下水道里的人类健康观测站

2020年2月，新冠病毒抵达西班牙。在加那利群岛的一个游客生病了，然后瓦伦西亚附近的一个人死了。但这些都是个案。没有迹象表明社区传播，所以政府决定不采取遏制措施。

但也有一些科学家知道，这种病毒已经在全国范围内迅速传播，而且没有被发现。收集并分析了瓦伦西亚地区的污水研究小组发现了如此多的病毒RNA，不太可能仅仅来自几个分散的病例。他们写道，我们的研究结果表明，在该地区首次宣布出现病例时，病毒可能已经在当地社区传播。

一周后，事实证明他们是对的。病例数量激增，一个月后，西班牙政府对该国实施了严格的封锁。

像污水这样乱七八糟的东西能提供如此重要的信息，这种想法曾经几乎是可笑的。然而，这场大流行迫使许多人认为，我们冲进厕所的东西对于了解整个社区的健康状况是非常宝贵的。污水处理厂可以作为化学观测站，放大疾病爆发、娱乐性药物使用、人们的饮食、接触持久性化学物质，甚至他们的基因。

但该领域也必须努力解决以这种方式调查人类的伦理问题。乍一看，废水分析似乎是匿名的。但如果应用在足够小的范围内，它就可以挑选一个人无症状Covid感染。由于分离的化学数据无法真正洞察人们的习惯和互动，它有可能抹杀个人经历，并使整个社区蒙羞。

早期预警

小儿麻痹症是首当其冲的疾病之一通过废水监测．1988年，全世界开始努力根除这种疾病;一年后，以色列建立了一个国家污水监测系统，以跟踪其通过接种疫苗消灭病毒的努力。它奏效了:在全球范围内，感染人数从1988年的35万人下降到2019年的不到200人。

从那以后，以色列一直保持着其监测系统的运行——这对他们来说是幸运的，因为它提醒了他们无声的小儿麻痹症流行在2013年。这一结果对一个已被世界卫生组织宣布无脊髓灰质炎的国家来说是一个震惊。一项紧急疫苗接种运动在不到一年的时间内成功控制了疫情。

直到21世纪初，废水分析才真正开始受到关注。“人们意识到，废水是一种信息来源，它可以涉及很多方面，否则这些信息可能会被社会所隐藏，”他说罗尔夫哈尔登他在美国亚利桑那州立大学研究污水流行病学。其中一个隐藏的方面是人们对娱乐性毒品的使用。

第一个证明废水可以追踪药物的概念来自意大利。2005年，研究人员收集波河是意大利最长的河流，流域有500万人口。结果发现它携带了大约4公斤可卡因它的代谢物，benzoylecgonine，每天。研究小组估计，这意味着每1000名年轻人平均每天至少使用27剂疫苗，这一数字大大超过了国家官方数据。

在一些地方，废水分析受到热烈欢迎。2010年，欧盟非法药物机构(EMCDDA)成立了该机构欧洲污水分析核心组．从那以后，每年都有研究人员自愿参加收集来自80个欧洲城市的废水分析里面有没有可卡因摇头丸安非他命,甲基安非他命而且四氢大麻醇．

“(废水分析)带来了其他方法所不具备的东西，比如几乎实时的数据、时间和地理比较，”他解释道若昂Matias他是EMCDDA的流行病学家和科学分析师。化学分析消除了人们对使用物质的数量、频率和类型的主观性。

马蒂亚斯说:“废水比其他工具更能捕捉趋势。”这是2014年欧洲摇头丸使用量急剧上升的第一个指标。“人口调查只显示了两到三年后的增长趋势。“当EMCDDA进行调查时，他们发现生产商已经开始以新的方式推销这种药物，例如制造带有音乐节标志的定制药丸。

公共知识

对于一种快速传播的传染病来说，时间更为关键。“平均而言，我们在发现案件前4到6天就能看到废水的趋势;对于社区的变化和趋势，这是一个非常一致的早期预警系统。艾米·柯比，他领导美国国家废水监测系统．该网络于2020年从零开始建立，用于跟踪新冠病例。她说:“我们看到很多州和地方卫生部门利用这些数据来做决定，特别是在资源分配方面。”这包括确定向何处派遣移动检测设备，并确保医院有足够的用品和工作人员来应对越来越多的患者。

Kirby说，一些地方还将这些数据用于公共卫生指南:告诉人们保持距离，戴口罩并接种疫苗。“我们从卫生部门合作伙伴那里听到的是，那些明确包括废水数据的信息远比那些只说‘费率正在上升’的信息有效得多。”

污水数据甚至可以导致广泛的政策变化。2002年，哈尔登和他的团队发现美国废水中含有大量的triclocarban它是肥皂等个人护理产品常用的抗菌药物。他解释说:“我们发现，三氯卡班正在突破美国各地的处理厂，污染地表水和饮用水资源。”2016年，美国食品和药物管理局禁止使用三氯卡班和其他18种抗菌化合物，部分原因是哈尔登的观察。他说，这是“研究人员第一次能够发现废水中的问题，并收集到足够多的数据来激励联邦政府采取行动”。

在欧洲，废水分析已成为各国用来评估其国家非法药物战略的工具之一。其他地区也纷纷效仿，其中包括澳大利亚，该国目前拥有最全面的娱乐性毒品废水监测网络之一。它已成为早期预警系统的一部分，使废水流行病学家能够报告药物使用或新药的峰值。这提醒了那些与容易受到这些物质伤害的人一起工作的人。

仅仅知道毒品的含量并不能告诉你问题在哪里

但分析化学家回忆说，早年有很多人持怀疑态度Cobus嘉宝来自南澳大利亚大学。“我们无法获得资金，因为人们说‘这些化合物的含量太少了，工业化学品太多了，你们是在浪费时间’。”

何塞•昆塔纳来自圣地亚哥德孔波斯特拉大学，领导着西班牙新兴的国家废水分析网络的他也回忆起人们最初的犹豫。他说，你必须让地方当局相信你想在污水处理厂取样来检测药物，而他们总是害怕任何负面报道。毕竟，分析污水可以揭示残酷的事实。昆塔纳的团队发现该国北部的安非他明含量是西班牙其他地区的10倍，而不仅仅是调查结果的两倍。

戈伯说，有些批评是合理的。“仅仅知道毒品的含量并不能告诉你问题在哪里，也不能说使用者是男性还是女性，是年轻人还是老年人。他补充说，但与此同时，它也让研究人员能够确定一个基线水平和任何干预措施的效果。

例如，它展示了Anom的戏剧性效果，为期三年的诱捕行动在此期间，执法部门截获了通过一个本应安全的消息应用程序发送的数百万条信息。800多人被捕，其中包括许多涉嫌参与贩毒集团的人。澳大利亚废水中的药物含量几乎减半。虽然戈伯指出，可能还有其他因素在起作用，但数据表明，这次行动“严重损害了当地的制药业”。

Gerber说，很多人“已经意识到废水监测实际上是有贡献的”。当然，与我们打交道的警察机构都对我们说，废水监测改变了这个行业。

脏草堆里的针

废水分析的纯技术方面几乎是平凡的。化合物分析用液相色谱法(很少气相色谱法)，然后是质谱法，有时是串联质谱法。当研究人员寻找像病毒这样的生物制剂时，他们使用聚合酶链式反应(PCR)来分析遗传物质。真正的难题在于，如何从废水这样复杂的混合物的背景噪声中分离出有用的信息，然后理解这些数据与科学家想要测量的数据之间的关系。

只有当化合物的确切药代动力学特征已知时，药物浓度才有意义。对于新的精神活性物质来说，这是一个特别的问题，因为人们通常对它们如何在体内转化知之甚少。戈伯说，一种与其他任何化合物在结构上都没有相似之处的化合物几乎不可能被挑选出来。“然而，大部分(新的精神活性物质)往往是彼此的立体异构体。“有大型化合物数据库可以帮助化学家找到质量相似的分子，并将潜在结构缩小到几个可以直接比较的范围。”

我们用废水做了很多事情，而不是用血液或尿液，这真的会改变信号

对于其他化合物来说，问题并不在于未知，而在于它们的分子结构。目前还没有办法测量γ-羟基丁酸，GHB。戈伯解释说:“这是一种微小的分子，而质量探测器对小分子的性能不太好。”GHB也倾向于在旨在消除干扰的预分析过程中去除。

废水中还含有许多其他物质——微生物、抑臭物质、肥皂、漂白剂——这些物质确实会影响结果。哈尔登说，化合物之间的相互作用如何影响浓度“被许多急于测量废水中的某些东西的人低估了”。“他们基本上采用了测量尿液或血液的思维方式，并将其转化为废水。但是我们用废水做的很多事情是我们不会用血液或尿液做的，这真的会改变信号。事物可以被转化，可以被遮蔽，也可以被毁灭。”

柯比说:“我们在废水中最常看到的是腐殖酸、土壤和类似的东西。”美国各地的研究人员收集了数千份样本来追踪Covid病例。“用我们典型的RNA提取程序很难把它们从样本中提取出来，我们的PCR酶也不喜欢它们。”为了解释这些抑制物质，科学家们在样本中加入已知数量的另一种病毒，然后检查回收了多少。

从年末到新年，饮食成分有很大的变化

到2022年底，美国废水网络将开始超越Covid，并跟踪抗生素耐药基因、食源性感染、流感和极耐药真菌假丝酵母耳。“从长远来看，我们的目标是能够利用测序来寻找，基本上，所有的东西——对样本中的所有DNA进行测序，筛选出人类DNA，”Kirby说。

虽然病毒和药物水平的分析已经成为常规，但科学家们开始从废水数据中进行更复杂的推断。“我参与了一项研究，该研究显示第一个应用着眼于社区的饮食趋势环境化学家说文卡特桑Arjun来自美国石溪大学。他和哈尔登一起认定植物雌激素作为饮食生物标记物。钙含量越多，人们吃的水果、蔬菜、谷物和大豆就越多。哈尔登说，在过去的两年里，他的团队甚至发现了与新年决心相关的趋势:“从日历年年底到新年，这些饮食成分发生了重大变化。”

在试图使用废水数据时，还有许多其他标记物正在被监测:isoprostanes为评估社区层面的焦虑，接近肥胖水平的肠道微生物，人类DNA研究共享的遗传特征比如种族，以及一系列的饮食和药物生物标志物与社会经济地位相关．

并不是每一种情况都很清楚这些数据可能被用来做什么是否会认真使用。科学家们警告说，使用生物标记物来广泛地描述各种社区属性可能会将人作为个体排除出去。一名研究人员说:“作为一个拉丁裔，在官方调查中很难被代表，我的身份被进一步抹杀，这令人沮丧。写了在一篇文章中，讨论了如何防止废水数据的科学和道德滥用。

无礼又麻木不仁?

废水的法律地位是模糊的。虽然垃圾属于被遗弃的财产，不能被偷走，但尚不清楚污水是否也是如此。然而在2009年，一名美国法学研究生指出废水监测可能会“把第四修正案冲进厕所”。

美国宪法第四修正案禁止不合理的搜查和扣押。很有理由认为，对一个家庭的污水进行采样和测试构成了需要搜查令的搜查。但是废水研究人员认为这种超颗粒分析不太可能实现。并不是每个家庭都有容易接触到的管道，而且仅仅证明像吸毒这样的小罪行就太昂贵了。

我们有能力为服务不足的社区提供他们所需的信息

但监控学校、监狱或工作场所等较大的单体建筑是完全可能的——而且已经做到了。废水数据帮助了中国的警方追踪并逮捕一个毒品制造商美国的一些大学也是如此监控校园下水道以检测学生宿舍的新冠疫情。但这有识别个体的风险，这正是废水分析通过汇总数千人的数据想要避免的事情。

哈尔登说:“从道德的角度来看，你可以说‘不要做得太小，因为你可能会侵犯别人的隐私’。”“但我们从另一个角度来看，我们能为目前处于不利地位的人做些什么?”你也许可以证明，在一个贫困的社区，因为容易而建造化工厂，人们不成比例地暴露在某些毒素中。我们有能力为服务不足的社区提供他们所需的信息，以推动他们的事业。”

社会科学家说:“道德和法律方面的影响将根据人群的脆弱性而不同。卡丽兰开斯特她来自澳大利亚新南威尔士大学，在那里她研究健康干预的证据。“对于被监禁的人来说，我们谈论的是一个极其边缘化的群体，因此，与污水处理厂层面的监测相比，真正密切的监测对人们的生活产生了非常不同的影响。”

废水数据可能非常污名化，戈伯同意这一点。他说，如果你说你测量的地区存在毒品问题，人们就会把孩子从学校带出来，送到其他地区。

废水监测绝对不能取代传统的调查

就在几年前，澳大利亚出现了一种可以说是最糟糕的废水数据使用方式。政府决定对5000名15岁的社会福利接受者进行随机药物测试，废水证据表明，该流域的非法药物使用率较高．该计划受到了严厉的批评，包括澳大利亚皇家医师学院和澳大利亚人权委员会他说这种做法往好里说是无效的，往坏里说是有害的。反弹之后，政府放弃这个想法．

兰开斯特指出:“如果你想减少与毒品相关的危害，(污水数据)实际上并没有告诉你如何干预，而不是减少毒品使用本身。”“从全球来看，现在更多的是推动政策侧重于前者，而非后者。Venkatesan补充道:“废水监测绝对不能取代传统的调查或边境控制。”

如果我们只使用废水，我们将只知道现实的一部分

即使分析废水的目标是防止像Covid这样的突发公共卫生事件，也需要注意如何使用数据。不敏感的干预措施会加剧恐惧和污名化，从而加剧疫情，一项研究关于2013-2016年埃博拉疫情的报告已经结束。未能解决与恐惧相关的行为加速了疾病的传播，并导致更多的死亡——无论是死于埃博拉，还是死于其他可治疗的疾病，因为人们逃避医院或试图隐瞒自己的疾病。对病毒的恐惧还加剧了对受影响严重国家的人民和产品的歧视，放大了伴随疫情爆发而来的一系列社会问题。

马蒂亚斯说，重要的是要记住，污水监测只能是工具箱中的一种方法。“如果我们只使用废水，我们只知道现实的一部分。你需要有一个居高临下的视角，把所有数据放在一起，以便更好地了解正在发生的事情。

废水分析有时被吹捧比人们自我报告的数据更准确和客观，但这可以消除病毒传播或药物使用背后复杂的社会动态。兰开斯特说:“我们从社会研究中了解到，拥有真正细致的当地知识非常重要。”“我们需要加强化学家、流行病学家、从事公共卫生政策工作的人员和政策制定者之间的对话。”

她补充说:“重要的是不要认为(废水分析)超出了伦理审查的范围，因为它似乎已经从个人和他们的身体中去除了。”在过去的几年里，她越来越乐观地认为，当污水监测数据转化为政策时，它可以被用于好的方面。“我看到它是如何在病毒爆发的背景下使用的，例如，抗微生物药物耐药性，我认为它是一个非常棒的工具，实际上有很多希望。”她认为，在低收入和中等收入环境中，废水分析具有特别的潜力，因为在这些环境中，日常健康数据收集可能很困难或很昂贵。

哈尔登说:“最大的问题是，我们是要充分利用废水来帮助和增强人们的能力，还是仅仅将其用于监控目的。”“你可以用收集到的信息做很多事情。我认为建立一个伦理、道德和法律框架，允许我们负责任地使用这项技术非常重要。”

卡特里娜Krämer是高级科学记者manbetx手机客户端3.0