چگونه فاضلاب به ما در نظارت بر شیوع بیماری کمک می‌کند؟

فرارو- مطالعه عوامل بیماری زا در فاضلاب به دانشمندان کمک می‌کند تا شیوع بیماری‌های عفونی را ردیابی کنند و پیش از تشدید آن پدیده برای مهار و کنترل مداخله نمایند. امید نهایی این است که چنین تلاش‌های نظارتی‌ای بتواند در مراحل اولیه شیوع بیماری‌های همه گیر کمک کننده باشد و یا حتی احتمال وقوع پاندمی‌ها را در آینده نشان دهد و به دولت‌ها این توانایی را بدهد که سریع‌تر از قبل واکنش نشان دهند و تلاش‌ها را به سمت تولید واکسن و دارو هدایت کنند.

به گزارش فرارو به نقل از بی بی سی، زمانی که  "واریش احمد" کار خود را به عنوان میکروبیولوژیست آغاز کرد هرگز تصور نمی‌کرد که یکی از حیاتی‌ترین نقش‌های حرفه‌ای او شامل غربال کردن فاضلاب خام جمع آوری شده از لوله‌ها و دریچه‌های فاضلاب در سراسر ایالت کوئینزلند در استرالیا باشد. احمد محقق  محیط زیست در سازمان تحقیقات علمی و صنعتی مشترک المنافع در شهر بریزبن می‌گوید:"کار با فاضلاب ممکن است شغل مورد علاقه همه نباشد.

با این وجود، من آن را راهی  ارزشمند برای یادگیری در مورد سلامت جامعه می‌دانم. این مانند یافتن طلای مایع است".  به اصطلاح نظارت بر فاضلاب مدت هاست که به عنوان روشی حیاتی برای ردیابی مجموعه کوچکی از پاتوژن‌های کشنده مانند ویروس فلج اطفال، ویبریو کلرا باکتری عامل وبا و سالمونلا تیفی باکتری عامل تب حصبه که همگی به دلیل ضعف در رعایت اصول بهداشتی پخش می‌شوند مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این وجود، اخیرا به طور خاص به دنبال شیوع کووید – ۱۹ مقام‌های  بهداشت عمومی در سراسر جهان شروع به درک این موضوع کرده اند که مطالعه مواد موجود در فاضلاب می‌تواند برای زیر نظر گرفتن طیف گسترده تری از بیماری‌های عفونی در زمان واقعی مورد استفاده قرار گیرد.

پروژه‌ای که توسط احمد و تیم اش با همکاری دانشگاه کوئینزلند انجام شد، سطوح پاتوژن‌های مختلف تنفسی مانند آنفولانزا، SARS-CoV-۲ که باعث کووید-۱۹ و ویروس سنسیشیال تنفسی می‌شود را مورد بررسی قرار داد. همه این میکروارگانیسم‌ها از طریق روده افراد آلوده دفع شده و به فاضلاب جمع‌آوری شده از سراسر ایالت ختم می‌شوند. سنسیشیال تنفسی به دلیل نرخ بالای مرگ و میر در میان سالمندان به ویژه آنانی که از قبل به بیماری قلبی و ریوی مبتلا بوده اند از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

تنها وجود یک پاتوژن خاص نیست که توجه محققان را به خود جلب می‌کند بلکه موضوع مهم تمرکز آن است. احمد می‌گوید:" تمرکز برای ردیابی افزایش یا کاهش بیماری‌ها بسیار ارزشمند است. غلظت‌های بالای یک ذره ویروسی ممکن است نشان دهنده افزایش ریزش ویروس در جامعه باشد". هنگامی که بازخورد به واحد‌های بهداشت عمومی در منطقه ارائه می‌شود این اطلاعات به عنوان یک سازوکار هشدار اولیه کلیدی در مورد شیوع یک بیماری عفونی خاص عمل می‌کند. اکنون پلتفرم‌های فناوری جدید جمع آوری داده‌ها را کارآمدتر می‌کنند. به طور سنتی نظارت بر فاضلاب شامل کار ناخوشایند و خطرناک جمع‌آوری دستی نمونه بوده است، اما در کوئینزلند هر بخش فاضلاب در حال حاضر مجهز به نمونه بردار خودکار است که نمونه‌ها را هر ساعت در یک دوره ۲۴ ساعته جمع آوری می‌کند. سپس نمونه‌ها با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا مخلوطی تولید کنند که می‌تواند با استفاده از آزمایش‌های PCR در امکانات ویژه آنالیز شود یک تکنیک مولکولی که می‌تواند برای شناسایی قطعات ژنتیکی استفاده شود.

در ایالات متحده مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌ها اکنون یک سیستم ملی نظارت بر فاضلاب را برای آزمایش منظم انواع پاتوژن‌ها از جمله آبله میمون با استفاده از فناوری ارائه شده توسط Verily متعلق به Alphabet اجرا می‌کند.

استارت آپ‌های دیگری مانند Biobot spinoff MIT به دنبال گسترش نظارت بر فاضلاب در سراسر جهان از طریق پلتفرم خود هستند که نه تنها می‌تواند ویروس‌های تنفسی را در فاضلاب تشخیص دهد بلکه قادر است بیماری‌های ناشی از غذا مانند نورو ویروس و همچنین محصولات جانبی متابولیزه شده مواد مخدر مانند کوکائین، فنتانیل، متامفتامین (شیشه) و نیکوتین را نیز شناسایی کند.

"جاشوا لوی" از Scripps Research یک موسسه غیرانتفاعی زیست پزشکی در سن دیگو می‌گوید:"در مقایسه با سواب‌های پرهزینه و با حجم بالای بینی یا خون گیری برای توصیف معنادار پویایی پاتوژن محلی به نمونه‌های کمتری نیاز دارید. در عوض، عفونت‌های بدون علامت هنوز توسط فاضلاب شناسایی می‌شوند".

تقویت امنیت سلامت کشور‌های کم درآمد

در حالی که نظارت بر فاضلاب به طور گسترده در ایالات متحده، استرالیا و هم چنین بریتانیا مورد استفاده قرار می‌گیرد جایی که یک برنامه در حال انجام از نمونه برداری فاضلاب برای شناسایی مناطقی از کشور در معرض خطر بالاتر فلج اطفال استفاده می‌کند بزرگترین تاثیر آن احتمالا در مدیریت شیوع بیماری در کشور‌های کم درآمد است. نمایندگان پولیو پلاس ابتکار عمل جهانی روتاری بین المللی برای ریشه کن ساختن فلج اطفال اشاره می‌کنند در حالی که شیوع فلج اطفال به میزان ۹۹.۹ درصد در طول ۳۵ سال گذشته کاهش یافته است، اما کماکان یک مشکل عمده بهداشت عمومی در پاکستان و افغانستان است که در آن دو کشور ویروس فلج اطفال بومی شده است. "کارول پانداک" مدیر پولیو پلاس می‌گوید:"در پاکستان ۱۱۴ سایت نظارت بر فاضلاب و در افغانستان ۳۳ سایت وجود دارد. بدون نظارت تعیین دقیق مکان و نحوه انتشار ویروس فلج اطفال غیرممکن است".

در آن سوی جهان نظارت بر فاضلاب ابزاری حیاتی برای دولت شهری سائوپائولو در نبرد مداوم خود با ویروس هپاتیت‌ای (HAV)  است عفونتی که باعث التهاب کبد می‌شود و گاهی اوقات باعث نیاز فرد بیمار به پیوند کبد خواهد شد. در سالیان اخیر سائوپائولو دو شیوع بزرگ هپاتیت‌ای با ۱۸۷۲ مورد تایید شده در فاصله سال‌های ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۳ داشته است. به گفته "تاتیانا پرادو" ویروس شناس در بنیاد اسوالدو کروز یک موسسه تحقیقاتی در ریودوژانیرو آن شهر نظارت مستمر بر فاضلاب را اجرا کرده است: برنامه‌ای در برخی فرودگاه‌ها و مناطق در معرض خطر برای نظارت بر ظهور جدید هپاتیت‌ای و هم چنین سایر ویروس‌ها و باکتری ها. او پیش بینی می‌کند که فناوری‌های جدید به افزایش اطلاعاتی که این برنامه‌ها می‌توانند ارائه کنند ادامه خواهند داد.

پرادو می‌گوید:"ابزار‌های تشخیصی جدیدی در حال ظهور هستند که می‌توانند میلیون‌ها نقطه داده در مورد انواع مختلف میکروارگانیسم‌های در حال گردش در یک محیط خاص تولید کنند. اما بزرگترین گلوگاه سرمایه گذاری‌های مورد نیاز برای حفظ سیستم‌های نظارتی و تفسیر تمام داده‌های تولید شده خواهد بود بنابراین برای سیاستگذاران مفید است".

هشدار‌های اولیه

با توجه به اینکه برنامه‌های مشابهی در بخش‌هایی از جنوب صحرای آفریقا برای سل و حتی انگل‌هایی مانند کریپتوسپوریدیوم عامل بیماری‌های اسهالی آزمایش شده نظارت بر فاضلاب بدون شک نقش فزاینده‌ای در ارائه اطلاعات به سیستم‌های بهداشت جهانی در مورد انواع پاتوژن‌های نگران کننده خواهد داشت.

محققان امیدوار هستند در سالیان آینده نظارت در زمان واقعی شروع به ارائه اطلاعات جدیدی در مورد تکامل بسیاری از ویروس‌های رایج کند و آنان را قادر سازد تا پیش‌بینی کنند که آیا ممکن است خطر فرار از ایمنی ناشی از واکسن وجود داشته باشد یا خیر. چنین اطلاعاتی می‌تواند به سرعت به تولیدکنندگان واکسن بازگردانده شود و آنان را قادر می‌سازد تا پیش از آن که پاتوژن جدید تکامل یافته در جامعه گسترده‌تر شود اقدامات لازم برای بروز رسانی را انجام دهند.

لوی می‌گوید:"برخی از محققان نشان داده اند که گردش و تکامل ویروس‌های معمولی بسیار رایج‌تر از آن چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد. کار برای درک اهمیت این موضوع به منظور یافتن پاسخ برای پرسش‌های اصلی ویروس شناسی مانند ظهور سویه‌های نگران کننده ادامه دارد. مشخص شده که ما می‌توانیم وجود سویه‌های ویروسی جدید در فاضلاب را ۱۰ روز یا مت زمانی زودتر از سایر روش‌های نظارت تشخیص دهیم که زمان لازم را برای مسئولان بهداشت عمومی و ذینفعان به منظور ارائه راهنمایی‌ها در صورت نیاز برای اصلاح رفتار فراهم می‌کند".

هم چنین می‌توان از اطلاعات مشابه به منظور محافظت از آنتی بیوتیک‌ها استفاده کرد تا برای نسل‌های آینده به کار خود ادامه دهند. این کار با بررسی نمونه‌های فاضلاب از نظر وجود ژن‌های مقاومت صورت می‌گیرد بخش‌هایی از DNA که به باکتری توانایی زنده ماندن در درمان با آنتی بیوتیک‌های خاص را می‌دهد.

"ایمی پرودن" پروفسور در ویرجینیا تک می‌گوید که این نوع نظارت می‌تواند به شناسایی جوامعی که مشکل مقاومت بیش تری دارند کمک کند و به پزشکان را در مورد عفونت‌های احتمالی که در بین مردم گسترش می‌یابند هشدار دهد و اطلاعات بیشتری را در اختیار آنان بگذارد تا بتوانند موثرترین آنتی بیوتیک را تجویز کند.

پرودن می‌گوید:"ایده‌ای که مورد توجه قرار گرفته امکان استفاده از توالی یابی DNA متاژنومی است. زیبایی این رویکرد آن است که به شما امکان می‌دهد DNA را از تمام باکتری‌های موجود در فاضلاب به طور همزمان توالی یابی کنید سپس آن را با پایگاه‌های داده مقایسه کنید تا ببینید چه نوع پاتوژن‌هایی احتمالا وجود دارند و چه نوع ژن‌های مقاومتی احتمالا حامل آن‌ها هستند. ظرفیت بالقوه زیادی در این مورد وجود دارد، اما هنوز در مراحل اولیه استفاده است".

 امید نهایی این است که چنین تلاش‌های نظارتی می‌تواند در مراحل اولیه شیوع بیماری‌های همه گیر یا حتی همه گیری‌ها را در آینده نشان دهد و به دولت‌ها این توانایی را بدهد که سریع‌تر از قبل واکنش نشان دهند و تلاش‌ها را به سمت تولید واکسن و دارو هدایت کنند.

در ادامه تیم احمد و دیگران در سراسر جهان در حال بررسی امکان تجزیه و تحلیل محتوای ویروسی از فاضلاب هواپیما برای ردیابی انواع جدید بالقوه آنفولانزا و کووید و احتمالا حتی ویروس‌های جدید هستند که از سایر نقاط جهان منتقل می‌شوند.

احمد می‌گوید:"مهم است که ابزار‌های لازم را پیش از ظهور ویروس جدی بعدی آماده کنیم تا بتوانیم به طور موثر با آن مبارزه کنیم".