Сточные воды: источник информации об эпидемиологических угрозах

Сточные воды могут многое рассказать о населении, которое их сбрасывает: от употребляемых наркотиков до вирусов, которыми оно страдает. Во время пандемии множество проектов анализировали сточные воды, чтобы отследить распространение коронавируса, а после объявления ВОЗ международной чрезвычайной ситуации в области здравоохранения из-за оспы обезьян прошлым летом, Министерство здравоохранения Испании поставило цель создать систему систематического отслеживания, которая могла бы предупреждать об эпидемиологических угрозах. Ведомство завершает подготовку к тендеру на проект, но он не будет запущен в течение года.

Сантьяго Гонсалес, заместитель директора по вопросам гигиены окружающей среды Министерства здравоохранения Испании, сообщил, что контракт будет готов через два месяца. «Это контракт на эпидемиологический надзор в сточных водах, чтобы понять, как вирусы циркулируют в популяциях, измеряя, как развиваются эти типы вод», — отмечает он. Одной из задач, добавляет он, будет обработка всех собранных данных с помощью искусственного интеллекта и Big Data для получения выводов. В ожидании публикации деталей тендера Гонсалес говорит, что наблюдение не обязательно должно ограничиваться вирусами (такими как полиомиелит, грипп, SARS-CoV-2 или оспа обезьян), но система может использоваться для анализа наркотиков и других веществ, присутствующих в воде. Эти типы систем могут даже предупреждать об устойчивости бактерий к лекарствам, одной из проблем общественного здравоохранения, которые больше всего беспокоят органы здравоохранения.

Этот инструмент дополняет системы клинического наблюдения и может быть полезен для предупреждения о наличии патогенов в популяции еще до того, как они проявятся у пациентов. Примером, который приводят несколько опрошенных экспертов, является птичий грипп, который рассматривается как одна из возможных причин следующей пандемии. В Европе он сейчас ограничен дикими птицами, но в Соединенных Штатах проблема затрагивает фермы, как коров, так и птиц, что уже сказывается на производстве мяса и яиц. Система мониторинга сточных вод, которую собирается запустить Министерство здравоохранения Испании, может служить для предупреждения властей о том, что этот вирус достиг определенных районов, как он распространяется, какие варианты циркулируют, так что его можно будет обнаружить раньше, чем он массово проявится у животных, что позволит заранее принять меры профилактики.

Глория Санчес из Института агрохимии и пищевых технологий (IATA-CSIC) приводит пример того, как с коронавирусом, особенно в те моменты, когда тестов было мало, сточные воды показывали увеличение заболеваемости до того, как больницы были переполнены. «Это позволяет вам видеть пики или анализировать, появляется ли какой-либо новый вариант, который может быть более вирулентным или иметь особую структуру». IATA, например, работала в регионе Мурсия, когда фермеры были обеспокоены тем, что вода, которой они поливают овощи, заражена вирусом, и это может привести к заражению через пищу, прежде чем были точно известны основные пути передачи COVID, которые являются воздушно-капельными. Вальтер Рандаццо, который также работает в институте, напоминает, что было подтверждено, что загрязнение было «практически несуществующим», но они проверили, что до очистки воды вирус действительно присутствовал.

Таким образом, система ни в коем случае не является новой. Существуют различные проекты автономных сообществ, муниципалитетов и университетов, и во время COVID Министерство здравоохранения Испании уже координировало один по всей стране. Существует также международная сеть для обнаружения полиовируса: из семейства тех, которые вызывали полиомиелит, чрезвычайно опасное заболевание, которое находится на пути к искоренению, но все еще не исчезло в таких странах, как Пакистан или Афганистан, где оно остается эндемичным, и которое угрожает распространиться на Запад из-за снижения охвата вакцинацией. Новизна сейчас в том, что будет осуществляться мониторинг большего количества патогенов (не только коронавируса), в национальной сети в режиме реального времени, в долгосрочном проекте: первоначальный тендер будет на пять лет, что не мешает его продолжению.

Как анализируют воду

Лаборатории, которые анализируют эти воды, уже имеют набор точных методов для обнаружения конкретных вирусов или установления более широких профилей того, что циркулирует в популяции. Розина Жиронес, руководитель лаборатории вирусов, загрязняющих воду и продукты питания Университета Барселоны, объясняет, что «всего из 100 миллилитров сточных вод можно получить много информации, если хорошо сконцентрировать вирусные частицы и применить чувствительные методы, такие как количественная ПЦР». С помощью этой методологии усиливаются определенные участки вирусного генома, что позволяет подтвердить наличие известного вируса, а также выявить возможные варианты.

Есть две возможности: поиск конкретного патогена (или нескольких), что проще, или секвенирование блока, которое может выявить наличие нескольких патогенов, и это менее чувствительный метод. Этот подход, объясняет Жиронес, может выявить наличие десятков различных вирусов, как человеческих, так и животных. «В наших фекалиях их могут быть сотни, но большинство из них на нас не влияют. С помощью соответствующих методов мы можем профилировать те, которые представляют интерес для здоровья, мы могли бы выбрать позвоночных и исключить другие, такие как растительные [которых много] или бактериофаги [которые заражают бактерии]», — уточняет она. Для этого существуют системы селективного обогащения, с зондами, предназначенными для захвата только соответствующих вирусных семейств, что увеличивает чувствительность без необходимости рутинного применения этих методов ко всем образцам.

Необходимое оборудование может варьироваться от небольших настольных центрифуг до автоматизированных систем под давлением, и они позволяют работать с очень разными объемами, от сточных вод до образцов из рек, водно-болотных угодий или воды для купания. «Самое главное — четко понимать, что вы ищете, и применять соответствующий метод», — настаивает Жиронес. Целью является не только наблюдение за болезнями человека, но и за вирусами животных, которые могут перескочить видовой барьер. Помимо птичьего гриппа, который, пожалуй, больше всего беспокоит, в поле зрения находятся арбовирусы, переносимые комарами. Некоторые из них, такие как вирус Западного Нила, вирус денге, вирус чикунгунья, все чаще встречаются в широтах, в которых раньше не были распространены, и сточные воды могут быть хорошим сигналом тревоги.