Ścieki – cenne źródło wiedzy epidemiologicznej
Ścieki to nie tylko problematyczny płynny odpad, który trzeba zbierać i oczyszczać. To także potencjalne źródło wiedzy, chociażby epidemiologicznej. W Polsce jednak jego potencjał nie jest w pełni wykorzystywany.
- Pandemia COVID-19 rozbudziła na nowo zainteresowanie badaniami epidemiologicznymi opartymi na ściekach
- Pisze o nich Piotr Rzymski z Zakładu Medycyny Środowiskowej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Stosowane wówczas metody hodowli komórkowych nie były jak na dzisiejsze możliwości wysoce wyspecjalizowane, ale jednak stały się kluczowym narzędziem w zwalczaniu polio na całym świecie. Z biegiem czasu pojawiły się nowe, bardziej wydajne i opłacalne metody, takie jak hybrydyzacja oparta na sondach cDNA do monitorowania wirusowego zapalenia wątroby typu A w latach 80. Lata 90. przyniosły kolejną rewolucję w postaci złotego standardu wśród technik wykrywania patogenów w ściekach – metodę PCR.
Pandemia COVID-19 rozbudziła na nowo zainteresowanie badaniami epidemiologicznymi opartymi na ściekach.
Zaowocowało to skutecznym wdrożeniem metod pozwalających śledzić materiał genetyczny SARS-CoV-2 w próbkach ścieków komunalnych i tym samym odzwierciedlać sytuację epidemiologiczną w danym regionie. Tego typu podejście zyskało w szczególności na znaczeniu w momencie wyjścia z okresu pandemicznego, kiedy to masowe testowanie w kierunku infekcji stało się działaniem nieuzasadnionym i nieopłacalnym ekonomicznie. Pomimo tego, śledzenie dynamiki rozprzestrzeniania się wirusa SARS-CoV-2 w populacji jest do dziś potrzebne w celu rozumienia trendu epidemiologicznego i wprowadzania oraz rekomendowania określonych działań profilaktycznych. Wiele badań prowadzonych na całym świecie dobitnie wykazało, iż monitorowanie obecności RNA wirusa w ściekach potrafi niejednokrotnie lepiej odzwierciedlać rzeczywistą sytuację obciążenia patogenem niż analiza wyników testów diagnostycznych. To takie „niewidzialne oko”, które skanuje społeczeństwo i może ostrzegać przed wzrostem zachorowań.
Co więcej, nowoczesne techniki biologii molekularnej umożliwiają równoczesne wykorzystanie ścieków do śledzenia zmienności wirusa i pojawiania się jego kolejnych (pod)wariantów. Jest to niezwykle ważne dla zrozumienia ewolucji patogenu, która może mieć wpływ na skuteczność stosowanych metod profilaktycznych i terapeutycznych oraz ponownie zyskuje na znaczeniu w postpandemicznej rzeczywistości, w której sekwencjonowaniu poddaje się ograniczoną liczbę próbek klinicznych. Niemniej jednak jeszcze w czasach pandemii sekwencjonowanie genomów SARS-CoV-2 ze ścieków pozwalało na wykrywanie nowych wersji wirusa, często na kilka lub kilkanaście tygodni, zanim zostały wykryte w materiale wymazowym pobranym od zakażonego. Tego typu analizy umożliwiają również śledzenie selekcji mutacji oporności na szczepionki i przeciwwirusowe leki stosowane w terapii COVID-19.
Chociaż epidemiologia oparta na ściekach ukazuje tylko ogólny obraz sytuacji na danym obszarze, nie pozwalając dokładnie wykryć, kto jest zakażony, to nie ulega wątpliwości, iż powinna stać się jednym z filarów wysiłków na rzecz zmniejszania obciążenia COVID-19. Stało się tak w niektórych krajach, np. w Stanach Zjednoczonych, gdzie dane zbierane są z różnych stanów i hrabstw i prezentowane online wraz z ogólnonarodową oceną obciążenia COVID-19.
Przykładów wcale nie trzeba szukać za oceanem – w 2024 r. rutynowo analizowano zawartość materiału genetycznego SARS-CoV-2 m.in. w Niemczech, Słowacji, Słowenii, Grecji czy Belgii. Integrowanie takich danych pozwala na ocenę obciążenia COVID-19 w Europie oraz śledzenie rozprzestrzeniania się i ewolucji nowych (sub)wariantów wirusa. Dzięki temu możliwe staje się szybsze, wstępne ocenienie znaczenia klinicznego zachodzącej zmienności patogenu opartego na testach in vitro i in vivo. Niestety w Polsce, pomimo rozwijania tego typu podejścia chociażby w Poznaniu i Warszawie, nie prowadzi się rutynowej analizy ścieków pod kątem obecności materiału genetycznego wirusa.
Szkoda, bo rozwijanie tego typu podejścia pod kątem COVID-19 daje szansę na rozwijanie metod oceny obciążenia populacyjnego kolejnymi patogenami. Warunkiem jest oczywiście wydalanie wirusa lub jego materiału genetycznego z organizmu człowieka. Z powodzeniem udało się wykrywać w ściekach RNA wirusów oddechowych – wirusa grypy, syncytialnego wirusa oddechowego (RSV), metapneumowirusa, wirusa paragrypy, rinowirusów czy sezonowych koronawirusów. Ścieki można również badać w celu wykrywania aktywności wirusa mpox (dawniej małpiej ospy) w danej społeczności, wspierając system wczesnego ostrzeżenia. Ścieki komunalne można wykorzystać również do monitorowania problemu antybiotykooporności poprzez wykrywanie opornych szczepów, które są w nich obecnie, a także genów warunkujących oporność. Analiza ścieków może być również narzędziem do monitorowania nowych, nieznanych dotąd patogenów. Jest to szczególnie istotne w kontekście globalizacji, gdzie patogeny mogą przenosić się między krajami w ciągu godzin. Szczególne możliwości tworzenia globalnego systemu ostrzegania daje pod tym względem analiza lotniskowych systemów kanalizacyjnych i ścieków zbieranych podczas podróży lotniczej.
Podsumowując, epidemiologia oparta na ściekach to niezwykle ważne narzędzie mogące skutecznie wspomagać system zdrowia publicznego w zakresie śledzenia obciążenia różnymi patogenami i rozumienia ich ewolucji, wspierania decyzji prewencyjnych, a także przygotowania na przyszłe zagrożenia epidemiczne. To krok ku bezpieczniejszej przyszłości i trzeba go wreszcie wykonać w Polsce na poważnie.
Artykuł dr. hab. Piotra Rzymskiego z Zakładu Medycyny Środowiskowej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu opublikowano w Biuletynie Wielkopolskiej Izby Lekarskiej 1/2025.
Przeczytaj także: „Zabójcze ścieki – nikt ich systemowo nie monitoruje” i „Leki, ścieki i miliony”.
