, hat sich als wirksames Instrument zur Überwachung von Infektionskrankheiten einschließlich COVID-19.
Durch die Zusammenführung von Abwasserüberwachung und Social-Media-Analyse können Ausbrüche in der Gemeinde erkannt werden, die ansonsten möglicherweise unentdeckt geblieben wären, da der Ansatz infizierte Personen identifiziert, die noch keine Symptome zeigen (präsymptomatisch) oder keine Symptome zeigen (asymptomatisch). (Beide Gruppen können verbreiten Sie das Virus.) Diese Informationen können von Beamten des öffentlichen Gesundheitswesens verwendet werden, um die physische Distanzierung und andere Isolationspraktiken zu verstärken, beispielsweise gezielte Tests von Personen, um die Ausbreitung der Krankheit in der Gemeinschaft einzuschränken.
Zunehmende internationale Reisen und Globalisierung haben zu einer raschen Ausbreitung von Infektionskrankheiten geführt. Um dem entgegenzuwirken, muss die globale Überwachung von Infektionskrankheiten in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit durchgeführt werden und über die bloße Überwachung der Anzahl infizierter Personen hinausgehen, um auch die Fähigkeit einzuschließen, neuartige Krankheitsbilder schnell zu erkennen. Die geringen Kosten, die Geschwindigkeit und die Fähigkeit der Abwasserüberwachung, neu auftretende Krankheitserreger zu erkennen, bevor sie endemisch werden, verbessern die Fähigkeit, unverzüglich auf Krankheitsausbrüche zu reagieren, wodurch die weltweite Krankheit und der Tod verringert werden.
Über den Autor
Lawrence Goodridge, Professor für Lebensmittelsicherheit, Universität von Guelph
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