Co ścieki mówią o społeczeństwie?
Epidemiologia ściekowa jako narzędzie przyszłości
System kanalizacyjny staje się największym i najbardziej anonimowym źródłem danych o zdrowiu populacji. Dzięki analizie ścieków można wykrywać epidemie, monitorować konsumpcję leków i narkotyków, a nawet identyfikować nowe zagrożenia zdrowotne, zanim pojawią się w statystykach medycznych. Dawniej ścieki postrzegano jako odpad, który wymaga oczyszczenia. Przez kilkuletnie badania i doświadczenia zaobserwowano, że ścieki mogą być również bogatym źródłem informacji o stanie zdrowia ludzi – między innymi wiedzy epidemiologicznej.
Jako przykład warto wskazać medialne doniesienie o wykryciu jesienią 2024 r. materiału genetycznego wirusa polio w warszawskich ściekach. Z jednej strony przypomniały o zagrożeniu, o którym zdążyło zapomnieć lub nigdy nie słyszało wiele osób, a z drugiej, podkreśliły często nieuświadomiony potencjał informacyjny, jaki drzemie w ściekach komunalnych. Warto więc wspomnieć, iż już w latach 40. ubiegłego wieku wykorzystywano je do wykrywania i tłumienia wybuchów epidemicznych w USA, zwłaszcza polio.
Ścieki w przeciwieństwie do badań ankietowych są całkowicie anonimowe, obejmują praktycznie całą populację oraz pozwalają na ciągły monitoring.
Jak działa epidemiologia ściekowa?
Wraz ze ściekami do sieci trafiają nie tylko produkty przemiany materii, ale również materiał genetyczny wirusów, bakterii, pozostałości leków czy substancji psychoaktywnych. Do zwiększonego zainteresowania badaniami epidemiologicznymi przyczyniła się pandemia COVID-19. Wdrożono wówczas metody pozwalające śledzić materiał genetyczny SARS-CoV-2 w próbkach ścieków komunalnych i tym samym odzwierciedlać sytuację epidemiologiczną w danym regionie. W wielu krajach wzrost stężenia materiału genetycznego wirusa SARS-CoV-2 w ściekach pojawiał się kilka dni przed wzrostem liczby zgłaszanych zachorowań, co dało możliwość wcześniejszego reagowania służby zdrowia.
Schemat badania danej próbki.
Pobór próbek ścieków odbywa się najczęściej na dopływie do oczyszczalni lub w wybranych punktach sieci kanalizacyjnej. Próbki mogą być pobierane jednorazowo lub w sposób ciągły przez automatyczne próbniki, co pozwala uzyskać bardziej reprezentatywny obraz sytuacji w danym obszarze. Następnie materiał trafia do laboratorium, gdzie przeprowadzana jest izolacja interesujących związków takich jak kwasy nukleinowe wirusów i bakterii, metabolity leków, substancji psychoaktywnych czy innych markerów biologicznych. W zależności od celu badania wykorzystuje się zaawansowane techniki biologii molekularnej, chromatografii oraz spektrometrii mas. Uzyskane wyniki poddawane są analizie i interpretacji. Na tej podstawie możliwe jest określenie poziomu występowania konkretnych patogenów lub substancji takich jak RNA wirusów, bakterii opornych na antybiotyki, metabolity leków, metabolity narkotyków oraz markery zdrowotne w populacji obsługiwanej przez daną oczyszczalnię.
Schemat ten przedstawia poniższa grafika:
Analiza ścieków jako narzędzie monitorowania konsumpcji substancji psychoaktywnych
Oprócz badania ścieków pod kątem epidemiologicznym, duże znaczenie nabrało pozyskiwanie informacji z danych prób o poziomie konsumpcji substancji psychoaktywnych wśród społeczeństwa takich jak kokaina, amfetamina, MDMA, metamfetamina, nikotyna oraz alkohol. Obraz, który pokazuje jakie regiony kraju borykają się z problemem nadużywania substancji psychoaktywnych, może być przełomem w walce z uzależnieniami. Przykładem jest sytuacja z 2021 r., kiedy szerokim echem odbiły się wyniki badań dotyczące zawartości narkotyków w krakowskiej kanalizacji. Na podstawie analizy próbek z miejskich oczyszczalni ścieków Europejskie Centrum Monitorowania Narkotyków i Narkomanii opracowało raport, zawierający szczegółowe dane na temat spożycia niedozwolonych substancji.
Kanalizacja jako element nadzoru epidemiologicznego
Kolejną korzyścią z badania ścieków komunalnych jest wczesne ostrzeganie przed nowymi epidemiami. Polega ono na monitorowaniu wirusa grypy, RSV, wirusów jelitowych, nowych patogenów odzwierzęcych. W przyszłości sieci kanalizacyjne mogą nawet pełnić funkcję biologicznego systemu alarmowego dla miast oraz wsi.
Ograniczenia i wyzwania związane z wykorzystaniem epidemiologii ściekowej
Istnieje jednak dużo wyzwań i kwestii etycznych związanych z epidemiologią ściekową. Mimo że uznawana jest ona za jedno z najbardziej obiecujących narzędzi monitorowania zdrowia publicznego, jej rozwój wiąże się z szeregiem wyzwań technicznych, organizacyjnych i etycznych. Wraz ze wzrostem zainteresowania tą metodą coraz częściej pojawiają się pytania dotyczące granic jej zastosowania oraz sposobów interpretacji uzyskiwanych danych. Jednym z najczęściej poruszanych zagadnień jest kwestia ochrony prywatności.
Analiza ścieków prowadzona na poziomie całych miast czy wsi nie pozwala na identyfikację konkretnych osób, ponieważ wyniki odnoszą się do dużych grup mieszkańców. Sytuacja staje się jednak bardziej złożona w przypadku monitoringu prowadzonego na mniejszych obszarach, takich jak osiedla, akademiki, zakłady pracy czy szkoły. W takich przypadkach pojawiają się obawy dotyczące możliwości pośredniego wskazywania określonych grup społecznych i ryzyka stygmatyzacji społeczności, w których wykryto podwyższony poziom określonych substancji lub patogenów. Kolejnym wyzwaniem pozostaje właściwa interpretacja wyników. Dane uzyskane z analizy ścieków są obarczone wieloma zmiennymi, takimi jak warunki pogodowe, stopień rozcieńczenia ścieków, charakterystyka sieci kanalizacyjnej czy zmienność liczby osób przebywających na danym obszarze. Z tego względu wzrost lub spadek stężenia określonego markera nie zawsze przekłada się bezpośrednio na rzeczywistą skalę zjawiska w populacji. Wymaga to stosowania zaawansowanych modeli statystycznych oraz ostrożności przy formułowaniu wniosków. Istotną barierą są również koszty prowadzenia monitoringu.
Choć pobór próbek ścieków jest relatywnie prosty, ich analiza wymaga specjalistycznej aparatury laboratoryjnej, wykwalifikowanego personelu oraz odpowiedniego systemu zarządzania danymi. Regularne monitorowanie dużych obszarów może generować znaczne koszty operacyjne, co stanowi wyzwanie szczególnie dla mniejszych jednostek samorządowych oraz przedsiębiorstw wodociągowo-kanalizacyjnych. Pomimo tych ograniczeń eksperci są zgodni, że epidemiologia ściekowa będzie odgrywać coraz większą rolę w systemach ochrony zdrowia publicznego. Kluczowym wyzwaniem najbliższych lat będzie znalezienie równowagi pomiędzy wykorzystaniem potencjału tej technologii a zachowaniem wysokich standardów etycznych, ochrony prywatności oraz jakości danych. Od sposobu rozwiązania tych kwestii zależeć będzie skala przyszłego wykorzystania ścieków jako źródła informacji o stanie zdrowia społeczeństwa.
Paradoksalnie największym wyzwaniem epidemiologii ściekowej nie jest dziś technologia, lecz odpowiedź na pytanie, jak wykorzystać ogromną ilość pozyskiwanych danych w sposób etyczny, odpowiedzialny i społecznie akceptowalny. W przyszłości oczyszczalnie ścieków mogą stać się nie tylko elementem infrastruktury środowiskowej, ale również strategicznymi punktami monitorowania zdrowia publicznego. Kanalizacja, której zadaniem było dotychczas jedynie odprowadzanie ścieków, staje się jednym z największych systemów diagnostycznych współczesnych miast oraz wsi.
Sandra Mączyńska
Dział Rolnictwa Ekologicznego i Ochrony Środowiska
