monitoring pandemieën in afvalwater 7 10 
Het bemonsteren van afvalwater kan tijdrovend zijn. John Eisele/Colorado State University

microbiologen Susan de Long en Carol Wilusz ontmoetten elkaar en werden liefhebbers van afvalwater in april 2020 toen een basisgroep van exploitanten van afvalwaterzuiveringsinstallaties hen vroeg een test te ontwikkelen en in te zetten om SARS-CoV-2 te detecteren in monsters uit de riolen van Colorado. De Long is een milieu-ingenieur die nuttige bacteriën bestudeert. Wilusz' expertise ligt in RNA-biologie. Hier beschrijven ze hoe afvalwatertoezicht werkt en wat het zou kunnen doen in een postpandemische toekomst.

Hoe wordt afvalwater gecontroleerd op SARS-CoV-2?

Afvalwatertoezicht maakt gebruik van het feit dat veel menselijke pathogenen en producten van het menselijke metabolisme van geneesmiddelen in de urine, uitwerpselen of beide terechtkomen. Het SARS-CoV-2-virus dat COVID-19 veroorzaakt, duikt verrassend op grote hoeveelheden in de ontlasting van geïnfecteerde mensen, ook al is dit geen belangrijke route voor overdracht van ziekten.

Om erachter te komen of er ziekteverwekkers aanwezig zijn, moeten we eerst een representatief monster afvalwater verzamelen, ofwel rechtstreeks uit het riool of op het punt waar wat ingenieurs 'influent' noemen een zuiveringsinstallatie binnenkomt. We kunnen ook vaste stoffen gebruiken die uit het afvalwater zijn bezonken.

Technici moeten dan grote deeltjes ontlasting verwijderen en eventuele microben of virussen concentreren. De volgende stap is het extraheren van hun nucleïnezuren - het DNA of RNA dat de genetische informatie van de ziekteverwekkers bevat.


innerlijk abonneren grafisch


De sequenties in het DNA of RNA fungeren als unieke streepjescodes voor de aanwezige pathogenen. Als we bijvoorbeeld genen detecteren die uniek zijn voor SARS-CoV-2, weten we dat het coronavirus in onze steekproef zit. We gebruiken op PCR gebaseerde benaderingen, vergelijkbaar met die gebruikt in klinische diagnostische tests, om SARS-CoV-2-sequenties te detecteren en te kwantificeren.

Door de nucleïnezuursequentie in meer detail te karakteriseren, kan informatie worden verkregen over virale stammen, bijvoorbeeld het kan varianten identificeren zoals ommicron BA.2.

Momenteel is de overgrote meerderheid van de inspanningen voor afvalwatertoezicht gericht op SARS-CoV-2, maar dezelfde technieken werken met andere pathogenen, waaronder polio-virus, invloed en norovirussen.

Vóór de pandemie was één aanvraag: monitoring op zeldzame uitbraken van poliovirus in gebieden waar poliovaccinatie aan de gang is. Afvalwater kan ook worden gecontroleerd op tekenen van verschillende medicijnen om inzicht te krijgen in de niveau en soort drugsgebruik in een populatie.

Waar gaan de gegevens heen?

Tijdens de pandemie hebben de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention de Nationaal afvalwaterbewakingssysteem specifiek om SARS-CoV-2 in het hele land te volgen. Meer dan 800 sites rapporteren gegevens aan dit NWSS-systeem, maar niet alle staten en provincies zijn momenteel vertegenwoordigd.

monitoring pandemieën in afvalwater2 7 10 Meer dan 800 locaties die populaties van verschillende groottes bestrijken, rapporteren COVID-19-afvalwaternummers aan de CDC. CDC COVID-datatracker, CC BY

Veel overheidsinstanties, zoals de Colorado Department of Public Health and Environment, en steden, zoals Tempe, Arizona, hebben hun eigen dashboards voor het rapporteren van gegevens. Sommige bedrijven die afvalwateranalyses uitvoeren, rapporteren gegevens op hun eigen dashboardsOok.

Naar onze mening is de NWSS een spannende eerste stap in het monitoren van de volksgezondheid via afvalwater. In andere landen worden soortgelijke systemen opgezet, inclusief Australië en Nieuw Zeeland.

Wat laten afvalwatergegevens echt zien?

SARS-CoV-2-niveaus in afvalwater van grote populaties zijn een uitstekende indicator voor het infectieniveau in een gemeenschap. Het systeem houdt automatisch iedereen in de gaten die in het riool woont, dus het is anoniem, onbevooroordeeld en billijk. Belangrijk is dat het ook onmogelijk is om de infectie terug te traceren naar een bepaalde persoon, huishouden of buurt zonder extra monsters te nemen.

Afvalwatertoezicht is niet afhankelijk van de beschikbaarheid van klinische tests of mensen die hun testresultaten rapporteren. Het pikt ook asymptomatische en presymptomatische gevallen van COVID-19 op; dit is van cruciaal belang omdat mensen die besmet maar je niet ziek voelt kan nog steeds COVID-19 verspreiden.

Naar onze mening wordt het testen van afvalwater steeds belangrijker naarmate er meer COVID-19-tests thuis worden gedaan. En omdat vaccinatie ook heeft geleid tot mildere en asymptomatische gevallen van COVID-19, kunnen mensen besmet raken zonder getest te worden. Deze factoren betekenen dat klinische casusgegevens minder informatief zijn dan eerder in de pandemie, terwijl afvalwatergegevens een consistente indicator blijven voor het infectieniveau van de gemeenschap. Afvalwaterbewaking is niet afhankelijk van mensen die een positieve thuistest melden of zelfs maar op de hoogte zijn van hun infecties. Spencer Platt/Getty Images Nieuws

Tot nu toe kun je het aantal geïnfecteerde personen in een gemeenschap niet nauwkeurig voorspellen op basis van het virusniveau in het afvalwater. Het stadium van iemands infectie, hoe hun lichaam reageert op het virus, de virale variant, hoe ver een persoon was van waar het afvalwatermonster werd genomen, zelfs het weer kan allemaal invloed hebben op de hoeveelheden SARS-CoV-2 gemeten in rioolwater.

Maar wetenschappers kunnen relatieve veranderingen in infectiepercentages afleiden. Kijken hoe virale niveaus op en neer gaan in rioolwater, geeft een glimp van of het aantal gevallen stijgt of daalt in de gemeenschap als geheel.

Omdat SARS-CoV-2 dagen of zelfs weken voordat uitbraken plaatsvinden in afvalwater kan worden gedetecteerd, kan monitoring van afvalwater een vroege waarschuwing geven dat maatregelen op het gebied van de volksgezondheid gerechtvaardigd kunnen zijn. En trends in het signaal zijn belangrijk – als je weet dat het niveau stijgt, kan het een goed moment zijn om een ​​maskermandaat opnieuw in te stellen of thuiswerken aan te bevelen. Op dit moment gebruiken volksgezondheidsfunctionarissen gegevens voor het monitoren van afvalwater samen met andere informatie zoals testpositiviteitspercentages en het aantal klinische gevallen en ziekenhuisopnames in de gemeenschap om dit soort beslissingen te nemen.

Gegevens van sequencing kunnen ook helpen bij het detecteren van nieuwe varianten en het bewaken van hun niveaus, waardoor gezondheidsreacties rekening kunnen houden met de kenmerken van de aanwezige variant.

In kleinere populaties, zoals in slaapzalen van universiteiten en verpleeghuizen, kan afvalwatermonitoring een klein aantal geïnfecteerde mensen detecteren. Dat kan alarm slaan dat gerichte klinische tests zijn om geïnfecteerde mensen te identificeren voor isolatie. Vroege detectie, gericht testen en quarantaine zijn: effectief in het voorkomen van uitbraken. In plaats van klinische tests te gebruiken voor routinematige monitoring, kunnen beheerders storende klinische tests reserveren voor momenten waarop SARS-CoV-2 in het afvalwater wordt gedetecteerd.

Hoe ziet de monitoring er in de toekomst uit?

Wijdverbreid en routinematig gebruik van afvalwatermonitoring zou volksgezondheidsfunctionarissen toegang geven tot informatie over de niveaus van een reeks mogelijke infecties in Amerikaanse gemeenschappen. Deze gegevens kunnen als leidraad dienen voor beslissingen over waar aanvullende middelen aan gemeenschappen kunnen worden verstrekt, zoals het houden van test- of vaccinatieklinieken op plaatsen waar de infectie toeneemt. Het kan ook helpen bepalen wanneer interventies zoals maskeren of schoolsluitingen nodig zijn.

In het beste geval kan afvalwatermonitoring een nieuw virus opvangen wanneer het voor het eerst in een nieuw gebied aankomt; een vroege sluiting in het zeer gelokaliseerde gebied zou mogelijk een toekomstige pandemie kunnen voorkomen. Interessant is dat onderzoekers SARS-CoV-2 hebben gedetecteerd in gearchiveerde afvalwatermonsters die eerder zijn verzameld bij iemand was Covid-19 vastgesteld. Als afvalwatermonitoring eind 2019 deel had uitgemaakt van de gevestigde volksgezondheidsinfrastructuur, had dit een eerdere waarschuwing kunnen geven dat SARS-CoV-2 een wereldwijde bedreiging aan het worden was.

Voorlopig is het opzetten en exploiteren van een nationaal afvalwaterbewakingssysteem, met name een systeem dat monitoring op gebouwniveau op belangrijke locaties omvat, echter nog te duur en arbeidsintensief.

Lopende onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen proberen de bemonstering van afvalwater te vereenvoudigen en te automatiseren. Aan de analysezijde zal aanpassing van PCR- en sequencingtechnologieën om andere pathogenen, waaronder nieuwe, te detecteren, van vitaal belang zijn om ten volle te profiteren van een dergelijk systeem. Uiteindelijk kan afvalwatertoezicht bijdragen aan een toekomst waarin pandemieën veel minder dodelijk zijn en minder sociale en economische gevolgen hebben.

Over de Auteurs

Susan de Long, universitair hoofddocent civiele techniek en milieutechniek, Colorado State University en Carol Wilusz, hoogleraar Microbiologie, Immunologie en Pathologie, Colorado State University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Related Books:

Het lichaam houdt de score bij: Brain Mind and Body in the Healing of Trauma

door Bessel van der Kolk

Dit boek onderzoekt de verbanden tussen trauma en fysieke en mentale gezondheid en biedt inzichten en strategieën voor genezing en herstel.

Klik voor meer info of om te bestellen

Adem: de nieuwe wetenschap van een verloren kunst

door James Nestor

Dit boek verkent de wetenschap en praktijk van ademhalen en biedt inzichten en technieken voor het verbeteren van de fysieke en mentale gezondheid.

Klik voor meer info of om te bestellen

De plantenparadox: de verborgen gevaren van 'gezond' voedsel dat ziekten en gewichtstoename veroorzaakt

door Steven R. Gundry

Dit boek onderzoekt de verbanden tussen voeding, gezondheid en ziekte en biedt inzichten en strategieën om de algehele gezondheid en het welzijn te verbeteren.

Klik voor meer info of om te bestellen

De immuniteitscode: het nieuwe paradigma voor echte gezondheid en radicale antiveroudering

door Joël Greene

Dit boek biedt een nieuw perspectief op gezondheid en immuniteit, gebaseerd op principes van epigenetica en biedt inzichten en strategieën voor het optimaliseren van gezondheid en veroudering.

Klik voor meer info of om te bestellen

De complete gids voor vasten: genees uw lichaam door middel van intermitterend, afwisselende dagen en langdurig vasten

door dr. Jason Fung en Jimmy Moore

Dit boek onderzoekt de wetenschap en praktijk van vasten en biedt inzichten en strategieën voor het verbeteren van de algehele gezondheid en welzijn.

Klik voor meer info of om te bestellen