Wastewater bietet ein weltweites Labor für die Erforschung der menschlichen Gesundheit

Von den vielen zeitgemäßen Annehmlichkeiten, die in entwickelten Ländern oft als selbstverständlich angesehen werden, gehören moderne Sanitäranlagen möglicherweise zu den wichtigsten. Eine neue Studie legt nahe, dass die Abwasserinfrastruktur gesellschaftliche Vorteile bieten kann, die weit über die dramatischen Verbesserungen der Gemeinschaftshygiene hinausgehen.

Die Forschung hebt eine Technik hervor, die als Wastewater-based Epidemiology (WBE) bekannt ist, bei der Proben von kommunalem Abwasser als diagnostisches Instrument verwendet werden können, um ein überraschend breites Spektrum an gemeindeweiten Gesundheitsindizes zu untersuchen.

In einer in der Zeitschrift veröffentlichten Forschung Umwelt InternationalRolf Halden und Sangeet Adhikari, beschreiben, wie WBE dazu beitragen kann, eine Reihe ehrgeiziger Ziele zu erreichen, die in den Zielen der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung festgelegt sind.

Die Studie, die bisher größte und umfassendste Bewertung der Abwasserinfrastruktur weltweit, untersucht Abwasserbehandlungsanlagen in 129 Ländern, die mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung versorgen. Es ist auch die erste Studie, die die Machbarkeit der Verwendung von WBE zur Messung des Fortschritts bei der Erreichung mehrerer UN-Nachhaltigkeitsziele vorschlägt und bewertet.

Die WBE-Technik kann verwendet werden, um Faktoren zu bewerten, die die Gesundheit in der gesamten Gemeinschaft beeinflussen, vom Konsum lokaler Diäten, Alkohol, illegaler Drogen und Tabak bis hin zum Kontakt mit gefährlichen Chemikalien, Arzneimitteln, Körperpflegeprodukten, Viren und antibiotikaresistenten Mikroben.

Neben der Überwachung von Infektionskrankheiten werden neue im Abwasser nachweisbare Biomarker für Krankheiten entwickelt, die es Forschern ermöglichen, Proben auf Anzeichen von Krankheiten wie Diabetes, Herzkrankheiten und Krebs zu untersuchen. Die Studie betont die dringende Notwendigkeit der Ausweitung der Abwasserentsorgung auf große Teile der Welt, wo solche Ressourcen noch fehlen.

Noch im Jahr 2019 war der Einsatz der Abwasserüberwachung zur Bewertung und Optimierung der globalen Gesundheit ein utopischer Traum, der von wenigen ins Auge gefasst und verfolgt wurde, wie in Haldens 2020 erschienenem Buch Environment beschrieben. Die COVID-19-Pandemie hat dies jedoch geändert, da die Methode sofort in die Praxis umgesetzt wurde, um den verheerenden Verlauf von SARS CoV-2 zu verfolgen.

„Während sich die meisten dieser Bemühungen heute immer noch darauf konzentrieren, die Pandemie lokal einzudämmen, ist es an der Zeit, eine Bestandsaufnahme dessen zu machen, was mit WBE noch erreicht werden kann, um die menschliche Verfassung und Nachhaltigkeit weltweit voranzubringen“, sagt Halden. „Die erste Bestandsaufnahme der globalen Abwasserinfrastruktur, die in unserem Papier vorgestellt wird, stellt einen ersten und wichtigen Schritt dar, um eine gesündere und gerechtere Zukunft für die menschliche Bevölkerung auf der ganzen Welt zu schaffen.“

Professor Halden ist Direktor des Biodesign Center for Environmental Engineering an der Arizona State University, wo er mit Sangeet Adhikari zusammenarbeitet, der die Studie im Rahmen seiner kürzlich abgeschlossenen Doktorarbeit geschrieben hat. Halden ist außerdem Professor an der School of Sustainable Engineering and the Built Environment der ASU, Mitglied des Global Futures Laboratory der Universität und Professor an der School of Life Sciences.

Ein Tropfen Wasser, eine Fülle von Daten

Die Abwässer menschlicher Ausscheidungen scheinen weit entfernt von einem sterilen klinischen Labor zu sein, in dem diagnostische Tests durchgeführt werden. Beide diagnostischen Ansätze verlassen sich jedoch auf den reichen Informationsschatz, der in Körperflüssigkeiten und -ausscheidungen enthalten ist.

Heute nutzen mehr als 55 Länder WBE aktiv, um die Gesundheit der Bevölkerung zu bewerten. Das Verfahren bietet ein umfassendes, kostengünstiges und schnelles Mittel zur Überwachung der bevölkerungsweiten Gesundheit. Der anfängliche Aktivitätsschub aufgrund der SARS-CoV-2-Krise ermöglichte es den Beamten des öffentlichen Gesundheitswesens, lokale, regionale und nationale Krankheitstrends zu bewerten, selbst wenn Pandemieschübe herkömmliche diagnostische Tests vor große Herausforderungen stellten.

Ein weiterer Vorteil von WBE besteht darin, dass es Daten auf Bevölkerungsebene liefern kann, die die Belastung durch nicht diagnostizierte COVID-19-Fälle widerspiegeln, einschließlich asymptomatischer Infektionen, die durch die klinische Standardüberwachung wahrscheinlich nicht entdeckt werden. Solche Informationen sind besonders wertvoll für Epidemiologen, die darauf hoffen, die Schätzungen der Sterblichkeitsraten zu verfeinern. Es wurde erfolgreich von nationalen und staatlichen Regierungen, Nichtregierungsorganisationen, Universitäten und kommerziellen Unternehmen angewendet.

Überwachung von Gesundheit und Nachhaltigkeit

Halden und seine ASU-Kollegen hatten schon lange die Macht der WBE erkannt, wichtige Hinweise auf die Prävalenz und Übertragungsraten von Krankheitserregern zu geben, und das neuartige Coronavirus wurde schnell zu einem Vorzeigebeispiel dafür, wie die Abwasserüberwachung angewendet werden kann, um die Entscheidungsfindung im Bereich der öffentlichen Gesundheit in Echtzeit zu informieren. Nach der Erstellung der weltweit ersten über Abwasser informierten, frei zugänglichen elektronischen Dashboards für Opioide im Jahr 2018/19 und für COVID-19 im Jahr 2020 in Zusammenarbeit mit der Stadt Tempe, AZ, zielt die aktuelle Studie darauf ab, den Anwendungsbereich der Abwasserüberwachung radikal zu erweitern Menschen auf der ganzen Welt und insbesondere in Entwicklungsländern zugute kommen.

Durch einstimmigen Beschluss wurden von der UNO 17 spezifische Ziele angekündigt, um soziale, wirtschaftliche und ökologische Entwicklungsmeilensteine ​​zu erreichen. Die UN-Agenda steht für die Entschlossenheit der Mitgliedsländer, sich den globalen Herausforderungen zu stellen, die durch den Klimawandel, die rasche Urbanisierung und andere Faktoren entstehen. Die neue Studie zeigt, dass WBE verwendet werden könnte, um die Fortschritte bei der Erreichung von mehr als der Hälfte dieser für 2030 festgelegten Ziele effektiv zu verfolgen.

Diese schließen ein:

Eine Reihe von Gesundheitsergebnissen könnte auch einfach durch die Ausweitung von Abwasserbehandlungstechnologien auf die Bereiche mit dem größten globalen Bedarf dramatisch verbessert werden.

Inventar der Erde

Die Forscher begannen mit der Durchführung einer eingehenden Literaturrecherche der bestehenden Abwasserinfrastruktur, der Bevölkerungsdemographie der versorgten Regionen und einer Reihe von gesundheitsbezogenen Biomarkern, die im Abwasser verfügbar sind und für die Förderung der UN-Ziele informativ sein könnten.

Die Studie identifizierte rund 109.000 kommunale Kläranlagen in 129 Ländern, die 2,7 Milliarden Menschen weltweit versorgen. Dies entspricht etwa 35 % der Weltbevölkerung. Obwohl etwa 80 % der Bevölkerung in Ländern mit hohem Einkommen von kommunalen Abfallbehandlungssystemen versorgt werden, wurden etwa 60 Länder identifiziert, in denen weniger als 40 % der Bevölkerung versorgt werden. Die gravierenden Unterschiede zwischen reichen und armen Nationen in Bezug auf diese Einrichtungen sind teilweise für ihre unterschiedlichen Gesundheitsstatistiken verantwortlich.

Tatsächlich stellt die Studie fest, dass Gebiete ohne zentrale Abwasserinfrastruktur, insbesondere in Ländern mit niedrigem Einkommen, doppelt benachteiligt sind. Ohne solche Einrichtungen wird die Gemeinschaftshygiene beeinträchtigt; und betroffene Bevölkerungsgruppen werden weiter der Vorteile der laufenden Gesundheitsüberwachung durch WBE beraubt. Diese Tatsache spiegelt sich in den beobachteten Daten wider, die eine Verringerung der Krankheitslast im Zusammenhang mit einer zentralisierten Abwasserinfrastruktur zeigten.

Mehrzweckdiagnostik

Der Zugang zu sanitärer Infrastruktur trägt dazu bei, die fäkale Kontamination und die Ausbreitung von durch Wasser übertragenen Krankheiten zu begrenzen. Die Ausweitung der Abwassersammlung und -behandlung auf Gebiete, in denen diese Technologie fehlt, könnte eine kostengünstige Strategie für die Gesundheitsbewertung durch WBE unter Bedingungen bieten, unter denen die traditionelle Gesundheitsversorgung für die meisten Menschen vor Ort finanziell unerschwinglich ist.

Neben der Erkennung von Infektionskrankheiten kann WBE auch beim Umgang mit chemischen Risiken für die Bevölkerung helfen, darunter Mikroplastik, Stoffe mit endokriner Wirkung und eine breite Palette von Kontaminanten. Die Studie identifiziert auch 25 verschiedene Klassen von Biomarkern, die wertvolle Gesundheitsstatistiken zu Hunger, Stress, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Lungenerkrankungen und Krebs in der Gemeinschaft liefern können.

Die verstärkte Leistungsfähigkeit von WBE für eine umfassende Gesundheitsüberwachung hat die Argumente für den Ausbau der Sanitärinfrastruktur auf der ganzen Welt zum Schutz der menschlichen Gesundheit sowie kritischer Ökosysteme erheblich gestärkt. Die neue Studie zeigt auch die Nützlichkeit der Technik, um der Gesellschaft zu helfen, viele der Ziele der Vereinten Nationen für eine gesündere und nachhaltigere Welt zu erreichen.