Können im Abwasser gefundene Medikamente eine Frühwarnung geben?

In einem Pilotprojekt zur Erforschung von Möglichkeiten zur Überwachung von COVID-19 suchten Wissenschaftler der University of Buffalo gleichzeitig im Abwasser im Westen von New York nach Arzneimitteln und viraler RNA.

Die Ergebnisse ihrer Studie, veröffentlicht am 18. Mai in der Zeitschrift Briefe zu Umweltwissenschaften und -technologieschlagen vor, dass die Messung der Konzentrationen von Arzneimitteln im Abwasser die Bemühungen zur Krankheitsüberwachung um eine weitere Ebene erweitern könnte.

„Die abwasserbasierte Krankheitsüberwachung erfolgt weltweit durch die Überwachung viraler RNA“, sagt die leitende Wissenschaftlerin Diana Aga, Ph.D., Direktorin des UB RENEW Institute und Henry M. Woodburn Professor of Chemistry am UB College of Arts and Sciences . „Das Potenzial, bestehende Bemühungen durch den Nachweis von Arzneimitteln zu ergänzen, ist aufregend. Hier gibt es viele Möglichkeiten, obwohl mehr Forschung erforderlich ist.“

Eine interessante Entdeckung in der neuen Studie betrifft Paracetamol, ein Schmerzmittel und Fiebersenker, das als Wirkstoff in rezeptfreien Arzneimitteln wie Tylenol, Theraflu und anderen Marken dient.

In allen vier in das Projekt einbezogenen Kläranlagen ergab die Untersuchung, dass die Paracetamol-Konzentrationen im Abwasser Anfang 2021 vor anderen COVID-19-Maßnahmen in der Gemeinde anstiegen, einschließlich der Konzentrationen der viralen RNA von COVID-19 im Abwasser und der geschätzten Zahl der bestätigten Covid19 Fälle.

In der Kläranlage Bird Island, die Buffalo und einige umliegende Vororte versorgt, stiegen die Acetaminophen-Konzentrationen im Abwasser etwa zwei Wochen früher als die Konzentrationen von SARS-CoV-2-RNA im Abwasser. Der Anstieg der viralen RNA wiederum ging dem Anstieg der geschätzten Anzahl bestätigter Fälle von COVID-19 um etwa eine Woche voraus, sagen Wissenschaftler.

„Unser größtes Ergebnis ist, dass die Konzentration von Paracetamol, das in rezeptfreien Arzneimitteln verwendet wird, enorm zugenommen hat, und zwar vor dem Höhepunkt der viralen RNA im Abwasser und dem Höhepunkt der klinischen Nachweise in unserem Gebiet während des Studienzeitraums. “, sagt Aga.

„Das war sehr interessant, da es darauf hindeutet, dass der Nachweis von Arzneimitteln als Frühwarnung vor einem möglichen Krankheitsausbruch in einer Gemeinde dienen könnte“, sagt Aga. „Unsere Gruppe ist eine der ersten, die den Nachweis von SARS-CoV-2-RNA im Abwasser um die Gehalte von Arzneimitteln ergänzt.“

Das Potenzial zur Verbesserung von Abwasserstudien für die öffentliche Gesundheit

Abwasserdaten werden zu einem entscheidenden Bestandteil der Überwachung von COVID-19, da Heimtests immer beliebter werden, was dazu führt, dass viele positive Fälle nicht gemeldet werden.

Während der Pandemie haben die UB-Engineering-Forscher Ian M. Bradley und Yinyin Ye mit Partnern wie Erie County zusammengearbeitet, um die virale RNA von COVID-19 im Abwasser zu überwachen.

Die neue Studie in Briefe zu Umweltwissenschaften und -technologie ist aufregend, weil es darauf hindeutet, dass der Nachweis von Arzneimitteln solchen Bemühungen eine weitere Ebene hinzufügen könnte, sagen Bradley und Ye. Ihre Labore steuerten Daten zur Forschung bei und sie sind Co-Autoren.

Paracetamol ist kein perfekter Ersatz für COVID-19: Menschen nehmen das Medikament zur Behandlung vieler Arten von Schmerzen, Schmerzen und Fieber ein, und einige Schwankungen des Medikaments im Abwasser während des Studienzeitraums korrelierten nicht mit viralen RNA-Daten.

Der Anstieg von Paracetamol, der mit der lokalen COVID-19-Welle übereinzustimmen schien, war jedoch groß, und dieser Befund deutet auf die Verwendung von rezeptfreien Medikamenten als potenzielles Frühsignal für einen drohenden Ausbruch hin, sagen die Forscher.

„Was wirklich aufregend ist, ist, dass Abwasser so viele Informationen enthält. Wie können wir diese nutzen, um Krankheiten für die öffentliche Gesundheit zu verfolgen? Alle diese Daten ergänzen sich“, sagt Bradley, Ph.D., Assistenzprofessor für Bau-, Bau- und Umweltingenieurwesen in der UB School of Engineering and Applied Sciences und ein Kernfakultätsmitglied im UB RENEW Institute.

„Wir konzentrieren uns auf Studien zur öffentlichen Gesundheit von Abwasser und wollen sehen, ob wir mehr Daten integrieren können, um eine Vorstellung davon zu bekommen, was in der Gemeinde vor sich geht“, sagt Ye, Ph.D., Assistenzprofessor für Zivil-, Struktur- und Umwelttechnik und RENEW-Fakultätspartner. „Wir können Informationen aus dem Abwasser ziehen, aber es gibt noch viele Unbekannte, wie die Daten für die öffentliche Gesundheit zu interpretieren sind. Wir wollen nicht nur biologische Marker testen, sondern auch chemische Marker und alle möglichen verschiedenen Informationsebenen.“

Neben der Identifizierung der Paracetamol-Spitzen fand die Studie Rückstände verschreibungspflichtiger Medikamente im Zusammenhang mit der Pandemie im Abwasser, einschließlich Arzneimitteln, deren Notfallzulassung zur Behandlung von COVID-19 von der US-amerikanischen Food and Drug Administration widerrufen wurde.