人口の下水中に特定のウイルスや細菌が存在するかを調べることは、特定の病気の存在を保健当局に知らせる有効な方法である。
この手法は、最初の患者が検査を受ける前に保健当局に警告を発することができる。
例えば、1970年代のイスラエルでは、医師が最初の症例を特定する9日前に、感染性のポリオウイルスが下水から検出された。
COVID-19のパンデミックにより、下水システムを監視してウイルス、細菌その他の病原体の存在を調べる下水サーベイランスへの関心が再び高まっている。ウイルスの遺伝物質のうち感染性のない断片が、未処理の下水から検出されている（イタリア、スペイン、フランス、米国、カナダで）。
現在、複数の都市がこの手法を用いて感染を検出している。オタワを含む。少なくとも1つの米国の大学が、下水サーベイランスを用いてCOVID-19の集団感染を特定した。同大学は、キャンパス内の4つの寮に住む約300人の学生の検査と隔離を指示し、感染の拡大を食い止めた。
サルモネラ菌やサルモネラや大腸菌などの食品媒介病原体の監視に精通した微生物学者として、私は集団における感染を特定するより良い方法について常に関心を持っています。
感染症の特定は現在、患者が医療機関を受診することに依存している。しかし、多くの患者は受診せず、当局は病気や集団感染を数日から数週間にわたって把握できないことがあり、その結果、さらなる病気や死亡につながっている。COVID-19のような感染症の集団発生に対処するには、患者の行動に依存しない能動的なサーベイランスシステムが必要である。
病気の検出のための下水サーベイランス
下水サーベイランスが機能するのは、多くの感染性病原体が、活動性の感染の前および感染中に体液中に排出されるからである。これらの体液が下水システムに流入すると、中央の下水処理施設に運ばれて処理され、そこで検出が可能となる。
下水サーベイランスの有用性が初めて認識されたのは1960年代であり、そのときイェール大学の研究者たちは、ポリオのワクチン接種キャンペーンの有効性を評価するため複数の実験を行った。彼らは、コネチカット州ミドルタウンの下水を、ワクチン接種プログラムの前、最中、後にわたり、さまざまな系統のポリオウイルスについて検査した。
その35年後、下水サーベイランスがポリオウイルスのワクチン接種プログラムを監視できることの感度は、「ヘルシンキ・ポリオウイルス実験」として知られるようになった精緻な研究によって確認された。ヘルシンキ・ポリオウイルス実験。
科学者たちは、下水処理場から20キロメートル離れた場所で、ポリオワクチンをトイレに流した。その後、研究者たちは4日間にわたり同施設から下水のサンプルを採取し、システムを8億リットルの下水が通過した後でもワクチンを検出できることを示した。彼らは、ポリオウイルスを排出している感染者1人を、1万人の住民からなる地域社会で検出できると結論づけた。
他の研究では、下水を監視することで集団感染を予測できることが示された。例えば、1970年代のイスラエルでは、感染性のポリオウイルスが医師が最初の症例を特定する9日前に下水から検出された。この手法は後にポリオワクチンキャンペーンの成功を国際的に監視するために応用された。
早期警戒システムとしての下水監視
これらの実験は、他の病気を監視するために下水を利用する基礎を築いた。
2013年には、スウェーデンの研究者たちが、下水サーベイランスがノロウイルスとA型肝炎ウイルスの集団感染について早期警告をもたらしたと報告した。これらは、食品媒介性のウイルス性疾患の2つの原因である。2013年1月から5月までの間、ヨーテボリの下水処理場から毎週おきに日次の下水サンプルが採取された。ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）と呼ばれる手法を用いて、研究者たちは患者が特定される2～3週間前にノロウイルスの遺伝物質を検出した。
A型肝炎ウイルスの複数の系統（遺伝子型）も、PCRを用いて下水サンプルから検出された。さらなる分析により、2つの系統が、2013年春にスカンジナビアおよびヨーテボリで進行中であった集団感染に関与していたことが示された。
イタリアの研究者たちは、同様の手法を用いて、原因不明の下痢に苦しむ入院患者が実際にはノロウイルスに感染していたことを示した。
ソーシャルメディアによる監視
下水サーベイランスの限界の一つは、実際に感染している人物を特定できないことである。「ソーシャルメディア症候群分析」は、ソーシャルメディアの投稿の中から特定の病気と合致する症状の記述を検索する手法であり、COVID-19を含む感染症のサーベイランスに有効なツールとして浮上している。
下水の監視とソーシャルメディア分析を組み合わせることで、そうでなければ見過ごされていたかもしれない地域社会の集団感染を検出できる可能性がある。これは、まだ症状が現れていない（発症前の）感染者や、症状が現れない（無症状の）感染者を特定できるためである。（両群ともウイルスを広める可能性がある。）この情報は、公衆衛生当局が社会的距離の確保やその他の隔離措置を強化するために利用できるほか、病気の地域社会内での拡散を抑えるため、個人を対象とした検査を実施するためにも利用できる。
国際的な移動の増加とグローバル化により、感染症が急速に拡大している。これに対処するためには、感染症の世界的なサーベイランスをリアルタイムまたはほぼリアルタイムで実施し、感染者数の単純な監視にとどまらず、新たな病気のパターンを迅速に把握する能力も含める必要がある。下水サーベイランスは低コストで迅速であり、新興の病原体が風土病化する前に検出できるため、疾病の集団発生への対応を遅滞なく行う能力を高め、世界の病気と死亡を減少させる。
