Nešto je u otpadnim vodama

Zemlje diljem svijeta učinile su analizu otpadnih voda standardnom javnozdravstvenom mjerom, a SAD zaostaje za mnogima od njih

Početkom ožujka 2020. g. i sve većom pojavom slučajeva Covid-19, američki nosač zrakoplova U.S.S. Theodore Roosevelt zaputio se u Da Nang, u Vijetnamu, na zakazanu proslavu 25. godišnjice diplomatskih odnosa među državama. U to vrijeme već je gotovo 100.000 slučajeva Covid-19 potvrđeno širom svijeta, više od 3000 ljudi umrlo je od njega, kada se tisuće mornara slilo s broda da bi pet dana družilo s lokalnim stanovništvom, pozirajući za fotografiranje, noćenje u lokalnim hotelima, i igrajući košarku s vijetnamskom djecom.

Manje od dva tjedna nakon isplovljavanja, tri člana posade bila su pozitivna na SARS-CoV-2, virus koji uzrokuje Covid-19. U sljedećim tjednima bolest je prošla kroz brod, na kraju zarazivši 1.271 od gotovo 5.000 mornara, uključujući kapetana broda. Dvadeset i tri mornara su hospitalizirana, a četvorica su primljena na intenzivnu njegu. Jedan mornar je umro. Vršiteljica dužnosti ministra mornarice otpustila je kapetana zbog zaobilaženja zapovjednog lanca kad je molio za pomoć u krizi, prije nego što je i sama vršiteljica dužnosti podnijela ostavku.

Tisućama milja daleko, bez izlaza na more u predgrađu krivudavih cesta i osunčanih dvorišnih bazena, Christian Daughton, umirovljeni znanstvenik za zaštitu okoliša iz Agencije za zaštitu okoliša, pratio je katastrofu koja se odvijala putem interneta iz svog kućnog ureda smještenog u kuhinji. Bivši šef podružnice koja je slovila kao jedan od najistaknutijih EPA-inih medicinskih laboratorija za zaštitu okoliša u zemlji, znao je da se nešto moglo učiniti - da postoji način kako da se pomogne. Preko kolege iz EPA-e [Environmental Protection Agency], Daughton je kontaktirao ured šefa pomorskih operacija kako bi obavijestio mornaricu o načinu kojim se može otkriti virus prije nego što se mornari zaraze - i, što je najvažnije, prije nego što se zaraza poput eksplozije proširi na ostatak posade.

Ali to je bilo kao da je Daughton odveslao gumenjakom do pramca broda i lupkao po trupu. Nije dobio nikakav odgovor. Daughton, kojemu su danas 72 godine je bio frustriran, ali ne i iznenađen. Godinama su vladini službenici podcjenjivali njegov rad.

Epidemiološka mjera s kojim je Daughton htio upoznati vladu se odnosi na običan zahod. Prvi put je to predložio još prije 20 godina: ispitivanje otpadnih voda u korist javnog zdravstva. Područje nazvano epidemiologija zasnovana na otpadnim vodama započelo je početkom 2000-ih godina s izdvajanjem ostataka ilegalnih supstanci kako bi dobila slika upotrebe tih nedozvoljenih sredstava u društvu. No, tijekom posljednja dva desetljeća epidemiologija koja se temelji na otpadnim vodama proširila se i na druge tvari, poput lijekova i alkohola; patogena, kako bi se identificirale postojeće i nove zarazne bolesti; i tvari izlučenih iz tijela čovjeka, koje daju sliku cjelokupnog zdravlja određene populacije. Istraživanje se može provesti na jednom postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda ili može obuhvatiti veće područje od gotovo tri četvrtine američkog stanovništva i otprilike 25 posto ljudi širom svijeta.

Daughton i drugi stručnjaci vjeruju da bi epidemiologija zasnovana na otpadnim vodama - brza, jeftina i prilagodljiva - mogla pomoći u poboljšanju javnog zdravstva u Sjedinjenim Državama, gdje, prema izvješću iz 2013. godine, od strane nekih od vodećih zdravstvenih stručnjaka u zemlji, stanovnici žive kraće, pate od pretilosti i kroničnih bolesti te ima više mrtvorođene djece nego u zemljama koje su na istom stupnju razvoja. Nadzor nad otpadnim vodama bi mogao pomoći u rješavanju ovih izazova pružajući nepobitne zdravstvene dokaze o zdravstvenom stanju cijelih regija - bez obzira na pristup zdravstvenoj zaštiti ili sudjelovanje u testiranju ili istraživanjima.

Kada je Daughton prije 20 došao na tu ideju, brojne zemlje diljem svijeta su već analizu otpadnih voda uvele kao standardnu javnozdravstvenu mjeru - a to stečeno znanje su mogle iskoristiti i tijekom krize Covid-19. No Daughton i drugi smatraju da SAD, koje proizvode 34 milijarde litara otpadnih voda dnevno, još uvijek nisu na odgovarajući način iskoristile ove zdravstvene podatke za borbu protiv Covid-19 i u borbi protiv drugih drugih zdravstvenih izazova.

Dok su se prvi mjeseci pandemije odvijali u Sjedinjenim Američkim Državama i Daughton je čitao vijesti za vrijeme doručka, znao je da bi testiranje otpadnih voda, kad je patogen počeo širiti se, možda spasilo živote. No, tada su se malo američkih zdravstvenih dužnosnika uopće poznavalo s tom disciplinom. Tek su mjeseci kasnije zajednice u SAD-u počele aktivno koristiti otpadne vode kako bi pomogle u suzbijanju pandemije - a medijska ludnica je nastupila krajem svibnja. No, do tog vremena gotovo 2 milijuna Amerikanaca je već bilo zaraženo virusom SARS-CoV-2, a 100.000 je umrlo. "To je bilo nevjerojatno frustrirajuće i obeshrabrujuće," rekao je.

Iako postoje neki znakovi promjene - uključujući novo financiranje od Nacionalne zaklade za znanost i drugi interes federacije - Daughton smatra da je to premalo i prekasno. Danas, kad su smrti od Covida-19 premašile pola milijuna u SAD-u, novi varijanti virusa cirkuliraju široko, a kampanje cijepljenja napreduju, istraživanje otpadnih voda će ostati relevantno.

Povijest epidemiologije otpadnih voda otkriva što je sputavalo njezin razvoj u SAD-u: zabrinutost zbog narušavanja privatnosti i stigmatizacije u društvu, političari koji donose odluke o znanstvenim istraživanjima te nedostatak namjenskog financiranja. Stručnjaci vjeruju da ovo područje ima ogroman potencijal za rješavanje postojećih i budućih prijetnji zdravlju. No čak ni Daughton nije siguran da je SAD napokon spreman iskoristiti puni potencijal analize otpadnih voda. Unatoč rastućem interesu, rekao je: “Za nešto ovako važno, pomislio bih da bi napredak trebao biti brži.

Kada se Daughton pridružio EPA-i 1991. godine, postavljen je na čelo tima od oko 20-ak ljudi, po struci kemičara, u laboratoriju u Las Vegasu. Od samog početka, bio je znanstvenik koji je često izlazio iz zadanih okvira. U to je vrijeme EPA regulirala popis od oko 126 toksičnih tvari koje su identificirane kao glavni zagađivači – uglavnom sastojke pesticida i industrijskih kemikalija. No, taj je popis bio sastavljen još '70-ih i obuhvaćao je samo one tvari koje se tadašnjom tehnologijom moglo detektirati. Daughtonov tim imao je zadatak razviti metode za otkrivanje tih kemikalija u tlu, primjerice na Superfund lokacijama [mjesta izrazito zagađena opasnim otpadom koja zahtijevaju sanaciju], i u vodi, kako bi ih EPA mogla učinkovito regulirati.

Ali Daughton se suprotstavio onome što je smatrao pretjerano uskim područjem. „Postoji cijeli niz kemikalija kojima su ljudi svakodnevno izloženi,” rekao je. No, EPA je bila ograničena provođenjem postojećih propisa i pokazivala je malo interesa za nove vrste tvari koje bi mogle zahtijevati dodatnu regulaciju. Usprkos tome, Daughtonov tim kemičara je bio spreman za znatno više. Razvili su nove analitičke tehnike koje su im omogućile identificiranje kemijskih spojeva koji nisu bili na popisu. Stoga su, uz svoje redovne dužnosti u EPA-i, započeli sa istraživanjem novih tvari – skupine kemikalija koje je regulativa Agencije uglavnom zanemarivala, a za koje se Daughton bojao da bi mogle predstavljati prijetnju ljudskom zdravlju i okolišu.

Daughton je ove tvari nazvao PPCP-ima – farmaceutici i proizvodi za osobnu njegu [Pharmaceuticals and Personal Care Products]. PPCP-i su kemikalije koje se nalaze u proizvodima koje ljudi svakodnevno koriste, poput lijekova, losiona i zubnih pasta, a mnoge od njih završavaju u kanalizaciji. Iako su istraživanja pokazala da se ove tvari mogu nakupljati u ribama i imati ekološke posljedice, još uvijek nije posve jasno kako sveprisutne, niske koncentracije PPCP-a u vodi za piće, rijekama i jezerima utječu na ljudsko zdravlje. Daughton je bio zabrinut da bi prisutnost ovih tvari u otpadnim vodama, koje su istraživači u Sjedinjenim Državama uglavnom zanemarivali, mogla polako i neprimjetno promijeniti cijele ekosustave. Također se pitao može li dugotrajna izloženost malim količinama mnogih od ovih tvari uzrokovati ozbiljne bolesti kod ljudi. Međutim, kako je rekao za Undark [nezavisni online magazin koji se bavi temama kao što su znanost, tehnologoja i društvo], teško je uspijevao uvjeriti čelne ljude Agencije da ove kemikalije zaslužuju pozornost i daljnje istraživanje. Agencija nije poduzela nikakve regulatorne mjere.

Ali to nije zaustavilo Daughtona. Objavio je niz radova o PPCP-ima i održao prezentacije diljem zemlje, ukazujući na potencijalne rizike, poput utjecaja koje mogu imati malene koncentracije antidepresiva u vodama na razmnožavanje životinja. Pokrenuo je i internetsku stranicu kako bi te informacije podijelio sa znanstvenicima i širom javnošću. Počeo je poticati članove svog laboratorija da osmisle sažetke opisa svojih istraživanja kako bi bili razumljivi svima. Njegov je rad ukazao da postoji široka prisutnost ostataka lijekova u vodi za piće, koje nije uvijek bilo moguće potpuno ukloniti redovnim metodama pročišćavanja. Javnost je bila uznemirena, a izazvao je i reakciju farmaceutske industrije. Daughton se prisjeća poziva jednog službenika EPA-e iz Washingtona, za kojeg vjeruje da je bio pod pritiskom farmaceutskih lobista, da ga natjera da prestane s istraživanjem. „Shvatio sam to kao pokušaj zastrašivanja, rekao je. (Iz EPA-e su za Undark izjavili da nemaju nikakav zapis o tom pozivu.)

Daughton je nastavio s radom, a nekoliko godina nakon što je počeo raditi na PPCP-ima, proširio je svoj područje istraživanja. Umjesto da kemikalije u otpadnim vodama promatra samo kao zagađivače, želio ih je koristiti kao smjernice za novu vrstu istraživanja. Tako je 2001. g. predložio da istraživači analiziraju tvari u otpadnim vodama kako bi bolje razumjeli ljudsko ponašanje. Smatrao je da bi se mjerenjem ostataka psihotropnih tvari – poput tragova kokaina – u kanalizaciji moglo procijeniti ukupna upotreba droga. Takvo istraživanje predstavljalo bi „jedinstvenu poveznicu”, kako je tada napisao, „između znanosti o zaštiti okoliša i društvenih znanosti”, te ponudilo „radikalno inovativnu” metodu za procjenu količine droga koja se koristi u američkom društvu.

Daughtonov prijedlog predstavljao je značajan zaokret u odnosu na njegov dotadašnji rad na PPCP-ima, gdje ga je brinulo koje posljedice imaju na ljudsko zdravlje i okoliš, nakon što bi kemikalije ušle u otpadne vode. Ovaj novi pristup je istraživao uzroke - doslovno kroz javne toalete - kako bi pružio uvid u ljudsko zdravlje i aspekte ljudskog ponašanja koji su do tada bili mahom nepoznati. Shvatio je da EPA vjerojatno neće biti previše oduševljena ovim novim pristupom - Agencija nije regulirala ostatke lijekova u otpadnim vodama. No, postavio je konceptualni okvir u nadi da će ga drugi istraživači podržati. Nekoliko godina kasnije, skupina talijanskih znanstvenika prihvatila je Daughtonovu ideju i počela tražiti tragove kokaina u kanalizaciji u najvećoj rijeci u zemlji - Po, u koju se ispuštaju otpadne vode iz uređaja za pročišćavanje kapaciteta za oko 5 milijuna ljudi.

Talijanski je tim 2005. g. objavio alarmantnu studiju koja je pokazala da u rijeci Po svakodnevno plove ostaci koji odgovaraju količini od oko 160.000 doza kokaina — količinu znatno veću od nacionalnih procjena konzumacije kokaina, toliko veliku da je iznenadila i same znanstvenike. Talijanska studija, objasnio je Daughton, pokazala je da njegova ideja funkcionira, te je potaknula ogroman interes za ovu novu vrstu istraživanja otpadnih voda.

Europski su znanstvenici prihvatili ovaj pristup i osnovali Sewage Analysis Core Group Europe, ili skraćeno SCORE, multinacionalni konzorcij s ciljem pokretanja široke analize otpadnih voda radi otkrivanje droga. U svojoj prvoj studiji, objavljenoj 2012. godine, SCORE-ovi istraživači analizirali su otpadne vode iz 19 gradova u 11 zemalja, što je zapravo predstavljalo analizu urina za oko 15 milijuna ljudi. EU je usvojila testiranje otpadnih voda kao standard za praćenje uporabe droga te je osigurala višegodišnje financiranje kako bi omogućila suradnju SCORE-ovih znanstvenika i uspostavu dobre prakse u tom novom području. SCORE je počeo obučavati studente poslijediplomskih studija — sljedeću generaciju znanstvenika — postavljajući temelje za suradnju u korištenju analize otpadnih voda za unapređenje javnog zdravstva.

Nedugo nakon projekta u Italiji, SAD je počeo ispitivati mogućnosti testiranja otpadnih voda radi pronalaženja ilegalnih supstanci. David Murray je 2006. g. imenovan glavnim istražiteljem u Uredu za nacionalnu politiku kontrole droga. Kao savjetnik Bijele kuće, usmjeren na strategije koje su se bavile suzbijanjem zlouporabe droga, Murray je bio frustriran nedostatkom informacija. „Postojala je ogromna rupa u našem znanju,“ objasnio je. „Nismo imali jasnu sliku o stvarnoj razini konzumacije.“ U to vrijeme — kao i danas — dobrovoljne ankete bile su glavni alat koji je savezna vlada koristila za procjenu uporabe droga i za odlučivanje o raspodjeli milijardi dolara javnih sredstava. No, te su ankete obuhvaćale tek oko 0,02 posto populacije i povijesno se oslanjale na anketiranje kućanstava, zbog čega su bili zanemareni beskućnici, hospitalizirane osobe i zatvorenici, što je rezultiralo podcjenjivanjem stvarne uporabe droga.

Murray je bio u kontaktu s Daughtonom i bio je upoznat s njegovim istraživanjem u Europi. Stoga je pokrenuo studiju izvodljivosti na nekoliko postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u okolici Washingtona kako bi pronašao znakove uporabe kokaina. “Bili smo jako uzbuđeni,” prisjetio se. Ako bi projekt uspio, mogao bi istraživačima pružiti ono što im je nedostajalo u kreiranju politika za suzbijanje droga: pouzdane podatke o količinama konzumacije.

Međutim, ubrzo je Murray naišao na otpor. Nitko nije želio da njihov grad stekne negativan imidž kao mjesto u kojem cvjeta kokainski biznis. Također, u javnosti se stvorila percepcija o “znanstvenicima angažiranima od strane vlade koji zaviruju u vaš zahod kako bi vas uhvatili da pušite joint,” rekao je. Iako je testiranje otpadnih voda uključivalo zajedničke uzorke kojima nije bilo moguće identificirati pojedince, kućanstva ili čak četvrti, dojam je bio da se time narušava privatnost građana. Kongres je ukinuo projekt i povukao sredstva koja su bila odobrena Murrayjeva u iznosu od 40 milijuna dolara. “Izgubili smo priliku,” rekao je.

Murrayjev projekt je bio upravo ono što je Daughton zamislio kada je prvi put predložio da se testiranje otpadnih voda koristi u svrhu procjene opsega konzumacije droga u zajednici. No, umjesto da odobre daljnja ulaganja, vladina reakcija na projekt zatvorila je vrata onome što je moglo postati nacionalna strategija za razvoj nove znanosti. Tijekom sljedećeg desetljeća ili više, ovo se područje u SAD-u razvijalo nesustavno, uglavnom kroz nekoliko obećavajućih, ali nekoordiniranih istraživačkih projekata na sveučilištima i putem privatnih investicija. “Europa je primijenila usklađen, zajednički pristup, dok smo mi primijenili rascjepkan, kvazi-tržišno orijentiran pristup,” rekao je Caleb Banta-Green, epidemiolog sa Sveučilišta u Washingtonu, koji se od 2008. g. bavi analizom otpadnih voda za proučavanje zlouporabe droga. Rezultat je, rekao je, da “oni imaju uređen sustav, dok kod nas vlada nesklad.”

I druge zemlje su usvojile sličnu praksu. Australija je pokrenula nacionalni program testiranja otpadnih voda na ostatke ilegalnih supstanci, program koji danas obuhvaća oko polovicu stanovništva zemlje. Kina je također uvela nacionalni nadzor otpadnih voda, a dužnosnici su se oslanjali na podatke iz otpadnih voda kako bi procijenili uspješnost kampanja protiv droga u zajednicama, te barem u jednom slučaju, kako bi pronašli i uhitili krijumčare.

Istraživači su postupno proširili analizu otpadnih voda, tražeći tragove legalnih supstanci poput duhana, alkohola i lijekova na recept. Počeli su promatrati podatke u širem društvenom kontekstu. Na primjer, jedna studija u Grčkoj koristila je podatke iz otpadnih voda kako bi dobila uvid u posljedice dužničke krize iz 2009. g. po zdravlje ljudi. Kada je Grčka smanjila izdvajanja za javno zdravstvo i doživjela gotovo trostruko veću stopu nezaposlenosti od uobičajene, analiza otpadnih voda pokazala je nagli porast uporabe antidepresiva, lijekova za visoki krvni tlak i lijekova za čir na želucu. U Australiji su istraživači povezali ključne zdravstvene čimbenike sa socioekonomskim i demografskim uvjetima, povezujući podatke iz otpadnih voda o uporabi droga, alkohola i duhana, prehrani i drugim čimbenicima s podacima iz popisa stanovništva.

Iako su strahovi od narušavanja privatnosti i loše percepcije u društvu spriječili razvoj ovog područja u SAD-u, druge zemlje su pronašle načine kako se nositi s tim izazovima. U Australiji su vladini dužnosnici objavili podatke o drogama, čime su pridonijeli prihvaćanju programa u zajednici i povećanju transparentnosti. „Većina mjesta je prilično otvorena prema ovome ako donosi koristi zajednici“, rekao je Jake O’Brien sa Sveučilišta u Queenslandu, partner u australskom nacionalnom programu testiranja otpadnih voda na droge. U Europi je SCORE uspostavio etičke smjernice za projekte analiza otpadnih voda, dok Agencija Europske unije za droge i dalje objavljuje godišnje izvješće o trendovima uporabe droga, koje se temelji na podacima iz otpadnih voda, anketama i drugim izvorima.

Kako je primjena analize otpadnih voda za unaprjeđenje javnog zdravstva krenula dobivati zamah diljem svijeta, Daughtonov rad na PPCP-ima konačno su prihvatili dužnosnici EPA-e — što je potaknulo nacionalni pokret za sigurno zbrinjavanje neiskorištenih lijekova što mu je na kraju donijelo jedno od najvećih priznanja EPA-e. Istovremeno, nastavio je raditi na unapređenju epidemiologije temeljene na analizi otpadnih voda. 2012. g. objavio je rad u kojem je predložio da istraživači prikupljaju nove podatke o zdravstvenom stanju nacije analizirajući tvari koje stvara i izlučuje ljudsko tijelo. Predložio je da se izoprostan [spoj koji nastaje kao rezultat oksidativnog stresa, odnosno oštećenja stanica uzrokovanog djelovanjem slobodnih radikala], spoj koji se proizvodi u tijelu i može služiti kao pokazatelj bolesti, koristi za mjerenje zdravlja populacije. Analiza otpadnih voda, koja bi detektirala izoprostane izlučene urinom, mogla bi poslužiti kao svojevrsni „sistematski pregled“ stanovništva na brz, jeftin i lako primjenjiv način.

Međutim, analiza otpadnih voda za praćenje širokog spektra zdravstvenih pokazatelja suočilo se s drugim preprekama u SAD-u, rekao je Rolf Halden, inženjer za zaštitu okoliša sa Sveučilišta Arizona State. Halden i njegovi kolege proveli su neka od najopsežnijih epidemioloških istraživanja temeljenih na analizi otpadnih voda u SAD-u, istražujući izloženost štetnim kemikalijama, te istodobno razvijajući - u suradnji s gradom Tempe (okrug Maricopa, Arizona) — internetsku platformu s podacima o opioidima prikupljenima iz otpadnih voda za potrebe zdravstvenih službi. Kako je Halden objasnio, sredstva iz saveznih fondova za zdravstvena istraživanja obično se raspodjeljuju ovisno o specifičnim bolestima ili zdravstvenim problemima koje zdravstveni djelatnici nastoje riješiti, poput raka, srčanih bolesti ili hepatitisa. Kod istraživanja otpadnih voda istraživači često prate više zdravstvenih pokazatelja. “Ne uklapamo se niti u jednu kategoriju,” rekao je. Nakon niza odbijenih zahtjeva za financiranjem, Halden je izjavio: “Imali smo vrlo ograničen budžet.”

No, prije nekoliko godina, stvari su se počele mijenjati za Haldena i šire područje epidemiologije temeljene na analizi otpadnih voda. Nacionalni instituti za zdravlje su 2019. g. dodijelili 1,5 milijuna dolara njegovu timu da razviju sustav ranog upozoravanja na izbijanje gripe, što je bio prvi pokušaj u SAD-u da se nacionalni podaci iz otpadnih voda iskoriste za praćenje širenja virusa. Nadzor otpadnih voda kao metoda za sprječavanje virusnih zaraza nije novost. Izrael i druge zemlje već desetljećima nadziru otpadne vode radi poliovirusa, a 2013. godine, kad je virus već smatran iskorijenjenim, Izrael je uspio spriječiti potencijalno izbijanje zaraze tako što je brzo cijepio gotovo milijun djece, nakon što je rutinskim testiranjem otpadnih voda otkriven trag virusa. Kao i u Izraelu, Halden i njegov tim koristili su analizu otpadnih voda za rano otkrivanje širenja bolesti, slično kao što doplerski radar predviđa vremenske prilike, identificirajući potencijalna žarišta gripe i prateći kretanje bolesti diljem zemlje.

Istraživači su također nastojali pomoći u otkrivanju novih prijetnji javnom zdravlju stvaranjem baze podataka virusa prikupljenih iz uzoraka otpadnih voda iz cijele zemlje. Tim je upravo intenzivirao svoj rad kada se tajanstvena upala pluća, kasnije identificirana kao Covid-19, počela širiti među ljudima u Wuhanu, Kina.

Virusi su sveprisutni i u pročišćenim i nepročišćenim otpadnim vodama — i to ne samo kada je u tijeku neka pandemija. Zaražena osoba može izlučiti do 10 trilijuna čestica virusa u jednom gramu izmeta, što je otprilike količina koja bi prekrila vrh čajne žličice. U nekim slučajevima ti su virusi neaktivni i ne mogu nikoga zaraziti. No neki od njih mogu biti smrtonosni. Tijekom izbijanja SARS-a 2003. godine, virusa srodnog SARS-CoV-2, virus se širio kroz neispravne odvodne cijevi u stambenom kompleksu u Hong Kongu, zarazivši više od 300 stanara i prouzročivši smrt trideset i troje ljudi.

Nedugo nakon što su kineski istraživači izolirali SARS-CoV-2 u siječnju 2020., znanstvenici diljem svijeta počeli su istraživati kako ga otkriti u otpadnim vodama. Kada je Daughton saznao za virus, odmah je prepoznao opasnost. Njegova prva pomisao bila je: testiranje otpadnih voda moglo bi pomoći u zaustavljanju širenja. Hitno je objavio rad o analizi otpadnih voda, samo nekoliko dana nakon što su u SAD-u u ožujku te godine uvedene prve mjere izolacije. Rad je objavljen u časopisu Science of the Total Environment dva dana kasnije.

„Ključno je da vlade širom svijeta postanu svjesne važne uloge koju epidemiologija otpadnih voda može imati u suzbijanju širenja bolesti Covid-19,” napisao je Daughton u radu. Iako je priznao da u ovom području i dalje postoje izazovi — uključujući činjenicu da SAD ima manje iskustva s analizom otpadnih voda od mnogih drugih zemalja - odlučno je iznio svoj stav. „Imperativ je” rekao je, "unaprijediti ovo područje za nadzor i rano upozoravanje, ne samo za kontrolu Covid-19, već i za buduće epidemije.”

Potvrda njegovih ideja došla je do javnosti tjedan dana kasnije. Krajem ožujka, istraživački tim u Nizozemskoj, koji je imao desetljeće iskustva u analizi otpadnih voda na droge i bakterije otporne na antibiotike, objavio je preliminarni rad koji potvrđuje prisutnost novog virusa u otpadnim vodama željezničkog čvorišta u Amersfoortu, šest dana prije prvog klinički potvrđenog slučaja. (Recenzirana verzija rada objavljena je u svibnju u časopisu Environmental Science and Technology Letters.)

Do početka ljeta, Daughtonov pristup primjenjivao se na šest kontinenata i u gotovo svim saveznim državama SAD-a. Kako su se istraživači diljem svijeta uključivali u testiranje otpadnih voda, shvatili su da podaci iz otpadnih voda pokazuju prisutnost virusa nekoliko dana, a ponekad i do dva tjedna prije nego što bi klinički testovi bili dostupni, posebno kada su rezultati kasnili. To je vlastima omogućilo brže reagiraju na širenje virusa.

Analiza otpadnih voda mogla je obuhvatiti čitave zajednice, posebno u mjestima koja nisu imala dovoljno sredstava za odgovarajuće testiranje na Covid-19. Također je bila relativno jeftina. Jedna studija procijenila je da bi se gotovo tri četvrtine populacije SAD-a moglo testirati na Covid-19 putem analize otpadnih voda u roku od samo 48 sati, po cijeni 15.000 puta manjoj od trenutno najpouzdanije metode, PCR testiranja. Podaci iz analize otpadnih voda uključivali bi i zaražene osobe bez simptoma — osobe koje inače ne bi bile testirane, ali za koje CDC procjenjuje da su povezane s oko polovicom svih slučajeva zaraze SARS-CoV-2. Iako uzorkovanje otpadnih voda ne može identificirati tko je zaražen, rezultati mogu pomoći zdravstvenim službenicima da osiguraju potrebne testove i obavijeste lokalne zdravstvene ustanove o porastu zaraženih prije nego što bolnički kapaciteti budu premašeni.

Kako je testiranje otpadnih voda na SARS-CoV-2 postajalo sve raširenije, novinari iz različitih dijelova SAD-a, pa čak i iz Njemačke, počeli su kontaktirati Daughtona zbog njegovog istraživanja. Do svibnja, testiranje otpadnih voda bilo je tema koja je punila naslovnice lokalnih medija diljem zemlje, dok su države od Aljaske do Floride žurile testirati svoje otpadne vode. U Arizoni je Haldenov tim u svibnju identificirao žarište Covida-19 u otpadnim vodama gradića Guadalupe, male zajednice Indijanaca i Hispanaca, u kojima više generacija živi pod istim krovom, a mnogi radnici nisu imali mogućnost rada na daljinu. Zahvaljujući ciljanim javnozdravstvenim mjerama, prisutnost virusa se smanjila.

U svojoj 50-godišnjoj znanstvenoj karijeri Daughton je rekao da nikada nije vidio toliko interesa za epidemiologiju otpadnih voda. Međutim, nije bilo značajnijeg odgovora na saveznoj razini, osim što je krajem ožujka predstavnik EPA-e e-poštom potvrdio da agencija 'radi na toj ideji' u suradnji s CDC-om. (EPA je na brojne zahtjeve za dodatne informacije odgovarala nepotpuno i s kašnjenjem, što je postalo uobičajena praksa te agencije.

Nedostatak transparentnosti postao je obilježje EPA-e, izjavio je Bill Kovarik, bivši iskusni novinar koji se bavio pitanjima zaštite okoliša, sada profesor novinarstva na Sveučilištu Radford. Kovarik i mnogi drugi novinari primijetili su da je EPA počela uskraćivati pristup informacijama još od vremena administracije Georgea W. Busha, kada je Agencija uvela stroža pravila koja su zahtijevala odobrenje čelnika za intervjue s medijima i, kad su intervjui bili odobreni, inzistirala je da njima prisustvuju glasnogovornici. "Definitivno postoji jaz između javnosti i znanstvene zajednice", rekao je Kovarik. Agencija je uklonila Doughtonovu web stranicu o PPCP-ima, koja je vjerojatno bila najpotpuniji izvor informacija o toj temi. Agencija je prenijela samo mali dio informacija na svoju službenu stranicu kako bi osigurala da internetske stranice EPA-e uključuju samo ona istraživanja koja su provedena unutar same Agencije, objasnio je Daughton. Nakon što je otišao u mirovinu, Agencija je uklonila i svoju vlastitu stranicu o PPCP-ima.

Kako je kontakt s medijima bio ograničen, Daughton je primijetio da Agencija oteže s odgovorima na zahtjeve za intervjuima. "Na kraju je došlo do točke kada više nije bilo nikakve komunikacije", rekao je Daughton. Prošlog proljeća, dok su zdravstveni dužnosnici tražili načine za borbu protiv pandemije, javnost je ponovno ostala uskraćena za informacije kad je u pitanju bila savezna podrška u epidemiologiji temeljenoj na otpadnim vodama.

Sredinom ljeta 2020. u području Las Vegasa broj slučajeva Covida-19 i temperature dosezali su rekordne razine. Daughton je strahovao za zdravlje svoje obitelji, pogotovo za rođaka koji je bolocao od autoimune bolesti.

Dok su se Las Vegas i druga mjesta borili s virusom, nedostatak državne koordinacije u testiranju otpadnih voda značio je da su gradovi i općine bili prepušteni sami sebi. Kako bi analizirale podatke iz kanalizacije, mnoge su zajednice surađivale s fakultetima i koristile sredstva iz CARES zakona. Stotine gradova i općina iz 43 savezne države i provincije sudjelovale su u besplatnom programu testiranja otpadnih voda koji je ponudila tvrtka Biobot Analytics iz Bostona, koja se predstavila kao prva tvrtka na svijetu koja je komercijalizirala podatke iz otpadnih voda. Ta je tvrtka, koja je prije izbijanja pandemije provodila pilot-programe s ciljem mjerenja ostataka opioida u otpadnim vodama, brzo prešla na otkrivanje virusa SARS-CoV-2, te je uložila 4,2 milijuna dolara za provedbu nadzora otpadnih voda na lokalnoj razini radi praćenja virusa.

Međutim, još nisu postojale standardizirane metode za analizu podataka čemu je svakako pridonijelo i neiskustvo novih istraživača te izostanak saveznog nadzora. “Sve je to pomalo podsjećalo na Divlji zapad,” rekao je Halden. "Svatko iznosi tvrdnje koje zvuče apsurdno." Unatoč znanstvenom konsenzusu da se podaci iz otpadnih voda ne mogu precizno prevesti u broj slučajeva Covida-19, Biobot je slao potencijalno zabrinjavajuće poruke lokalnim sredinama širom zemlje, procjenjujući broj zaraženih u tim područjima — 1.800 slučajeva u srpnju u Moskvi, gradu od 25.000 stanovnika u državi Idaho; 5.500 novih slučajeva u rujnu u Chattanoogi, Tennessee. Besplatni program testiranja otpadnih voda tvrtke koji je razvijen u proljeće te godine je bio najbliže onome što bi se moglo nazvati nacionalnim programom nadzora otpadnih voda, međutim, unatoč tome Biobot je u studenom i dalje pokušavao poboljšati metode za procjenu broja zaraženih na temelju podataka iz otpadnih voda.

Unatoč ovim izazovima, sve više saveznih država, općina, i institucija poput sveučilišta i kaznionica uključilo se u analizu otpadnih voda dok se zaraza sve više širila. Znanstvenici diljem zemlje odložili su svoja redovna istraživanja kako bi se usredotočili na Covid-19 i otpadne vode, radeći na uspostavi najboljih praksi za metode uzorkovanja i analizu podataka. "Za devet mjeseci uspjeli smo postići ono za što znanosti obično treba dvadeset godina," rekao je Halden. Daughtona su ohrabrili projekti testiranja otpadnih voda koji su se provodili u lokalnim sredinama širom zemlje. No, prisjetio se kako je pomislio da još uvije fali najvažniji dio, a to je uključenost savezne vlade u projekt.

Ipak, postoje neke naznake promjena. Počevši od proljeća, NSF [neovisna agencija američke vlade koja financira temeljna istraživanja i obuku znanstvenika i inženjera u raznim poljima znanosti] je za projekte epidemiologije temeljene na otpadnim vodama koja je usmjerena na pronalaženje SARS-CoV-2, dodijelio stotine tisuća dolara osiguranih CARES zakonom, uključujući i uspostavu prve koordinirane istraživačke mreže u tom području, koju je NSF financirao kako bi podržao suradnju među istraživačima. "Najedanput je zavladala euforija da se stvari riješe,” rekao je Halden. EPA je u javnosti objavila informacije o pilot-projektu analize otpadnih voda koji je provodila u Ohiju, a koji je uključivao više postrojenja za obradu otpadnih voda u Cincinnatiju i u zatvorskim ustanovama u toj saveznoj državi. Cilj projekta je, prema riječima Jaya Garlanda, višeg istraživača u EPA-i, bio "otkloniti određene manjkavosti" u metodama. CDC je također najavio plan da će do kraja 2021. godine uspostaviti nacionalnu bazu podataka za nadzor otpadnih voda.

Još uvijek nije jasno hoće li ovi napori prerasti u od strane vlade podržani nacionalni program, kakvi već postoje u inozemstvu, a za koje Daughton i drugi poput njega smatraju da su ključni da bi SAD imao održivi sustav epidemiologije na temelju otpadnih voda. “To ne možemo postići ako fokus i dalje ostane na lokalnoj razini,” izjavio je, a Halden se s time složio. “U SAD-u se otpadne vode kao potencijalni izvor informacija ozbiljno zanemaruje," rekao je, a nacionalni napori na tom području gotovo da i ne postoje. Joan Rose, molekularna biologinja sa Sveučilišta Michigan State, koja je tijekom pandemije s timom istraživača iz cijelog svijeta koordinirala i promicala analizu otpadnih voda je rekla da bi nacionalni progran omogućio standardizaciju cijelog postupka, te da bi upravljanje i alokacija sredstava trebali biti sastavni dio nacionalnog plana.

Još uvijek postoje nejasnoće u vezi primjene epidemiologije temeljene na otpadnim vodama kao pomoći pri rješavanju krize izazvane Covidom-19. Podaci iz otpadnih voda, primjerice, i dalje se ne mogu precizno "prevesti" u broj zaraženih osoba. Osim toga, koncentracija virusa se mijenja ovisno o temperaturi ili tijekom vremena — nije isto prolazi li virus kroz cijev koja je dugačka jedan ili dvadeset kilometara — tako da su podaci prikupljeni s različitih lokacija i u različitim vremenskim razdobljima teško usporedivi.

Kako su se uvjeti tijekom pandemije mijenjali, tako se mijenjala i potencijalna uloga epidemiologije temeljene na otpadnim vodama. S obzirom na to da je virus sada prisutan diljem SAD-a, testiranje otpadnih voda moglo bi biti učinkovitije u malim, zatvorenim sredinama poput sveučilišnih kampusa, domova za starije, zatvora i brodova ratne mornarice — što je Daughton i predvidio prije godinu dana — u jasnije definiranim skupinana, gdje je osoba koja uzima uzorak bliže izvoru moguće zaraze.

Danas bi analiza otpadnih voda mogla pomoći u lociranju prisutnosti i širenja novih varijanti SARS-CoV-2. Do siječnja, u SAD-u je analizirano manje od 1 posto uzoraka virusa kako bi se otkrile takve varijante. Analiza otpadnih voda mogla bi značajno ubrzati te napore. To se već i događa u izoliranim slučajevima diljem SAD-a, poput onih u Biobotu, Sveučilištu Kalifornija u Berkeleyju i Sveučilištu Nevada u Las Vegasu. Ti podaci mogli bi se pokazati ključnima dok proizvođači cjepiva rade na poboljšanju svojih formula i uvođenju "booster" doza u planove cijepljenja. A kada cjepiva počnu suzbijati širenje virusa, nadzor otpadnih voda mogao bi pomoći u otkrivanju novih žarišta zaraze.

Testiranje otpadnih voda moglo bi pomoći i u otkrivanju porijekla i širenja virusa — talijanski istraživači su navodno pronašli SARS-CoV-2 u uzorcima otpadnih voda koji datiraju iz sredine prosinca 2019. godine, dva mjeseca prije prvog potvrđenog slučaja Covida-19 u zemlji. Budući da je analiza otpadnih voda jedini praktičan način za procjenu ukupnog broja zaraženih u određenoj populaciji, podaci iz otpadnih voda mogli bi također biti ključni za izračunavanje stope smrtnosti od te bolesti. Takvo istraživanje bi moglo poslužiti i kao priprema na neku drugu pandemiju.

Daughton želi da istraživači odu i korak dalje. Broj smrtnih slučajeva od Covida-19 je samo djelić cijele priče, budući da istraživači procjenjuju da oko 10 posto, a možda čak i do 24 posto oboljelih pati od dugoročnih posljedica bolesti, poput otežanog disanja, kroničnog umora, problema sa srcem i moždane magle. Budući da ne postoji dostupan način za praćenje svih osoba koje pate od dugotrajnih posljedica, Daughtonova je ideja utvrditi specifične tragove ili markere koje ta kronična stanja ostavljaju u ljudskom izmetu, kako bi se procijenili utjecaji pandemije na dugoročno zdravlje.

S novim interesom za epidemiologiju temeljenu na otpadnim vodama, neki bi istraživači mogli prepoznati značaj ovog trenutka. “Javnost ovo doživljava kao uzbudljivu priliku za novi način rješavanja izazova u javnom zdravstvu vezanih uz zarazne bolesti,” rekla je Marlene Wolfe, istraživačica sa Stanforda, koja analizirala otpadne vode iz Palo Alta i San Josea na SARS-CoV-2.

Istraživači već koriste analizu otpadnih voda kako bi identificirali žarišta antimikrobne otpornosti, koja je uzrok bolesti kod 2,8 milijuna ljudi. Iste te bakterijske infekcije su odgovorne za smrt više od 35.000 ljudi godišnje u SAD-u. Drugi projekti bi se mogli usmjeriti na široko rasprostranjen problem prekomjerne uporabe opioida, koja u SAD-u godišnje odnosi na desetke tisuća života, kao i na izloženost ljudi otrovima koji zagađuju okoliš a prisutni su u kućanskim proizvodima, poput pesticida i industrijskih kemikalija. Također, slijedeći primjer Australije, američki istraživači bi mogli povezati podatke iz otpadnih voda s konzumacijom droga, izloženosti kemikalijama i drugim zdravstvenim mjerama s podacima iz popisa stanovništva, radi istraživanja velikih nejednakosti u zdravstvu koje su došle do izražaja tijekom pandemije.

Međutim, nisu svi bili spremni dopustiti analiziranje svojih otpadnih voda. Već sada neke sredine u SAD-u, poput nekolicine njih u Sjevernoj Dakoti, odbijaju sudjelovati u testiranju otpadnih voda jer smatraju da narušavaju pravo na privatnost. "Nitko nije bio za to," rekla je Natalie Bugbee, članica povjerenstva grada Tioge u Sjevernoj Dakoti, gdje su gradski dužnosnici odbili ponudu na saveznoj razini za testiranje otpadnih voda na prisutnost SARS-CoV-2. Zbog znatnog broja radnika iz drugih mjesta koji rade na obližnjim naftnim poljima, "mislim da analiza ne bi odražavala stvarno stanje naše lokalne zajednice," izjavila je Bugbee. Lokalno stanovništvo se također zabrinulo da bi testiranje otpadnih voda moglo dovesti do "lockdown-a".

Zabrinutost radi mogućeg narušavanja prava na privatnost i straha od stigmatizacije vjerojatno će i dalje biti goruće teme kad se radi o analizi otpadnih voda u SAD-u. "Ljudi su, s razlogom ili bez razloga, sumnjičavi kada se radi o testiranju koje provodi vlada," rekla je Margaret Foster Riley, stručnjakinja za zdravstveno pravo sa Sveučilišta Virginia.

"Ono što trebamo učiniti jest pokrenuti javnu raspravu o testiranju otpadnih voda," dodala je.

Ovakve javne rasprave su upravo ono što je, prema Daughtonu, nedostajalo dok je radio u EPA-i. Jedna od pouka iz priče o epidemiologiji temeljenoj na otpadnim vodama, jest da manjak javnih rasprava iniciranih od strane znanstvenika. Dok je bio u Agenciji, rekao je kako je smatrao da je njegova dužnost prenijeti rezultate svog rada onima koji su ga financirali: široj javnosti. Javna rasprava može potaknuti djelovanje, rekao je, kao što je to bio slučaj s donošenjem EPA-inih regulativa o zbrinjavanju starih lijekova.

Prema Daughtonu, bit će potrebna jasna i neposredna komunikacija kako bi se pokazalo da analiza otpadnih voda može unaprijediti sveukupno zdravlje društva kao cjeline. Po njegovom mišljenju, nitko još nije dovoljno jasno obrazložio ovu ideju koja uključuje pokazivanje konkretnih rezultata velikih projekata analize otpadnih voda a kako bi pridobio podršku javnosti. Iako ovo područje tek počinje dobivati zamah u SAD-u, Daughton i drugi vjeruju da će biti potrebna inicijativa na nacionalnoj razini kako bi se iskoristili vrijedni podaci koji se kriju u našim otpadnim vodama. "Mislim da je ovo tek početak," rekao je.