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

Wenn ein neues Virus von Tieren auf Menschen überspringt, sind die ersten Anzeichen eines Ausbruchs für die Ärzte und Krankenhäuser, die normalerweise Krankheiten überwachen, oft unsichtbar. Die klinische Überwachung, das System zur Beobachtung kranker Patienten, übersieht die frühesten Momente einer Virusverbreitung häufig, da die ersten infizierten Personen möglicherweise nicht krank genug sind, um Hilfe zu suchen, oder ihre Symptome mit etwas Häufigem verwechselt werden könnten. In der Lücke zwischen einem stillen Spillover und einer voll ausgebrochenen Epidemie benötigen Gesundheitsbehörden eine Möglichkeit, zu sehen, was geschieht, bevor die Krankenhausbetten voll werden. Eine vielversprechende Methode besteht darin, den Abfall zu untersuchen, der aus unseren Städten fließt. Da Menschen Viren in ihrem Stuhl und Urin ausscheiden, fungiert das Abwassersystem als ein massiver, automatischer Probennehmer der Gesundheit einer Gemeinschaft. Dieser Ansatz, bekannt als Abwasserüberwachung, bietet eine kostengünstige Möglichkeit, Erreger zu entdecken, ohne jeden einzelnen Menschen testen zu müssen, aber Wissenschaftler haben sich schon lange gefragt, wie nützlich sie genau für das nächste unbekannte Virus wäre, das eine Pandemie auslösen könnte.

Ein Team von Forschern unternahm den Versuch, diese Frage zu beantworten, indem sie ein Computermodell entwickelten, das reale Daten darüber kombinierte, wie Viren den Körper verlassen, mit Simulationen darüber, wie sich Krankheiten in Populationen ausbreiten. Sie warteten nicht auf ein neues Virus; stattdessen erstellten sie ein Rahmenwerk, um zu testen, wie gut die Abwasserüberwachung für verschiedene Arten aufkommender Bedrohungen funktionieren würde. Die Wissenschaftler speisten ihr Modell mit Informationen darüber, wie viel Virus eine Person ausscheidet, wie wahrscheinlich es ist, dass diese Person Symptome zeigt, und wie schnell sich das Virus von einem Menschen zum anderen bewegt. Durch das Durchführen tausender dieser simulierten Ausbrüche konnten sie sehen, unter welchen Bedingungen das Abwassersystem schneller oder zuverlässiger Alarm schlagen würde als das traditionelle System der Beobachtung kranker Patienten.

Die Ergebnisse dieser Simulationen zeigten, dass die Abwasserüberwachung kein Allheilmittel für jedes Virus ist, aber unglaublich wertvoll wird, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Das Modell zeigte, dass das System die Chancen verbessert, einen Ausbruch frühzeitig zu finden oder die Erkennung zu beschleunigen, primlich bei Viren, die in großen Mengen ausgeschieden werden. Konkret zeigte die Methode, dass sie am effektivsten für Viren war, die eine Person in Mengen abgibt, die zwischen einem Hundertstel und dem Zehnfachen dessen liegen, was beim Virus, das COVID-19 verursacht, beobachtet wird. Der Wert dieser Frühwarnung hing auch stark davon ab, wie sich das Virus in einer Population verhält. Das System funktionierte am besten, wenn Infektionen in engen, konzentrierten Schüben auftraten, was zu einem plötzlichen Anstieg der Anzahl der Menschen führte, die das Virus an einem gegebenen Tag ausscheiden. In diesen Szenarien fungiert das Abwassersystem wie ein sensibles Netz, das den Anstieg des viralen Materials auffängt, das klinische Systeme möglicherweise erst übersehen, wenn es zu spät ist.

Die Forscher wandten ihr Rahmenwerk auf mehrere reale Viren an, um zu sehen, wie sie im Vergleich abschneiden würden. Die Eigenschaften von Viren wie SARS-CoV-2, Mpox, Influenza A, Lassa und Zaire Ebola machten sie zu guten Kandidaten für diese Art der Überwachung, da sie dazu neigen, genügend Material auszuscheiden, um detektiert zu werden. Im Gegensatz dazu deutete das Modell darauf hin, dass andere Viren, wie etwa Chikungunya, auf diese Weise möglicherweise nicht so leicht verfolgt werden können, da sie nicht in denselben hohen Volumina oder Mustern ausgeschieden werden. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Abwasserüberwachung zwar ein leistungsstarkes Werkzeug ist, ihr Erfolg jedoch von den biologischen Merkmalen des Virus selbst abhängt. Indem sie diese Merkmale im Voraus verstehen, können Gesundheitsbehörden dieses evidenzbasierten Rahmenwerk nutzen, um zu entscheiden, wo sie ihre Ressourcen investieren, um sicherzustellen, dass diese kostengünstige Erkennungsmethode gegen die Bedrohungen eingesetzt wird, bei denen sie tatsächlich einen Unterschied machen kann.