لاكتشاف اندلاع فيروس كورونا المستقبلي ، ابحث في المجاري

يمكن لعلم الأوبئة القائم على المياه العادمة أن يختبر مجموعات كبيرة من الناس ويساعد على تخصيص الموارد الشحيحة بشكل أفضل.

أمضت ماريانا ماتوس سنوات في دراسة ما يخرج من أجسام البشر من أجل فهم أفضل لما يحدث بداخلنا. ساعد عالم الأحياء الحسابي في تطوير أجهزة للخدمة الشاقة بحجم صندوق الحليب ويمكن إنزالها في غرف التفتيش لتتدلى فوق مياه الصرف الصحي باستمرار لامتصاص تيار من البول والبراز من خلال أنبوب يشبه القش.

شرعت ماتوس وزملاؤها في الأصل في تنظيف المجاري بحثًا عن التوقيعات الكيميائية لتعاطي المخدرات. لكن في فبراير ، ظهرت تقارير تفيد بأنه كان من الممكن الكشف عن التوقيع الجيني لفيروس كورونا الجديد في البراز البشري. لذلك ، حول ماتوس والشركة التي شاركت في تأسيسها ، Biobot Analytics ، انتباههم إلى تتبع جائحة COVID-19. وهم الآن يأخذون عينات من مياه الصرف الصحي التي تم جمعها من 400 محطة لمعالجة النفايات, والتي ، كما يقول ماتوس ، تغطي ما يقدر بنحو 10 في المائة من سكان الولايات المتحدة.

إنها واحدة من عشرات الجهود المماثلة التي يتم نشرها في جميع أنحاء العالم في محاولة لمساعدة البلدان على التركيز بشكل أفضل على تدابير الاحتواء من خلال رسم صورة أكمل لمكان انتشار الفيروس ومدى انتشاره. "المجهول الكبير في الوقت الحالي ، لأنه لا يزال هناك اختبار محدود للغاية يجري في [الولايات المتحدة] ، هو: لا أحد لديه فكرة عن عدد الأشخاص المصابين والذين لا تظهر عليهم أعراض. يقول إيان بيبر ، عالم الأحياء الدقيقة البيئية في جامعة أريزونا ، الذي يدرس مسببات الأمراض في مياه الصرف الصحي البلدية. إجراء الاختبارات التشخيصية الحالية على مجموعة سكانية بأكملها أمر غير عملي ، ولا يتم توزيع هذه الاختبارات بشكل منصف. ومع ذلك ، يستخدم الجميع الحمام. وبالتالي ، يسمح أخذ عينات المياه العادمة باختبار وجود فيروس كورونا الجديد في ملايين الأشخاص في وقت واحد ، بغض النظر عن حالتهم الاجتماعية والاقتصادية أو إمكانية الحصول على الرعاية الصحية. يقول ماتوس: "يتم تجميع بياناتنا بشكل طبيعي وإخفاء هويتها في أدق أشكالها".

ومع ذلك ، لا تزال هناك حدود لكيفية تطبيق هذا النهج في الجائحة الحالية. لا يمكن للتكنولوجيا أن تخبر علماء الأوبئة بشكل قاطع ما إذا كان جميع السكان خالين من الفيروس. لكنها قد تكون طريقة أسرع لاكتشاف الاضطرابات المستقبلية مع خروج المناطق من الإغلاق. قد يؤدي هذا النهج أيضًا إلى تعزيز المجال الصغير والمتنامي لعلم الأوبئة القائم على مياه الصرف الصحي - وتوسيعه لاكتشاف الأمراض الأخرى.

إنذار مبكر

مثل الفيروسات الأخرى ، لا يستطيع العامل الممرض المسبب لـ COVID-19 نسخ نفسه. بدلاً من ذلك ، يتسلل إلى الخلايا الحية - بما في ذلك تلك المبطنة للأمعاء البشرية - ويجندها لتكرار RNA الخاص بها. ثم يفرز المرضى المصابون جزيئات الحمض النووي الريبي الفيروسي في سوائل الجسم ، بما في ذلك اللعاب والمخاط والبراز. ينتهي بهم الأمر في الصرف في مياه الصرف الصحي ، حيث يمكن العثور عليها عند مستويات عالية بما يكفي لاكتشافها.

يمكن أن يساعد أخذ عينات من جزيئات الحمض النووي الريبي من مياه الصرف الصحي الباحثين في القيام ببعض الأشياء: أولاً ، يمكنهم تسلسل جينات الفيروس التاجي لمعرفة كيف تتغير السلالات المختلفة وتتغير بمرور الوقت. يسمح هذا التحليل أيضًا للباحثين بتتبع انتشار العامل الممرض ، وتغطية جميع السلالات المتداولة والتحديق في "أسلافهم الفيروسية". في دراسة ما قبل الطباعة الحديثة ، والتي لم تتم مراجعتها بعد من قبل الأقران ، قرر علماء الأحياء الدقيقة أن السلالة السائدة التي تم انتزاعها من مياه الصرف الصحي في مدينة واحدة في مونتانا من المحتمل أن تنحدر من سلالة فيروسية منتشرة في أوروبا.

اختبار مياه الصرف باستخدام نفس طريقة التشخيص لمعالجة عينات المسحات (التي تؤخذ عادةً من أنف الأفراد) يجيب أيضًا على السؤال البسيط حول ما إذا كان الفيروس التاجي موجودًا في مجتمع معين أم لا. يقول كيفن توماس ، الأستاذ في تحالف كوينزلاند لعلوم الصحة البيئية في أستراليا: "إمكانية النظر إلى نعم / لا - سواء كانت موجودة أم لا - موجودة بالفعل ويمكن تطبيقها على نطاق واسع بسرعة كبيرة". نشر دراسة توضح هذه التقنية في Science of the Total Environment في أبريل. اكتشفت مجموعة في إسبانيا ، نشرت في Water Research ، عينات مياه الصرف الصحي الإيجابية في منطقة أكثر من أسبوعين قبل تشخيص أي حالة COVID-19 هناك - حتى في الأماكن ذات الانتشار المنخفض. يمكن أن يعطي هذا الإنذار المبكر صانعي السياسات دليلاً حول متى يجب رفع أو إعادة التدابير الصارمة الخاصة بالمأوى في المكان. يقول ماتوس: "إذا بدأت في الارتفاع مرة أخرى في مواقع معينة ، عندما نبدأ في فتح المدن ، فستكون هذه التعليقات مهمة حقًا".

تقدم العمل إلى النقطة التي تدور فيها الآن مناقشات جادة في بعض البلدان حول توسيع المراقبة الحالية. وفي الولايات المتحدة ، هناك محادثات حول بناء برنامج مراقبة وطني جديد. يقول فينسينت هيل ، الباحث في فرع الوقاية من الأمراض المنقولة بالماء التابع لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ، إن الوكالة تعمل حاليًا مع الباحثين للتحقق من موثوقية الاختبار باستخدام الأساليب وتوحيدها. يقول إن اختبار مياه الصرف الصحي لن يحل محل الاختبارات الفردية المنتظمة. ومع ذلك ، فهو مصدر قيِّم للبيانات يتم الحصول عليه بسرعة حول مجموعة سكانية بأكملها. توافق أنجيلا راسموسن ، عالمة الفيروسات بجامعة كولومبيا ، على هذا الرأي. "أرى اختبار مياه الصرف كأداة مراقبة محتملة يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص فيما يتعلق بإدارة الموارد المحدودة مثل معدات الحماية الشخصية (PPE) واختبار الإمدادات" ، كما تقول. "لكنها ليست بأي حال من الأحوال بديلاً عن الاختبارات التشخيصية والعمل الوبائي.".

السلبيات الكاذبة والمجهول

هناك قيود على فائدة الكشف عن المياه العادمة. تتمثل إحدى المشكلات في أن الطبيعة الموحدة للنفايات البلدية تعني أن الباحثين لا يمكنهم انتقاء مجتمعات صغيرة محددة عالية الخطورة مثل دور رعاية المسنين أو المستشفيات أو السجون أو مصانع تعبئة اللحوم. آخر هو عدم اليقين حول بالضبط متى يصبح RNA من SARS-CoV-2 (الاسم الرسمي للفيروس المسبب لـ COVID-19) قابلاً للاكتشاف في البراز ، بالنسبة إلى ظهور الأعراض. ولا يزال يتعين على العلماء توضيح المدة التي يستغرقها الأشخاص في التخلص من جزيئات الفيروس بعد تعافيهم. يقول توماس إنه من غير الواضح أيضًا عدد نسخ الحمض النووي الريبي الفيروسي التي يجب أن تكون موجودة في عينة قبل أن يتم اكتشافها. وفقًا لنموذج نُشر في أبريل في Science of the Total Environment ، قد تكشف عينة مياه الصرف الصحي الإيجابية عن إصابة واحدة في أقل من 114 شخصًا - أو ما يصل إلى مليوني شخص. ولكن بدون معرفة الحد الأدنى لعدد النسخ اللازمة لتحقيق نتيجة إيجابية ، هناك احتمال أن ينتج عن الاختبار نتيجة سلبية خاطئة ، تشير بشكل خاطئ إلى أن منطقة معينة خالية من COVID-19. لذا فإن اختبار مياه الصرف الصحي يمكن أن يشير إلى وجود الفيروس ولكن لا يؤكد بشكل قاطع أنه غائب. للتغلب على هذه المشكلة ، يتتبع العديد من الباحثين كيف يتغير العدد النسبي لجسيمات الحمض النووي الريبي التي يمكن اكتشافها في موقع معين بمرور الوقت.

يقول ديفيد جونز ، الباحث في علوم التربة والبيئة في جامعة بانجور في ويلز ، إن تتبع تركيز الجزيئات هذا هو أهم خطوة للمراقبة على مستوى السكان. والسبب هو أن القيام بذلك يساعد في رسم مسار الوباء ومراقبة فعالية عمليات الإغلاق. تمضي عدة مجموعات ، بما في ذلك ماتوس وزملاؤها ، خطوة إلى الأمام: فهم يحاولون تقدير كيف يتوافق تركيز الجزيئات الفيروسية في مياه الصرف مع الانتشار الإجمالي للمرض في مجموعة سكانية معينة. تحاول هذه الحسابات حساب العديد من المتغيرات ، مثل التأثير المخفف لهطول الأمطار والجريان السطحي. في ورقة ما قبل الطباعة لا تزال تخضع لمراجعة الأقران ، قدرت مجموعة ماتوس أنه في منطقة واحدة من ولاية ماساتشوستس ، كانت النسبة المئوية للأشخاص الذين يُحتمل إصابتهم بـ COVID-19 على الأقل خمسة أضعاف العدد الذي كانت نتيجة اختباره إيجابية ، مما يشير إلى وجود المزيد من الحالات غير المشخصة في الولايات المتحدة. تواصل اجتماعي. وجدت دراسة أولية أحدث أعدتها مجموعة في ولاية كونيتيكت أنه في منطقة حضرية ، بلغ تركيز جزيئات الحمض النووي الريبي ذروته قبل حوالي أسبوع من وصول حالات COVID-19 المشخصة الجديدة. لكن جوردان بيكيا ، مهندس بيئي في جامعة ييل ، يشير إلى أنه لا يزال من الصعب تحديد العدد الإجمالي الدقيق للحالات الناتجة عن مياه الصرف الصحي ، على وجه التحديد "لأن الاختبار [المنتظم] يقتصر على أولئك الذين تظهر عليهم الأعراض ويخضعون للفحص".

بالنسبة للمراقبين القدامى ، يعكس الاهتمام المتجدد بهذه التقنية نضجًا أوسع لعلم الأوبئة القائم على مياه الصرف الصحي. اقترح كريستيان دوغتون ، باحث متقاعد من وكالة حماية البيئة شارك في كتابة ورقة مراجعة مؤثرة لعام 1999 ، مؤخرًا أن الوباء قد أدى بالفعل إلى تآكل بعض المخاوف التقليدية ، مثل تلك المتعلقة بحقوق الخصوصية. يمكن أن تساعد الحاجة الملحة للتعامل مع COVID-19 في إنشاء أنظمة المراقبة هذه ، والتي يمكن أن تساعد ليس فقط في الاستجابة لهذا الوباء ولكن أيضًا في تتبع الأمراض الأخرى - وربما حتى الأمراض الجديدة التي تظهر في المستقبل. يقول بيبر: "أظن أن مراقبة مياه الصرف الصحي ستكون أكثر رواجًا بعد هذه التجربة مع الوباء".

اقرأ المزيد عن تفشي فيروس كورونا من Scientific American هنا. واقرأ التغطية من شبكتنا الدولية من المجلات هنا.