Wastewater-Based Epidemiology เปิดระบบเฝ้าระวังโควิดและโรคระบาดด้วย “น้ำจากส้วม”
Technology & Innovation

Wastewater-Based Epidemiology เปิดระบบเฝ้าระวังโควิดและโรคระบาดด้วย “น้ำจากส้วม”

  • 06 May 2022
  • 1454

จริงอยู่ว่าโรคระบาดเป็นเรื่องคาดการณ์ยาก แต่การเกิดขึ้นของโควิด-19 ก็เป็นอีกครั้งที่ทำให้ทั่วโลกได้ตระหนักว่า เมื่อใดก็ตามที่เกิดโรคระบาด กุญแจสำคัญหนึ่งที่จะช่วยให้เราควบคุมการแพร่ระบาดไว้ได้ก็คือการมี “ระบบเฝ้าระวังที่แม่นยำ” เพื่อแจ้งเตือนล่วงหน้าก่อนที่สถานการณ์จะบานปลาย 

เราได้เห็นแล้วว่า ข้อมูลตัวเลขผู้ติดเชื้อนั้นส่งผลโดยตรงต่อการตัดสินใจของรัฐบาลและหน่วยงานสาธารณสุขว่าจะ “คุมเข้ม” หรือ “ผ่อนปรน” มาตรการ เพื่อให้เศรษฐกิจยังเดินต่อไปได้ แต่ปัญหาก็คือ ตัวเลขผู้ติดเชื้อในระบบนั้นมักต่ำกว่าความเป็นจริงเสมอ เพราะการทดสอบหาเชื้อด้วยวิธี RT-PCR และ ATK ก็ยังมีช่องโหว่อยู่พอสมควรเมื่อต้องนำผลที่ได้มาใช้มองภาพรวมของการระบาด เช่น ความลังเลของคนบางกลุ่มในการเข้ารับการทดสอบซึ่งเกิดจากหลายปัจจัย, ข้อจำกัดของ ATK ที่ตรวจไม่พบเชื้อและให้ผลลบปลอม (False negative) ซึ่งเกิดขึ้นได้หากตรวจในช่วงที่ร่างกายมีปริมาณเชื้อน้อย, อาการของโรคที่ปัจจุบันมีความรุนแรงต่ำ ผู้ติดเชื้อบางรายที่แสดงอาการไม่มากจึงอาจติดเชื้อโดยไม่รู้ตัวและไม่ได้เข้ารับการตรวจในระบบ ฯลฯ 


©Hugo Kruip/Unsplash

และเมื่อพิจารณาจากสถานการณ์ในวันนี้ ที่หลายประเทศทั่วโลกเริ่มหันมาปรับกลยุทธ์รับมือกับโควิด-19 ด้วยการใช้ชีวิตร่วมกับเชื้อให้ได้ และผลักดันให้เป็นโรคประจำถิ่นแล้ว แน่นอนว่าผลที่ตามมาก็คือ ประชาชนจะได้รับการทดสอบการติดเชื้อน้อยลง และการอ้างอิงจำนวนผู้ติดเชื้อจากการตรวจแบบเดิมก็ย่อมจะมีความน่าเชื่อถือน้อยลงไปด้วย 

คำถามก็คือ หากในอนาคตเกิดเชื้อโควิดสายพันธุ์ใหม่หรือเกิดการระบาดระลอกใหม่ ทำอย่างไรเราจึงจะรู้ล่วงหน้าได้เร็วกว่าเดิม และทราบตัวเลขผู้ติดเชื้อที่ตรงกับความเป็นจริง

คำตอบอยู่ในสิ่งที่เราขับถ่ายลงสู่ท่อระบายน้ำกันเป็นประจำทุกวันนี่เอง!

จากโปลิโอสู่โควิด…เมื่อของเสียกลายเป็นพระเอก
ไม่มีอะไรแน่นอนไปกว่าการขับถ่าย เพราะไม่ว่าจะรวยหรือจน แข็งแรงหรืออ่อนแอ ทุกคนย่อมต้องเข้าห้องน้ำปลดทุกข์กันเป็นกิจวัตรอยู่แล้ว  

นี่จึงเป็นเหตุผลที่การเก็บตัวอย่างน้ำเสียในชุมชนซึ่งมีส่วนประกอบของปัสสาวะและอุจจาระจากครัวเรือน มีแนวโน้มที่จะสะท้อนปริมาณผู้ติดเชื้อที่ครอบคลุมและสะท้อนความเป็นจริงมากกว่าการรวบรวมยอดผู้ติดเชื้อที่ได้จากการทดสอบโดยการเก็บตัวอย่างในจมูกและน้ำลายในระบบ  

การทดสอบระดับการติดเชื้อจากน้ำเสียที่ว่านี้ มีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่า “ระบาดวิทยาจากน้ำเสีย (Wastewater-based epidemiology)” ซึ่งนิยมเรียกกันแบบง่ายๆ ว่า “การเฝ้าระวังน้ำเสีย (Wastewater surveillance)”  

สำหรับใครที่คิดว่านี่เป็นนวัตกรรมใหม่ อันที่จริงเทคนิคการเฝ้าระวังโรคระบาดด้วยตัวอย่างน้ำเสียนั้นเกิดขึ้นมานานแล้วตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1990 โดยใช้เพื่อควบคุมการระบาดของเชื้อไวรัสโปลิโอและประสบความสำเร็จอย่างดี โดยในขณะนั้น การติดตามการระบาดของไวรัสโปลิโอในแต่ละชุมชนนั้นทำได้ยาก เพราะผู้ป่วยส่วนใหญ่มีอาการของโรคหลากหลาย จึงไม่สามารถใช้วิธีสังเกตอาการเพื่อบ่งชี้โรคได้ และด้วยเหตุนี้ ไวรัสจึงสามารถแพร่เชื้อผ่านทางผู้ติดเชื้อที่เล็ดรอดจากการสุ่มตรวจไปได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นการแก้ปัญหาที่ครอบคลุมที่สุดที่ทำได้ในขณะนั้น จึงเป็นการสุ่มตรวจหาสารพันธุกรรม (RNA) ของเชื้อไวรัสโปลิโอจากน้ำเสียในชุมชนนั่นเอง


©Ivan Bandura/Unsplash

และเมื่อเกิดการระบาดของโควิด-19 จึงเป็นกรณีศึกษาครั้งสำคัญที่ทำให้การทดสอบเชื้อจากตัวอย่างน้ำเสียซึ่งแต่เดิมยังใช้ในวงจำกัด ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางโดยนักวิทยาศาสตร์ สถาบันการศึกษา ภาคเอกชน และหน่วยงานด้านสาธารณสุข รวมถึงศูนย์ควบคุมและป้องกันโรคแห่งชาติสหรัฐฯ และยังมีเครือข่ายที่นำไปใช้ใน 63 ประเทศทั่วโลก รวมถึงประเทศไทย (อ้างอิงจากหน้าเว็บไซต์โครงการ “COVIDPoops19” ของทีมวิจัยจาก University of California Merced)

ดร. มาเรียนา มาทัส (Mariana Matus) ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท Biobot Analytics จากเมืองเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์ ซึ่งเป็นบริษัทแรกที่ตรวจพบโคโรนาไวรัสในน้ำเสีย อธิบายกระบวนการทำงานของพวกเขาว่า ลูกค้าของบริษัท เช่น รัฐแมสซาชูเซตส์จะเก็บตัวอย่างจากโรงบำบัดน้ำเสียแล้วส่งไปที่ห้องปฏิบัติการของบริษัทเป็นประจำ จากนั้นบริษัทจะนำตัวอย่างนั้นไปทดสอบ PCR เพื่อตรวจสอบปริมาณไวรัสในน้ำ รวมถึงถอดรหัสพันธุกรรมเพื่อค้นหาว่าไวรัสสายพันธุ์ไหนที่กำลังระบาด โดยขั้นตอนการตรวจสอบทั้งหมดนี้ใช้ตัวอย่างน้ำเสียเพียง 15 มิลลิลิตร หรือประมาณครึ่งออนซ์เท่านั้น

ส่วนในประเทศไทยเอง ที่ผ่านมามีทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยและโรงพยาบาลหลายแห่งที่ลงพื้นที่เก็บตัวอย่างน้ำเสียในชุมชน เพื่อพยากรณ์ระดับการแพร่ระบาดของโควิด-19 เช่นกัน เช่น ทีมวิจัยจากโรงพยาบาลรามาธิบดี และมหาวิทยาลัยนเรศวร เป็นต้น


©Alex Guillaume/Unsplash

รู้ลึก รู้เร็ว
จุดแข็งของระบาดวิทยาจากน้ำเสียนั้นไม่ใช่แค่เรื่อง “ความครอบคลุม” เพราะเป็นการเก็บตัวอย่างจากน้ำเสีย ซึ่งเป็นเหมือนภาพแทนของทุกคนในชุมชน แต่วิธีนี้ยังสามารถตรวจพบไวรัสในอุจจาระของคนที่ติดเชื้อในช่วงก่อนที่จะมีอาการ (Presymptomatic) และคนที่ติดเชื้อแต่ไม่มีอาการ (Asymptomatic) ได้ด้วย ทำให้สามารถพยากรณ์ปริมาณการระบาดที่กำลังจะเกิดขึ้นได้แม่นยำและรวดเร็วกว่าการรอผลทดสอบเชื้อแบบรายบุคคล

เรื่องนี้ยืนยันได้จากงานวิจัยที่ทำการสำรวจตัวอย่างน้ำเสียในอิตาลี ซึ่งพบเชื้อโควิด-19 ปรากฏอยู่ในตัวอย่างน้ำเสียจากภาคเหนือของอิตาลีครั้งแรกเมื่อเดือนธันวาคม ปี 2019 ซึ่งนับว่าเป็นการทำลายความเข้าใจเดิมที่เชื่อว่าผู้ติดเชื้อรายแรกในประเทศอิตาลีเป็นนักท่องเที่ยวชาวจีนซึ่งเดินทางมาจากเมืองอู่ฮั่นในเดือนมกราคม ปี 2020 นอกจากนี้ การแพร่กระจายของเชื้อโควิดสายพันธุ์โอมิครอนก็ยังถูกค้นพบครั้งแรกในสหรัฐฯ ด้วยการตรวจสอบจากการเก็บตัวอย่างน้ำเสียเช่นกัน

จากการคาดการณ์ของผู้เชี่ยวชาญ การเฝ้าระวังน้ำเสียจะช่วยให้ผู้กำหนดนโยบายสามารถทราบแนวโน้มการระบาดของโรคได้ล่วงหน้า 3-7 วันก่อนการทดสอบด้วยการเก็บตัวอย่างทางจมูก ซึ่งเป็นกรอบเวลาที่หน่วยงานด้านสาธารณสุขท้องถิ่นสามารถเตรียมพร้อมรับมือได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทั้งการเตรียมเตียง เตรียมโรงพยาบาล การสั่งปิดพื้นที่เสี่ยง รวมถึงการบังคับใช้มาตรการสกัดกั้นการระบาดเพิ่มเติม

จะเห็นได้ว่า หากชุมชนสามารถพัฒนาระบบการเฝ้าระวังน้ำเสียให้เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างพื้นฐานด้านสาธารณสุขได้  ไม่เพียงแต่จะสามารถตรวจจับและคาดการณ์การระบาดของโรคได้เร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังสามารถปรับมาตรการด้านสาธารณสุขที่จำเป็น เพื่อควบคุมการแพร่ระบาดได้ทันท่วงทีและเหมาะสมอีกด้วย

ทั้งนี้ ไม่ได้หมายความว่าการสุ่มตัวอย่างน้ำเสียเพื่อทดสอบโคโรนาไวรัส ควรนำมาใช้แทนที่การตรวจเชื้อแบบรายบุคคลที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน แต่ควรนำมาใช้ควบคู่กัน เพราะการทดสอบรายบุคคลก็ยังมีความจำเป็น

นวัตกรรมเฝ้าระวังการระบาดแห่งอนาคต
ปัจจุบันความก้าวหน้าในศาสตร์การถอดรหัสพันธุกรรมนั้นทำให้นักวิจัยสามารถตรวจสอบสารต่างๆ ที่อยู่ในน้ำเสียได้หลายชนิดแบบเรียลไทม์ ตั้งแต่สารเสพติดอย่างฝิ่น หรือเชื้อโรคต่างๆ เช่น ซัลโมเนลลา 

นิวชา เกียลิ (Newsha Ghaeli) ประธานบริษัท Biobot กล่าวว่า ความเป็นไปได้ในการนำเทคโนโลยีเฝ้าระวังน้ำเสียมาต่อยอดเพื่อตรวจสอบเชื้ออื่น ๆ นั้นไม่มีที่สิ้นสุด โดยบริษัทสามารถตรวจสอบการบริโภคสารที่มีความเสี่ยงสูง เช่น เฟนทานิล ซึ่งเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการใช้ยาเกินขนาด ไปจนถึงนิโคติน ทั้งยังมองว่าจะสามารถขยายการตรวจสอบเชื้อไปสู่การตรวจสอบโรคติดเชื้อรูปแบบอื่นๆ ได้ในเวลาอันสั้น เช่น เชื้อที่ดื้อยาปฏิชีวนะ (Antimicrobial Resistance) ซึ่งเป็นอีกประเด็นที่มีการพูดถึงกันมากในปัจจุบันอีกด้วย

ขณะที่ ดร. มาเรียนา มาทัส ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท Biobot กล่าวว่า เป้าหมายสูงสุดที่บริษัทอยากจะให้เกิดขึ้นคือการที่พวกเขาสามารถใช้นวัตกรรมนี้ในการระบุและแจ้งเตือนการระบาดของโรคใหม่ที่ยังไม่มีใครรู้มาก่อน อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้เป็นสิ่งที่ต้องจับตาดูกันต่อไปว่าจะเป็นไปได้มากน้อยเพียงใด เพราะในกรณีของโควิด-19 นักวิจัยทางระบาดวิทยาเองก็ต้องใช้เวลาหลายเดือนในการพัฒนาเทคนิคการเก็บตัวอย่างน้ำเสียเพื่อให้สามารถตรวจสอบเชื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพเช่นกัน

แต่อย่างน้อยเราก็รู้แล้วว่า ครั้งหน้าที่เกิดโรคระบาด ที่แรกๆ ที่นักวิทยาศาสตร์จะไปตามหาเบาะแสคงหนีไม่พ้น “ท่อระบายน้ำ” แน่ๆ 

ที่มา :
บทความ "เชื่อไหม น้ำเสียส้วมใช้จัดการปัญหาโควิด-19 ระบาดได้นะ" โดย โสภา ชินเวชกิจวานิชย์ และธงชัย พรรณสวัสดิ์ จาก thaipublica.org
บทความ "จับตา “ท่อน้ำเสีย” จุดเตือนภัยโควิด-19 ระบาดล่วงหน้า" จาก voathai.com
บทความ "How Wastewater Became a COVID Crystal Ball" โดย Matt Stieb จาก nymag.com
บทความ "How sewage can warn us about the next pandemic" โดย Muizz Akhtar จาก vox.com

เรื่อง : ณัฏฐนิช ตัณมานะศิริ