Health

Die Abwasserüberwachung könnte Probleme der öffentlichen Gesundheit außerhalb von Covid-19 angehen

Die ersten Anzeichen neueste Wellen Covid-19 oft waren in unserer Kanalisation entdeckt statt Nasentupfer.

Aber in Zukunft könnte das Potenzial menschlicher Abfälle, uns zu sagen, was mit der Gesundheit unserer Gemeinschaft passiert, weit darüber hinausgehen neues Coronavirus.

„Das ist uns damals einfach aufgefallen. Wir haben die Kraft dieser Pandemie erkannt “, sagte John Dennehy, Biologe an der New York City University, der beim NYC Wastewater Surveillance Program mitgeholfen hat. „Es besteht jetzt großes Interesse daran, eine Infrastruktur aufzubauen, die diese Fähigkeit nach der Pandemie aufrechterhält.“

Abwasserkontrolle wird gerade jetzt wertvoller, da konventionelles Testen weniger transparent wird. Immer mehr Menschen verwenden Schnelltests zu Hause und melden die Ergebnisse möglicherweise nicht an eine öffentliche Gesundheitsbehörde. Dies bedeutet, dass die Anzahl der von offiziellen Quellen gemeldeten positiven Fälle möglicherweise kein vollständiges Bild davon gibt, was mit der Pandemie passiert.

Aber egal wie oder ob sie getestet werden, infizierte Menschen – ob sie Symptome haben oder nicht – spülen das Virus, wenn sie auf die Toilette gehen, und hinterlassen virale RNA, die in Abwasserproben nachgewiesen werden kann. Es erfordert sorgfältiges Sammeln und Testen, aber Abwasser kann eine weniger voreingenommene Sicht auf virale Trends in einer bestimmten Gemeinschaft bieten.

Die Wissenschaft ist noch nicht an dem Punkt angelangt, an dem wir sagen können, dass die Menge X an Viruslast in einer kommunalen Kanalisation bedeutet, dass die Anzahl Y an Menschen in dieser Gemeinde infiziert ist. Aber es ist immer noch nützlich zu wissen, wie sich die Viruslast entwickelt. Wenn sie zunehmen, noch bevor die Zahl der positiven Tests zu steigen beginnt, könnte dies theoretisch den Gesundheitsbehörden und dem lokalen Gesundheitssystem ermöglichen, sich auf einen plötzlichen Anstieg vorzubereiten. Wenn sie ablehnen, können die Gesundheitsbehörden (und die breite Öffentlichkeit) beruhigt sein, dass jede Verringerung der offiziellen Fallzahl real ist und kein Nebenprodukt von beispielsweise weniger Tests.

Bisher haben die Gesundheitsbehörden die Abwasserwerte nicht genutzt, um eine Reaktion der öffentlichen Gesundheit zu provozieren – zum Beispiel, um den Menschen zu befehlen, sich wieder zu verkleiden, wenn die Viruslast ein bestimmtes Niveau erreicht. Experten sagen jedoch, dass nächstes Jahr an einigen Orten eine direktere Verbindung zwischen Abwasserkontrolle und öffentlicher Gesundheitspolitik hergestellt werden könnte.

Covid-19 hat den Wert der Gesundheitsüberwachung der öffentlichen Kanalisation aufgezeigt

Die Pandemie hat das Potenzial für die Abwasserüberwachung aufgezeigt – und Mängel in der derzeitigen US-Infrastruktur.

Dennehy erzählte mir, dass sein Team in New York bereits im November eine ungewöhnliche Iteration des Virus bemerkte, aber erst als Südafrika einen Monat später das Vorhandensein der Omicron-Variante beim Menschen bekannt gab, wurde ihnen klar, dass sie Mutationen sahen, die bald eine neue auslösen würden weltweite Infektionswelle.

Südafrika wird für sein genomisches Überwachungssystem gelobt, mit dem es das Omicron als erstes als Bedrohung identifizieren konnte, obwohl diese Variante, wie das New Yorker Beispiel zeigt, wahrscheinlich bereits in anderen Teilen der Welt vorkam. Die Vereinigten Staaten hingegen hinter anderen Ländern zurückgeblieben für den größten Teil der Pandemie in dieser Arbeit, und die Integration von Abwasser in dieses Überwachungssystem ist noch in Arbeit.

Vor der Pandemie war die Verwendung von Abwasser zur Bekämpfung von Krankheiten keine Seltenheit, beschränkte sich jedoch im Allgemeinen auf die Überwachung von Krankheiten wie Polio, bei denen das Auftreten einer Virusmenge Alarm schlagen würde.

Covid-19 hat gezeigt, dass Abwasser ein noch differenzierteres und vielfältigeres Bild der Gesundheit der Gemeinschaft vermitteln kann. Seit Forscher Anfang 2020 gezeigt haben, dass Coronaviren in Abwasserkanälen nachgewiesen werden können, hat sich die Abwasserüberwachung weltweit ausgeweitet. Mehr als 470 Standorte in den Vereinigten Staaten und Fast 3.400 Standorte weltweit melden Sie die Menge an Viren, die sie in den Abfällen entdecken, die wir spülen.

Abwasser hat seine Grenzen, einschließlich Herausforderungen bei der ordnungsgemäßen Sammlung und Anpassung der Abwasserkonzentration von menschlichen Abfällen. Einige ländliche Gebiete haben kein kommunales Abwassersystem, sondern sind auf Klärgruben in einzelnen Häusern angewiesen, was eine umfassende Überwachung verhindert. Quer durch Montana, Wyoming, North und South Dakota und Nebraska, nur zwei Abwasserstellen melden ihre Corona-Virus-Levels an die CDC.

Die Einrichtung eines starken Abwasserüberwachungsprogramms erfordert auch politische Unterstützung und Koordination zwischen Gesundheitsbehörden, Umweltbehörden und lokalen Wasserbehörden, die möglicherweise nicht an eine Zusammenarbeit gewöhnt sind.

Trotz dieser Hindernisse wurde die Abwasserüberwachung im Laufe der Zeit stärker in die globale Pandemie-Reaktion integriert. Und Experten erwarten nicht, dass es dabei bleibt. Sie stellen sich bereits vor, wie wir alle Informationen, die aus unseren Abfällen gewonnen werden können, anderweitig nutzen könnten, um zukünftige Epidemien zu verhindern und gezielte Interventionen im Bereich der öffentlichen Gesundheit vorzunehmen.

„Die meisten Menschen glauben, dass die Abwassertests nicht verschwinden werden“, sagte Marc Johnson, ein Virologe an der Universität von Missouri, der an der Leitung des staatlichen Abwasserüberwachungsprogramms beteiligt war. „Es ist ein zu nettes Werkzeug. Es kann uns einen unvoreingenommenen Einblick in die Gesundheit der Gemeinschaft geben, ohne uns Gedanken über die Vertraulichkeit einzelner Patienten machen zu müssen.“

All die Möglichkeiten, wie die Abwasserüberwachung uns helfen kann, die öffentliche Gesundheit zu verbessern

In absehbarer Zeit könnte die Kanalüberwachung dem Land helfen, Covid-19 einen Schritt voraus zu sein. Nicht nur allgemeine Trends – Zunahme oder Abnahme der gefundenen Virusmenge – können vor dem Einsetzen oder Verschwinden von Wellen warnen, sondern Abwasser kann Wissenschaftlern auch Hinweise auf neue Varianten liefern, die möglicherweise bald auftauchen.

Nachdem das Abwasser gesammelt und ins Labor gebracht wurde, führen die Wissenschaftler die gleiche Art von Test durch, die für den individuellen diagnostischen PCR-Test durchgeführt wird. Neben der Feststellung, ob ein Virus vorhanden ist oder nicht, kann das Labor auch feststellen, wie viele es sind, je nachdem, wie viele Testzyklen durchgeführt werden müssen, um es zu erkennen. (Weniger Zyklen bedeuten mehr Viren.)

Wissenschaftler können dann eine Probe entnehmen und die genetische Ausstattung des Virus analysieren. Weicht sie von der damals gängigsten Variante ab, kann das ein Signal dafür sein, dass dort die zweite Variante mit Übernahmepotenzial lauert. Johnson sagte, sein Team in Missouri habe Varianten von Covid-19 gesehen, die beim Menschen noch nicht entdeckt worden seien. Vielleicht haben sie ihren Weg in das tierische Abwassersystem gefunden, sagte er mir, und wir wissen, dass die Übertragung von Tier zu Mensch ein Weg ist, auf dem neue Varianten entstehen.

Auch US-Wissenschaftler beginnen, Abwasser gezielter zur Bekämpfung von Covid-19 einzusetzen. Dennehy sagte, ein Krankenhaus in New York City habe sein Team gefragt, ob sie mit der Analyse des aus ihrer Einrichtung kommenden Abwassers beginnen könnten, damit sie frühzeitig gewarnt werden könnten, wenn das Virus häufiger bei ihren Patienten und Mitarbeitern auftritt. Die Aufrechterhaltung kontinuierlicher diagnostischer Tests wäre kostspielig, und diese Überwachung auf Bevölkerungsebene würde es dem Krankenhaus ermöglichen, strengere Tests nur dann einzuführen, wenn die Viruslast im Abwasser dies anzeigt.

Solch ein kreativer Ansatz kann auf andere Probleme der öffentlichen Gesundheit angewendet werden.

Johnson beschrieb einen ähnlichen Vorschlag in Missouri-Gefängnissen, die Tuberkulose-Ausbrüche überwachen wollen. Sie forderten, dass ihre Abwasserkanäle regelmäßig auf Tuberkulose getestet werden, um festzustellen, wann sie individuelle diagnostische Tests durchführen müssen, die sowohl teuer als auch logistisch umständlich sind.

„Sie müssen kein Geld für Tests ausgeben, wenn sie wissen, dass nichts da ist“, sagte er.

Überwachungsprogramme könnten auch andere Krankheitserreger wie Influenza, Hepatitis und Norovirus überwachen, um frühzeitig vor neuen Epidemien zu warnen. Julianne Nassif, Expertin für Abwasserüberwachung bei der Association of Public Health Laboratories, sagte, wir können auch Bakterien, Viren und andere Mikroben verfolgen, die gegen aktuelle Behandlungen resistent sind. Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens könnten beispielsweise versuchen, einen Ausbruch antibiotikaresistenter Bakterien in einem Pflegeheim zu vermeiden, indem sie Informationen aus nachgeschalteten Abwasserkanälen verwenden.

Johnson stellte sich vor, dass Gemeinden die Betäubungsmittel überwachen sollten, um ihre Kampagnen im Bereich der öffentlichen Gesundheit besser anpassen zu können. Abwasser könnte getestet werden, um festzustellen, ob der Kokain- oder Opioidkonsum in einem bestimmten Abwasserkanal zunimmt. Es könnte sogar bestimmen, welche Arten von Opioiden verwendet werden, was für die Gesundheitsbehörden hilfreich sein könnte. Der weitverbreitete Heroinkonsum könnte eine andere Intervention erfordern als umgeleitete verschreibungspflichtige Opioide oder Fentanyl auf dem Schwarzmarkt.

Die Möglichkeiten klingen nahezu endlos und erstrecken sich auf Forschungen, die uns helfen könnten, die menschliche Gesundheit besser zu verstehen. Dennehy beschrieb mir ein hypothetisches Experiment, das mit Abwasserüberwachung durchgeführt werden könnte, um nach viralen Markern zu suchen, die mit Dickdarmkrebs in Verbindung gebracht werden. Durch den Vergleich der Ergebnisse einer Gemeinde mit beispielsweise einem nahe gelegenen Kernkraftwerk und einer anderen Gemeinde woanders konnten wir besser verstehen, wie sich die Umwelt auf die menschliche Gesundheit auswirkt.

Aber um all dieses Potenzial auszuschöpfen, würden diese Bemühungen fortgesetzte Unterstützung erfordern. Die CDC setzt auf einen Abwasserboom und startet im Herbst 2020 das nationale Covid-19-Überwachungssystem. Aber es wären engagierte Investitionen in Infrastruktur und Personal erforderlich, wenn das Land eine dauerhaftere Abwasserüberwachung beginnen würde.

Im Allgemeinen tauchten die Vereinigten Staaten nicht auf bereit für große Investitionen in die öffentliche Gesundheit. Wissenschaftler, die an diesen Programmen arbeiten, hoffen, dass dies angesichts der Möglichkeiten, die es bietet, möglicherweise nicht für die Abwasserüberwachung gilt.

„Wir haben viele hart verdiente Lektionen aus der Covid-Pandemie gelernt. Wir wurden am Anfang mit heruntergelassenen Hosen erwischt. Für viele der Dinge, die wir getan haben, war es zu spät“, sagte Dennehy zu mir. „Wir hoffen, diese Lektionen auswendig lernen zu können, wenn dies das nächste Mal passiert, was möglicherweise nicht lange der Fall sein wird.“

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