City of Detroit, GLWA and Michigan State University partner on virus detection project using the sewer system to help predict outbreaks

 

  • بدأ المشروع في نوفمبر 2017 بعد اجتماعات أولية مع إدارة المياه والصرف الصحي في ديترويت
  • يأخذ فريق بحث MSU عينات من نظام جمع مياه الصرف الصحي في المدينة لتحديد ما إذا كان يمكن الكشف عن تفشي الفيروس في مياه الصرف الصحي غير المعالجة
  • بدأ الفريق مؤخرًا مرحلة ثانية بالشراكة مع GLWA ، بما في ذلك اختبار فيروس COVID-19 في مياه الصرف الصحي غير المعالجة
  • بمجرد دخول نظام تجميع الصرف الصحي في المدينة ، لا تتفاعل مياه الصرف الصحي غير المعالجة مع الأسر أو الشركات قبل وصولها إلى محطة المعالجة

 

ديترويت - بدأت إدارة المياه والصرف الصحي في ديترويت (DWSD) وجامعة ولاية ميشيغان (MSU) مشروع بحث عن الفيروسات في نوفمبر 2017 لتحديد ما إذا كان يمكن الكشف عن الفيروسات في نظام جمع مياه الصرف الصحي في المدينة. قد تكون هذه آلية أخرى لوكالات الصحة العامة ، بما في ذلك إدارة الصحة في ديترويت (DHD) ، للتنبؤ بتفشي الفيروس. كان المشروع الأصلي للكشف عن الفيروسات المعروفة في ذلك الوقت ، والآن ، بتمويل وخبرة فنية من هيئة مياه البحيرات الكبرى (GLWA) ، تطورت لتتبع تفشي COVID-19.

قال العمدة مايك دوجان: "كانت ديترويت في طليعة اختبار وتوفير موارد المجتمع خلال جائحة COVID-19". "يُظهر هذا المشروع مع جامعة ولاية ميشيغان (تم إطلاقه في عام 2017) مرة أخرى أن لدينا عقلية مستقبلية وتعاونية تضع المجتمع في المقدمة."

تظهر نتائج دراسة جامعة ولاية ميشيغان أن الفيروسات يمكن اكتشافها في مياه الصرف الصحي غير المعالجة ، بما في ذلك الفيروسات التاجية ، وعندما يتم ضم هذه البيانات مع بيانات الرعاية الصحية ، فإنها يمكن أن تتبع المزيد من الفاشيات. في الواقع ، أخذ الباحثون البيانات من عينات مياه الصرف الصحي ونظروا إلى البيانات الصحية للمقاطعة لنفس الإطار الزمني. اكتشفوا أن الفيروسات كانت واضحة في نظام جمع مياه الصرف الصحي قبل أسبوعين إلى أسبوعين تقريبًا من رؤية الزيادات في البيانات المبلغ عنها في الأقسام الصحية لتلك الفيروسات نفسها.

قال دنيس فير ، مدير الصحة العامة في مدينة ديترويت: "نحن متحمسون لجهود جامعة ولاية ميشيغان والآثار التي قد تترتب على هذا العمل في دعم استجابتنا لوباء COVID-19". "لقد شجعت وأشيد بأي جهد يسعى إلى تعزيز صحة ورفاهية مجتمعنا."

قالت نائبة مدير DWSD وكبير المهندسين بالنسيا موبلي ، PE ، التي أذنت بمشاركة القسم في الدراسة ، "عندما اتصلت بنا الدكتورة إيرين Xagoraraki حول مشروعها البحثي MSU في خريف عام 2017 ، رأينا على الفور قيمة استخدام نظام جمع الصرف الصحي لمساعدة المسؤولين الصحيين في الكشف عن الفيروسات. وجهت فريق عمل DWSD لمنح الباحثين حق الوصول الكامل. تدعم هذه الشراكة رؤيتنا لكون DWSD مؤسسة أساسية تحل المشكلات في المجتمع. "

ويقود الدراسة إيرين Xagoraraki ، دكتوراه ، أستاذ مشارك في الهندسة البيئية في جامعة ولاية ميشيغان. في عام 2017 ، تلقى الدكتور Xagoraraki منحة مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) لمدة عامين بعنوان: "نظام علم الأوبئة القائم على مياه الصرف الصحي للكشف المبكر عن تفشي الفيروس في ديترويت MI." وأعقب هذه المنحة منحة لمدة عامين من GLWA بعنوان: "SARS-CoV-2 في ديترويت: المراقبة والتنبؤ" والتي بدأت في أبريل 2020.

قال جون نورتون ، مدير أبحاث الطاقة والابتكار في GLWA ، "إن الدعم التقني والمالي المقدم من GLWA لهذا المشروع يتماشى تمامًا مع التزامنا بحماية الصحة العامة". "لهذا المشروع آثار مهمة على توفير إشارة إشعار مسبق بحدوث المرض في المجتمع. سيناريوهات حالة الاستخدام المختلفة التي نقوم بتطويرها لبيانات الفيروسات الموجودة في البيئة لها استخدامات قصيرة ومتوسطة وطويلة المدى. قد يكون الاستخدام قصير المدى لتوفير معلومات تتعلق بأنشطة ولوائح الاستجابة الفورية ، بينما قد يكون الاستخدام متوسط المدى للمساعدة في توجيه الكشف عن الأشخاص المصابين ، والاستخدامات طويلة المدى تتعلق بالأعمال الوبائية العامة فيما يتعلق بالأمراض بشكل عام ".

النهج الذي يستخدمه الدكتور Xagoraraki والفريق يركز على أخذ العينات وتحليل المجتمع المركب. وهي طريقة علم الأوبئة القائمة على مياه الصرف الصحي قابلة للتطبيق مباشرة على المناطق الحضرية الحضرية مع جمع مياه الصرف الصحي المركزية.

قال الدكتور Xagoraraki "إن نهجنا لديه القدرة على تقديم تحذيرات في وقت مبكر عن الأنظمة التقليدية التي تركز على التشخيص السريري - سريعًا أم لا - والتي تقتصر بطبيعتها على تحليل بعد تفشي المرض". "نهجنا يتجاوز المراقبة البسيطة لمياه الصرف الصحي."

تم تطوير نموذجين:

  1. نموذج التعريف الفيروسي (Viral-ID) الذي يحدد التنوع والتكوين الجيني للعدوى الفيروسية في مجموعة سكانية معينة ؛ و
  2. نموذج التنبؤ الفيروسي (Viral-PD) الذي يوفر الكشف المبكر عن تقلبات أمراض فيروسية معينة ، مثل التهاب الكبد و COVID-19 وغيرها ، في مناطق جغرافية معينة بمرور الوقت.


الدراسة الأولية لـ MSU و DWSD
خلال منحة NSF المنجزة مؤخرًا ، تم جمع عينات مياه الصرف الصحي غير المعالجة من نوفمبر 2017 إلى فبراير 2018 لتقييم تنوع مسببات الأمراض الفيروسية البشرية من سكان ديترويت.

لاختبار نموذج معرف الفيروس ، تم جمع العينات وتركيزها وتنقيتها قبل التحليل metagenomic والمعلوماتية الحيوية التي كشفت عن وجود تسلسلات جينومية معوية متعددة ، تنفسية ، منقولة بالدم ومتحولة بالفيروسات. ارتبطت التوقيعات الفيروسية المقاسة بأمراض مهمة سريرياً تم الإبلاغ عنها داخل منطقة الدراسة خلال سنة أخذ العينات. تم تأكيد الأنواع الفيروسية من خلال تحليل qPCR الذي يقيس المناطق الجينية الفريدة ذات الصلة بفيروسات معينة.

لاختبار نموذج فيروسي- PD ، تم ربط تركيز التهاب الكبد A في مياه الصرف الصحي ، إلى جانب معلمات أخرى متعددة ، بالبيانات السريرية. تم الكشف عن زيادات في الإصابة بالتهاب الكبد A في المجتمع المحيط في مياه الصرف الصحي قبل حوالي 7 إلى 9 أيام قبل الإبلاغ عن حالات الأعراض إلى مرافق الرعاية الصحية.

تتسع المرحلة الثانية / المنحة الحالية إلى COVID-19
بالنسبة للعمل الذي تم تمويله مؤخرًا من قبل GLWA ، يقوم أعضاء الفريق من مرفق استعادة موارد المياه التابع للسلطة بجمع العينات أسبوعيًا وتقديمها إلى الدكتورة Xagoraraki لفريقها لتحديد تركيزات فيروسات بيتا التاجية SARS-CoV2 في مياه الصرف الصحي باستخدام تحليل qPCR. علاوة على ذلك ، سيحدد الفريق تنوع الفيروسات البشرية ، مثل فيروسات sRRNA التاجية ، في مياه الصرف الصحي مع تسلسل يليه تحليل metagenomic. لتقدير التقلبات السكانية المساهمة ، تقوم الدكتورة Xagoraraki وفريقها بتحديد تركيزات المؤشرات الحيوية والمستقلبات في مياه الصرف الصحي. لتقدير أوقات احتجاز الفيروسات في نظام جمع مياه الصرف الصحي في المدينة ، يتم تحليل بيانات الشبكة الهيدرولوجية وغيرها من البيانات ونمذجتها. يتم جمع البيانات والبيانات التاريخية عن COVID-19 وخصائص أمراض فيروس بيتا التاجية الأخرى ، مثل أوقات الحضانة ، ومعدلات الإلقاء ومدة الإلقاء ، ونمذجة لتقدير التأخير بين التركيزات الفيروسية المقاسة في مياه الصرف الصحي وبيان أعراض المرض. سيتم استخدام سجلات الأمراض السريرية لتحديد الارتباطات والتحقق من صحة التوقعات. من المتوقع أن تصف النماذج التي تم تطويرها أنماط الأمراض المتوطنة ، وتحديد الفيروسات الجديدة المحتملة ، وتتنبأ بنقاط ساخنة (مقاطعات) ولحظات حرجة (الوقت بالأسابيع) لظهور أو انتشار الفاشيات قبل ظهور المرض بشكل كامل في الإعدادات السريرية.

"إن الطريقة التي نستخدمها هي على مستوى البحث في هذه المرحلة ويجب اتباع خطوات متعددة لجعلها سهلة الاستخدام للمرافق في جميع أنحاء البلاد. الشراكة مع DWSD و GLWA ، التي تدير أكبر محطة معالجة مياه الصرف الصحي في أمريكا الشمالية في موقع واحد ، أمر بالغ الأهمية لتطوير هذه الطريقة. إذا كان من الممكن القيام بذلك هنا مع هذا النظام الضخم وأظهر نتائج تنبؤية ، فيمكن القيام به في مجتمعات أصغر أخرى أيضًا ". قال الدكتور Xagoraraki.

يضم فريق الدكتور Xagoraraki طلاب MSU PhD Brijen Miyani و Camille McCall ، الخريجين الجدد Huiyun Wu و Evan O'Brien ، مدير DWSD Anil Gosine وموظفين آخرين ، GLWA's Norton ، Dr. Andrea Busch و Dr. Xavi Fonoll ، و CDM-Smith's Anna مهروترا وغيرهم من الموظفين.

خصصت DWSD و GLWA موارد الموظفين لتوفير الوصول إلى نظام تجميع الصرف الصحي وتبادل بيانات النظام فيما يتعلق بأحجام الصرف الصحي ومواقع التجميع وعوامل أخرى. وأضاف موبلي: "سنواصل دعم هذا المشروع وننظر في أخذ عينات الصرف الصحي على المدى الطويل".

قال الدكتور جون فيربونكور ، مساعد العميد للأبحاث في كلية الهندسة بجامعة ولاية ميشيغان ، "إذا نجح في توقع تفشي الفيروس على مستوى المجتمع ، فقد يصبح دمج هذه الطريقة في البنية التحتية المدنية أداة رئيسية فعالة من حيث التكلفة لإدارة تفشي المرض في المراحل المبكرة . من خلال إبلاغ مسؤولي الصحة العامة قبل أسبوعين من ظهور الأعراض على الاختبارات الفردية ، يمكن أن تساعد هذه الطريقة في احتواء العدوى للأنظمة من حجم السفن السياحية ، إلى الحرم الجامعي ، إلى المدن الكبيرة ".

وأضاف الدكتور نيراج بوخ ، رئيس قسم الهندسة المدنية والبيئية: "هذه الدراسة هي مثال على كيف يمكن للشراكة بين جامعة ولاية ميشيغان ومدينة ديترويت أن تؤدي إلى تطوير أدوات لإدارة تفشي المرض في المراحل المبكرة".

"أظهرت النتائج أن نهج MSU سيساعد الإدارات الصحية في استخدام نظام الصرف الصحي ليس فقط لدعم تتبع الفيروسات ولكن أيضًا بمثابة نظام إنذار مبكر لتفشي المرض. نحن نرى قيمة قصوى في هذا الجهد وسوف ننظر إلى قابلية البقاء على المدى الطويل ". اختتم المعرض.

الجمهور ليس عرضة لمياه الصرف الصحي غير المعالجة
يجب أن يطمئن الجمهور إلى أنه بمجرد دخول مياه الصرف الصحي إلى أنبوب تجميع المدينة ، فلن يواجهها عامة الناس. معظم النسخ الاحتياطية في الطابق السفلي هي إما مياه الأمطار أو مياه الصرف الصحي غير المعالجة الخاصة بالأسرة. تستخدم عملية المعالجة الكلور لقتل الفيروسات في مياه الصرف الصحي في مرفق استعادة موارد المياه في جنوب غرب ديترويت الذي تديره GLWA. تنصح DWSD و GLWA وخبراء الصحة دائمًا بالاحتياطات عند مواجهة المواد البرازية الخام والصرف الصحي.

حول إدارة المياه والصرف الصحي في ديترويت
تخدم إدارة المياه والصرف الصحي في ديترويت (DWSD) أكثر من 230،000 حسابًا يشمل عددًا من السكان يبلغ حوالي 700،000. تتكون شبكة المياه في DWSD من أكثر من 2700 ميل من المياه الرئيسية وما يقرب من 3000 ميل من أنابيب تجميع الصرف الصحي داخل مدينة ديترويت. لمعرفة المزيد عن DWSD أو لطلب خدمات المياه ، أو إجراء مدفوعات ، أو الإبلاغ عن مشاكل المياه ، اتصل بخدمة عملاء DWSD على 313-267-8000 أو اتصل بنا على www.detroitmi.gov/dwsd.

عن هيئة مياه البحيرات الكبرى
تعد هيئة مياه البحيرات العظمى (GLWA) المزود المفضل لخدمات مياه الشرب لما يقرب من 40 بالمائة وخدمات مياه الصرف الصحي بكفاءة وفعالية لما يقرب من 30 بالمائة من سكان ولاية ميشيغان. مع البحيرات الكبرى كمصدر للمياه ، فإن GLWA في وضع فريد لتزويد أولئك الذين تخدمهم بمياه ذات جودة لا تقبل الشك. تتمتع GLWA أيضًا بالقدرة على توسيع نطاق خدماتها إلى أبعد من 88 مجتمعًا شريكًا. كجزء من التزامها بالقدرة على تحمل تكاليف المياه ، تقدم الهيئة برنامج مساعدة المياه السكنية لمساعدة الأسر ذات الدخل المنخفض في المجتمعات الأعضاء المشاركة في جميع أنحاء النظام. يضم مجلس إدارة GLWA ممثلًا واحدًا من كل من مقاطعات أوكلاند وماكومب وواين ، وممثلين اثنين من مدينة ديترويت ومعينًا من قبل حاكم ميشيغان لتمثيل مجتمعات العملاء خارج منطقة المقاطعة الثلاثية.

###