Verbesserung der Gemeinschaftsgesundheit durch Abwasserüberwachung

Abwasserbasierte Epidemiologie (WBE) ist eine Methode, die genutzt wird, um die Gesundheit von Gemeinschaften zu überwachen, indem das Abwasser analysiert wird, das sie produzieren. Diese Technik hilft Gesundheitsbehörden, zeitnahe Informationen über die Anwesenheit von Viren, Bakterien und anderen Krankheitserregern in der Bevölkerung zu erhalten. Sie ergänzt wertvolle Erkenntnisse, die traditionelle Gesundheitsüberwachungsmethoden möglicherweise übersehen. Historisch gesehen wurde diese Methode für verschiedene Krankheitserreger eingesetzt, darunter solche, die Polio, Hepatitis A, Cholera und Typhus verursachen. In den letzten Jahren hat WBE an Bedeutung gewonnen, um die Ausbreitung von SARS-CoV-2, dem Virus, das COVID-19 verursacht, zu verfolgen. Durch die Analyse von Abwasser können Forscher über die Häufigkeit von COVID-19 in Gemeinschaften erfahren und Trends über die Zeit beobachten, was hilft, die Reaktionen der öffentlichen Gesundheit zu informieren.

#Erweiterung der Abwassermonitoring

Es gibt einen wachsenden Bedarf, das Abwassermonitoring zu erweitern, um viele Krankheitserreger und Varianten einzuschliessen. Das würde ein vollständigeres Bild der Gesundheitsrisiken in einer Bevölkerung ermöglichen. Neue Methoden zur gleichzeitigen Erkennung mehrerer Krankheitserreger könnten zu schnellen und genauen Ergebnissen führen. Da ansteckende Krankheiten weiterhin Risiken darstellen, kann die Verbesserung der Überwachung durch Abwasser wichtige Datenlücken schliessen und Initiativen im Bereich der öffentlichen Gesundheit unterstützen.

#Entwicklung eines Werkzeugs zur Mehrfachpathogenerkennung

Um die Abwasserüberwachung zu verbessern, wurde ein massgeschneidertes Werkzeug entwickelt, das 33 häufige Krankheitserreger, wie Bakterien, Viren, Protozoen und Würmer, erkennen und quantifizieren kann. Dieser neue Ansatz zielt darauf ab, die aktuellen WBE-Fähigkeiten zu erweitern und kann helfen, sowohl seltene als auch aufkommende Krankheitserreger in der Gemeinschaft zu identifizieren. Eine Fallstudie wurde in Atlanta, Georgia, unter Verwendung von Proben aus vier Kläranlagen durchgeführt.

#Probenentnahmeprozess

Proben von Abwasser wurden über mehrere Monate von vier Kläranlagen in Atlanta gesammelt. Diese Proben wurden während des Transports kühl gehalten und bis zur Analyse in einem Gefrierschrank gelagert. Als die Verarbeitung begann, wurde jede Probe aufgetaut, und wichtige Informationen wie Temperatur und pH wurden aufgezeichnet. Eine kleine Menge jeder Probe wurde für die Messung der Feststoffe im Wasser beiseitegelegt. Ausserdem wurden spezielle Impfstoffe und Kontrollmaterialien zu den Proben hinzugefügt, um sicherzustellen, dass der Testprozess ordnungsgemäss funktionierte.

Es wurden verschiedene Methoden verwendet, um die Proben zu verarbeiten, um die effektivste Methode zur Erkennung der Krankheitserreger zu finden. Diese Methoden umfassten direkte Extraktion, die Verwendung einer speziellen Konzentrationspipette und eine Technik namens Magermilchflokulation, bei der Magermilch zum Abwasser hinzugefügt wurde, um die Krankheitserreger zu erfassen.

#Methodik zur Probenverarbeitung

#Direkte Extraktion

Bei der direkten Extraktionsmethode wurde ein kleiner Teil des Abwassers mit einem speziellen Kit verarbeitet, das entwickelt wurde, um das genetische Material der vorhandenen Krankheitserreger zu extrahieren.

#Konzentrationspipettenmethode

Bei der Konzentrationspipettenmethode wurde ein grösserer Teil der Abwasserprobe entnommen und in einer Zentrifuge geschleudert. Dieser Prozess half, die Krankheitserreger vom Wasser zu trennen. Dann wurde die Probe mit einer speziellen Pipette gefiltert, um die Krankheitserreger für eine einfachere Erkennung zu konzentrieren.

#Magermilchflokulationsmethode

Während der Magermilchflokulationsmethode wurde Magermilch mit dem Abwasser gemischt und der pH-Wert angepasst. Die Mischung wurde geschüttelt, um den Krankheitserregern zu helfen, zusammenzukleben. Nach dem Schütteln wurde die Probe in einer Zentrifuge geschleudert. Die Flüssigkeit wurde entfernt, und das verbleibende feste Material, das die Krankheitserreger enthielt, wurde für spätere Tests eingefroren.

#Molekulare Analyse der extrahierten Proben

Nachdem die Proben verarbeitet waren, wurde eine molekulare Analyse der extrahierten Materialien durchgeführt. Es wurden zwei Haupttestplattformen verwendet: eine für quantitative PCR (qPCR) und eine andere für digitale PCR (dPCR). Diese Tests ermöglichten es den Forschern, das Vorhandensein bestimmter Krankheitserreger zu identifizieren und deren Konzentrationen innerhalb der Abwasserproben zu messen.

Eine spezielle Karte mit vordefinierten Tests für 33 Krankheitserreger wurde für den qPCR-Prozess verwendet. Jeder Krankheitserreger, der positiv getestet wurde, wurde mit klaren Signalen auf dem Testergebnis bestätigt. Die dPCR wurde für die zusätzliche Erkennung von Krankheitserregern verwendet, wobei der Fokus auf bestimmten Viren und Markern lag.

#Datenanalyse und Ergebnisse

Alle während der Studie gesammelten Daten wurden analysiert, um das Vorhandensein und die Konzentration verschiedener Krankheitserreger zu bestimmen. Enterotoxigenes E. coli (ETEC) und enteropathogenes E. coli (EPEC) waren unter den am häufigsten nachgewiesenen Bakterien, während mehrere Protozoen, darunter Acanthamoeba und Giardia, ebenfalls häufig gefunden wurden. Zu den viralen Nachweisen gehörten Norovirus und Astrovirus. Einige interessante Befunde umfassten seltene Nachweise anderer Krankheitserreger, wie Strongyloides stercoralis, sowie SARS-CoV-2-RNA in etwa der Hälfte der getesteten Proben.

Die Normalisierung der Daten wurde unter Verwendung spezifischer genetischer Marker durchgeführt, um genaue Vergleiche über verschiedene Proben hinweg sicherzustellen. Die Analyse ergab signifikante Konzentrationen von Krankheitserregern im Abwasser, was wichtige Einblicke in Trends der öffentlichen Gesundheit in der Gemeinschaft bot.

#Bedeutung von Sensitivität und Genauigkeit

Die Fähigkeit, eine breite Palette von Krankheitserregern mit einer einzigen Methode zu erkennen, ist entscheidend für eine effektive Überwachung der öffentlichen Gesundheit. Abwassertests mit multipler Pathogenerkennung bieten einen umfassenden Blick auf die mikrobielle Landschaft in der Gemeinschaft. Das kann helfen, potenzielle Ausbrüche und Trends zu identifizieren und Gesundheitsreaktionen zu leiten.

Es ist wichtig, die Einschränkungen der aktuellen Methoden zu erkennen, wie die Herausforderungen bei der Verarbeitung archivierter Abwassermuster oder die Bestimmung der fäkalen Ausscheidungsraten für verschiedene Krankheitserreger. Dennoch können Fortschritte in der WBE zu schnelleren Reaktionen auf Bedrohungen der öffentlichen Gesundheit führen und das Verständnis der Dynamik von Krankheitserregern verbessern.

#Zukünftige Richtungen im Abwassermonitoring

Das wachsende Bewusstsein für die Vorteile des Abwassermonitorings hat zu einem steigenden Interesse an der nationalen und internationalen Ausweitung dieser Methoden geführt. Die Möglichkeit, mehrere Krankheitserreger, einschliesslich Atemwegserreger, zu testen, bietet einen Weg zu umfassenderen Überwachungsbemühungen.

Eine ordnungsgemässe Implementierung dieser Methoden kann helfen, Daten früher zu erfassen, was möglicherweise den Beginn eines Ausbruchs anzeigen kann, bevor Symptome in der Bevölkerung auftreten. Dieser proaktive Ansatz kann bessere Entscheidungen und Interventionen im Bereich der öffentlichen Gesundheit unterstützen.

#Fazit

Die abwasserbasierte Epidemiologie ist ein vielversprechendes Werkzeug, um öffentliche Gesundheitsprobleme in Gemeinschaften zu verstehen. Die Fähigkeit, mehrere Krankheitserreger gleichzeitig im Abwasser zu testen, kann die Überwachungs- und Reaktionsstrategien erheblich verbessern. Die kontinuierliche Entwicklung und Verfeinerung dieser Methoden wird entscheidend sein, während wir versuchen, Gemeinschaften vor ansteckenden Krankheiten zu schützen. Mit fortlaufender Forschung und Engagement kann das Abwassermonitoring eine wichtige Rolle in der Überwachung und Reaktion der öffentlichen Gesundheit spielen.