美國計劃建設智能下水道 研究居民健康情況

　　Newsha Ghaeli最近會下到下水道里，從奔流的下水道水流中抓起軟管。在拉起軟管的時候，她會發(fā)現(xiàn)有一團廁紙掛在軟管頭上來回晃悠，還有幾滴臟水濺到了她暴露在面具外的頭發(fā)上。這時一名馬薩諸塞州坎布里奇市環(huán)衛(wèi)工人安慰她：“一點點臟東西，沒事。”

　　Ghaeli是一名建筑師，也是MIT的研究員。從最近一段時間開始，她負責一項從東坎布里奇街區(qū)下水道中進行 24 小時取樣的任務。該團隊每過一個小時就會從下水道中抽取半升污泥。

　　這個團隊正在為一個雄心勃勃的項目打基礎，該項目希望能通過追蹤某一城市居民的生物和化學廢物，來了解整個城市的健康狀況。最終，他們將在下水道里放置自動取樣器，讓坎布里奇市的下水道變成“智能下水道”，該市的公共衛(wèi)生官員也能借此研究全市的公共微生物群。

　　該項目的研究主管 Yaniv Jacob Turgeman 表示：“本項目希望能尋找到與我們?nèi)粘Ｉ罘绞较嚓P的污水模式。我們希望這項目能為公共衛(wèi)生部門提供有意義的可實施的洞見?！?/p>

　　這一項目的代號為“地下世界”(Underworlds)，獲得了美國政府 400 萬美元的撥款支持，也受到了坎布里奇市的歡迎?？膊祭锲媸协h(huán)境衛(wèi)生局長 Sam Lipson 說道：“如果能以更接近實時的速度獲得信息，就能聚集資源，在問題惡化之前解決它。公共衛(wèi)生部門以前通常無法獲得這類指標。”

　　自動化的地下世界

　　在過去，這種“下水道傳染病學”主要用于監(jiān)測人口級別的非法藥物使用趨勢。比如，歐洲最近對歐洲大陸 42 個城市的下水道污水進行了研究，發(fā)現(xiàn)大城市的人最喜歡在周末使用可卡因等毒品，而大麻和冰毒的使用在全部 42 個城市中貫穿整周。

　　該團隊也會測試藥物(非法藥物和處方藥)，但他們打算更進一步。這個由計算微生物學家 Eric Alm 和建筑師、工程師 Carlo Ratti 領導的計劃將甄別流感、諾瓦克等病毒，以偵測坎布里奇市突發(fā)疫情的早期跡象。他們還會對細菌 DNA 進行測序，以識別食源性致病菌。他們還會尋找生物標志物，即人體健康和疾病諸多方面的生化指標。

　　率先提出用下水道污水追蹤社區(qū)健康想法的美國環(huán)保局化學家 Christian Daughton 說道：“MIT的這個項目目標非常大，也很超前。如果這個項目取得成功，將對快速廉價地實時監(jiān)測公共健康產(chǎn)生重大影響。”

　　這些研究人員還有許多取樣方面的問題需要考慮。全天取樣應該能確定一天中獲取最強人類信號的時間點。Alm 解釋道：“我們主要想獲得沖馬桶的水，而不是雨水、洗澡水或廚房污水?！?/p>

　　下一階段將更加自動化。Ratti 和他在MIT感知城市實驗室的團隊目前正在設計下水道井蓋大小、跟人腿一樣高的機器人，讓它們在下水道中取樣。通過使用一款定制的智能手機應用，研究人員們可以遠程控制機器人取樣，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€詳盡的下水道取樣信息系統(tǒng)中。這些機器人的功能主要是收集，不過研究人員們希望能嵌入測量溫度、水流和其他參數(shù)的傳感器。

　　他們計劃在未來幾個月里到坎布里奇市的 10 處地點測試這些機器人，以便了解全城各個地方的污水信號。在今年晚些時候，他們還會在科威特設置一個類似的平臺。參與這一項目的威斯康星大學密爾沃基分校微生物生態(tài)學家 Ryan Newton 說道：“科威特項目的規(guī)模相當驚人。他們將對本國人口的變化有非常好的了解?！?/p>

　　超過三分之一的科威特兒童超重?？仆毓残l(wèi)生官員感興趣的是，下水道污水是否能幫助衡量專為防止肥胖設計的新政策的影響。這一想法源于 Newton 今年 2 月在 mBio 期刊上發(fā)表的一項研究。Newton 及其同事在一年中分析了美國 31 個州中 71 個城市的污水處理廠的水樣。由于腸道細菌組合與健康密切相關，Newton 的團隊能以近 90% 的精度預測某個微生物群落所屬的城市的居民是否超重。如果能從科威特獲得足夠多的長期數(shù)據(jù)，污水分析就能發(fā)現(xiàn)某項公共衛(wèi)生政策是否對人們的代謝健康產(chǎn)生影響。

　　類似的項目正在全世界范圍內(nèi)加緊進行。紐約大學生物學家 Jane Carlton 將在 6 月舉辦的 Microbes In The City(城市微生物)會議上參加討論。她和她的同事們正在從事一個為期兩年的項目，描繪紐約下水道污水中細菌、病毒和單細胞原生生物的特征。Carlton 也在考慮在上海開展一個下水道污水取樣項目進行對比。

　　Alm 表示，“下水道微生物學”的可能性無限，關鍵是要知道哪些可能性可行。他說道：“我們利用這一平臺可以做非常多事情。把它建設好就知道哪些可行了?！?/p>