The public health value of wastewater surveillance for viruses with pandemic potential: a modelling study

عندما ينتقل فيروس جديد من الحيوانات إلى البشر، غالبًا ما تكون العلامات الأولى لتفشي المرض غير مرئية للأطباء والمستشفيات التي تتبع الأمراض عادةً. فالترصد السريري، وهو نظام مراقبة المرضى المصابين، كثيرًا ما يغفل اللحظات الأولى لانتشار الفيروس لأن المصابين الأوائل قد لا يشعرون بمرض كافٍ يدفعهم لطلب المساعدة، أو قد تُفسر أعراضهم على أنها شيء شائع. وفي المساحة الفاصلة بين الانتقال الصامت للفيروس وبين الوباء واسع النطاق، يحتاج مسؤولو الصحة العامة إلى وسيلة لمعرفة ما يحدث قبل أن تمتلئ أسرة المستشفيات. وتتضمن إحدى الطرق الواعدة النظر في النفايات التي تتدفق من مدننا؛ فبما أن البشر يفرزون الفيروسات في برازهم وبولهم، فإن نظام الصرف الصحي يعمل كأداة أخذ عينات تلقائية وضخمة لصحة المجتمع. هذا النهج، المعروف باسم ترصد مياه الصرف الصحي، يوفر طريقة منخفضة التكلفة للكشف عن مسببات الأمراض دون الحاجة إلى اختبار كل شخص على حدة، لكن العلماء ظلوا يتساءلون طويلاً عن مدى فائدة ذلك بالضبط بالنسبة للفيروس المجهول القادم الذي قد يهدد بالتسبب في جائحة.

لقد شرع فريق من الباحثين في الإجابة على هذا السؤال من خلال بناء نموذج حاسوبي يجمع بين البيانات الحقيقية حول كيفية خروج الفيروسات من الجسم ومحاكاة لكيفية انتشار الأمراض عبر السكان. لم ينتظروا ظهور فيروس جديد؛ بل أنشأوا إطار عمل لاختبار مدى نجاح ترصد مياه الصرف الصحي لمختلف أنواع التهديدات الناشئة. غدّى العلماء نموذجهم بمعلومات حول كمية الفيروس التي يفرزها الشخص، ومدى احتمالية ظهور الأعراض عليه، وسرعة انتقال الفيروس من شخص لآخر. ومن خلال تشغيل الآلاف من عمليات التفشي المحاكية هذه، استطاعوا معرفة الظروف التي سيعمل فيها نظام الصرف الصحي كجرس إنذار بشكل أسرع أو أكثر موثوقية من النظام التقليدي المتمثل في مراقبة المرضى المصابين.

كشفت نتائج هذه المحاكاة أن ترصد مياه الصرف الصحي ليس حلاً سحرياً لكل فيروس، ولكنه يصبح ذا قيمة هائلة عندما تتحقق شروط معينة. فقد أظهر النموذج أن هذا النظام يحسن فرص العثور على تفشٍ مبكراً، أو يسرع عملية الكشف، بشكل أساسي بالنسبة للفيروسات التي تُفرز بكميات كبيرة. وتحديداً، أظهرت الطريقة أنها كانت أكثر فعالية للفيروسات التي يطلقها الشخص بكميات تتراوح بين جزء من مئة إلى عشرة أضعاف ما يُرى مع الفيروس المسبب لـ كوفيد-19. كما اعتمدت قيمة هذا الإنذار المبكر بشكل كبير على كيفية سلوك الفيروس داخل المجتمع؛ حيث كان النظام يعمل بشكل أفضل عندما تحدث الإصابات في نوبات مركزة ومكثفة، مما يخلق طفرة مفاجئة في عدد الأشاء الذين يفرزون الفيروس في أي يوم معين. في هذه السيناريوهات، يعمل نظام الصرف الصحي مثل شبكة حساسة، تلتقط موجة المواد الفيروسية التي قد تخطئها الأنظمة السريرية حتى فوات الأوان.

طبق الباحثون إطار عملهم على عدة فيروسات من العالم الحقيقي لمعرفة كيف ستصمد. وقد بدت خصائص فيروسات مثل سارس-كوف-2 (SARS-CoV-2)، وجدري القردة (Mpox)، والإنفلونزا أ (Influenza A)، ولاسا (Lassa)، وإيبولا زئير (Zaire Ebola) تجعلها مرشحة جيدة لهذا النوع من المراقبة، لأنها تميل إلى إفراز كميات كافية من المواد ليتم رصدها في النفايات. وفي المقابل، أشار النموذج إلى أن فيروسات أخرى، مثل حمى تشيكونغونيا (chikungunya)، قد لا يكون تتبعها بهذه السهولة، لأنها لا تُفرز بنفس الأحجام أو الأنماط العالية. وتخلص الدراسة إلى أنه بينما يعد ترصد مياه الصرف الصحي أداة قوية، فإن نجاحه يعتمد على السمات البيولوجية للفيروس نفسه. ومن خلال فهم هذه السمات مسبقاً، يمكن لمسؤولي الصحة العامة استخدام هذا الإطار القائم على الأدلة لتحديد مكان استثمار مواردهم، لضمان نشر طريقة الكشف منخفضة التكلفة هذه ضد التهديدات التي يمكنها أن تحدث فيها فرقاً حقيقياً.