检视“城市的良心”：污水流行病学揭秘

英国《新科学家》周刊网站8月16日刊登克莱尔·安斯沃思的一篇文章，题为《下水道里的秘密帮助保护我们不得传染病》，全文摘编如下：

一座城市，每天吞吐量最大的是什么？你会认为，如果是港口城市，那应该是船只；如果是内陆城市，那应该是火车、汽车或飞机。

不，答案其实是水。

每天进出城市的水比任何货物都要多。情况大概是这样的：流进来的水很干净，流出去的水则几乎记录了城市中人类的所有活动。

无声的生化供词

越来越多的研究人员把注意力投向城市下水道。这里的污水含有数百万人口无声的生化供词。通过“倾听”这些供词，科学家可以绘制出关于我们的健康、财富和环境的详细一览图，可以预防和追踪流行病，甚至在新式“定制”毒品的大规模不良影响显现之前就发现它们。

这个领域称作污水流行病学，它不仅可能给公共卫生带来革命性的变化，还可能改变我们对污水的看法，不再视它为恶心的垃圾，而是看做无价之宝。

美国亚利桑那州立大学的罗尔夫·霍尔登说：“你可以把一座城市看做一个巨大的有机体。它有一套新陈代谢机制。”因此污水就好像我们社会的血流。

你可能以为，在自家最小的房间里发生的事情只有你和马桶知道。然而，一旦你按下冲水按钮，厕所内私人活动的产物就迅速公开。它们沿着下水道进入排水沟，最后到达当地的污水处理厂。

领先病毒一步

例如，科学家在2019年新冠疫情初期就意识到，可以在污水中检测新冠病毒。他们能早在人们集中发病数天前就从污水样本中检测到少量病毒，从而预测病毒的传播区域，使卫生部门能够相应调配资源。不仅如此，霍尔登估计，以这种方式追踪病毒比临床检测便宜大约60倍。

公共卫生当局很快意识到这种技术的意义。美国疾病控制和预防中心2020年启动全国污水监测系统，并给用这种方式监测新冠病毒的相关项目拨款约2.2亿美元。在其他一些国家和地区，这也成为让政府领先疫情一步的重要因素。霍尔登说：“这是真正的转折点，许多人开始相信这项技术并投入实践。”

用这种方法追踪疾病的威力在2022年2月变得非常明显：英国伦敦污水样本中检测出脊髓灰质炎病毒，而当时还没出现任何临床病例。基于这样的检测结果，有关方面很快将向全市儿童提供强化疫苗。本月，美国也开始改造在污水中监测新冠病毒的工具，用来监测猴痘在一些州的传播。

检测容易分析难

但是，这样的监测其实只触及了污水流行病学的皮毛。原则上，这门学科能检测出污水中的几乎任何物质，从饮食、压力标志物、处方药到个人护理产品。检验人员甚至可以确定某种化合物是否曾经过人体，因为肝脏会给经过它的所有物质添加一个化学标签。

污水监测能起到什么作用，这在一定程度上取决于样本来自何处。所有污水最终都将流向污水处理场。在这里取样可以查看很多人的情况，也就是说，可以很好地全面了解整体人群接触某种化学物质或者感染物的情况。另一方面，污水中的许多化学物质，尤其是与人体新陈代谢有关的化学物质，在到达污水处理厂时已经分解。但那些分子可以在更上游的地方捕获。科学家也可以直接从下水道取样，从而更详细地了解某个社区甚至各个建筑内的实时状况。例如，在疫情期间，他们利用这种方法追踪养老院、医院和其他人员聚集场所的感染情况。

阿尔姆帮助成立了Biobot分析公司，以便从污水样本中获得有意义的发现。该公司利用计算机建模和机器学习把多种数据汇集起来，比如住房地图和城市中有多少人可能在服用某种非法药物的数据，以预测何时何地从排污系统中取样最好。与此同时，霍尔登则是AquaVitas公司的首席执行官。这家公司正在利用类似方法帮助卫生部门监测公共卫生威胁。

应用领域广泛

这种对污水近乎实时的量化分析使政府得以追踪毒品市场活动等情况。澳大利亚已经在这么做了。南澳大学的理查德·巴德和同事在一项研究中发现，这种方法还能发现新的“定制”毒品。

澳大利亚昆士兰大学的凯文·托马斯说，污水监测还可以用来检查公共卫生政策是否奏效。他和同事对有关样本进行研究，以弄清最低限价政策对澳大利亚北部地区的酒类消费有何影响。他们发现，这项政策在2018年10月生效后，酒类消费立即下降了三分之一以上，但15个月后又恢复到接近政策出台前的水平，表明需要采取额外措施来维持消费下降的趋势。

无独有偶，英国巴斯大学的芭芭拉·卡斯普日克-霍登及其同事也一直在英国检测污水样本，以寻找抗生素以及耐药细菌基因的踪迹。这将提供一条基线，检验以减少抗生素使用来解决耐药性问题的措施效果如何。

更深入的洞见

把这些数据与其他信息相结合，就可以产生更为深入的洞见。昆士兰大学的杰克·奥布赖恩领导的一个研究小组把澳大利亚的人口普查数据与一系列生物标记物——人体产生的化学物质——进行相关性研究，以探查社会经济学、饮食和药物摄入之间的关系。他们发现，较富裕、受教育程度较高的人群摄入的柑橘类水果、纤维素和咖啡因更多，较贫困的人群则摄入更多阿片类止痛药、抗抑郁药和高血压药。这表明，可以利用污水来研究对公共卫生有决定作用的社会、经济和人口学因素。在长期研究中，它甚至可以用于追踪非传染性疾病的发病率，例如糖尿病和心理疾病。

污水流行病学家喜欢援引维克多·雨果的话，这位法国文坛巨匠曾说，巴黎的下水道是“城市的良心”，一个揭示社会隐藏真相的地方。如今，多亏了科学，人们得以详尽地检视这一良心。