Многое остается неизвестным о том, как SARS-CoV-2, вирус, вызывающий COVID-19, распространяется в окружающей среде. Основная причина этого в том, что поведение и свойства вирусов сильно различаются: одни легче распространяются через воду, другие – через воздух; некоторые из них обернуты слоями жировых молекул, которые помогают им избегать иммунной системы своего хозяина, в то время как другие "голый."
По словам Александрии Бём, профессора гражданской и экологической инженерии из Стэнфорда, и Кристы Виггинтон, посетившей Симидзу, это требует от инженеров-экологов и ученых срочно сотрудничать в выявлении вирусных и экологических характеристик, которые влияют на передачу через поверхности, воздух и фекалии. Профессор Стэнфордского факультета гражданской и экологической инженерии и доцент Мичиганского университета.
Бём и Виггинтон являются соавторами недавно опубликованной точки зрения в журнале Environmental Science & Технологии, требующие более широкого, долгосрочного и количественного подхода к пониманию вирусов, таких как SARS-CoV-2, которые распространяются в окружающей среде. Они также являются основными исследователями недавно объявленного проекта, финансируемого Национальным научным фондом, по изучению переноса коронавирусов между кожей и другими материалами, влияния ультрафиолета и солнечного света на коронавирусы и связи между вспышками заболеваний и концентрацией вирусов в сточных водах.
Ниже Бём и Виггинтон обсуждают пробелы в знаниях, потенциальные последствия для безопасной воды, перспективные направления исследований и другие вопросы, связанные с контролем над вирусами, такими как SARS-CoV-2.
Как инженеры-экологи, как вы думаете, что является одним из самых больших пробелов в нашем понимании и способности контролировать вирусы, такие как SARS-CoV-2??
Бём: У нас нет четкого представления о том, какие характеристики вируса и факторы окружающей среды контролируют устойчивость вируса в окружающей среде – например, в аэрозолях и каплях, на поверхностях, включая кожу, и в воде, включая морскую воду. Когда появляется новый вирус и представляет опасность для здоровья человека, у нас нет надежного способа предсказать, как он будет вести себя в окружающей среде.
Частично проблема в том, что исторически было ограниченное финансирование такого рода работ. Национальные институты здравоохранения исторически не финансировали работы по патогенам в окружающей среде, а финансирование этой работы Национальным научным фондом ограничено. Кроме того, коронавирусы и большинство новых вирусов, которые привлекли внимание мира за последнее десятилетие, представляют собой оболочечные вирусы, заключенные во внешний слой молекул жирных липидов, которые они украли у своих хозяев. Белки на поверхности оболочек могут помочь этим вирусам ускользнуть от иммунной системы организмов, которые они заражают. Было проведено гораздо больше работы над судьбой вирусов без оболочки или без оболочки, потому что большинство кишечных патогенов в экскрементах – это вирусы без оболочки, такие как норовирус и ротавирус.
Являются ли вирусы, такие как SARS-CoV-2, угрозой для наших источников воды??
Бём: Обычно мы беспокоимся о вирусах в воде, только если они выделяются людьми с фекалиями и мочой. Большинство вирусов в оболочке не выделяются с калом или мочой, поэтому мы обычно не думаем о них, когда речь идет об источниках воды. Появляется все больше доказательств того, что вирусы SARS-CoV-2 или, по крайней мере, их геномы выделяются с фекалиями. Если инфекционные вирусы выводятся из организма, то путь передачи может быть фекальным. Маловероятно, что это может быть основной путь передачи, но человек потенциально может подвергнуться воздействию при взаимодействии с водой, загрязненной необработанными фекальными массами.
Виггинтон: Мы разработали наши системы очистки питьевой воды с множеством барьеров для очистки, чтобы удалить наиболее распространенные вирусы и вирусы, которые наиболее трудно удалить. Исследования вирусов, похожих на вирус SARS-CoV-2, показывают, что они восприимчивы к этим методам лечения. С точки зрения концентрации и устойчивости вирусов это не худший сценарий.
Какие есть многообещающие или важные области исследований для информирования о наших ответных мерах на вирусные вспышки??
Бём: Если бы мы могли разработать модели для прогнозирования выживания новых вирусов в окружающей среде, это было бы огромным шагом вперед. Для этого нам необходимо механистически понять, как различные характеристики вируса, такие как размер и состав, влияют на то, как факторы окружающей среды, такие как температура и дезинфицирующие средства, контролируют их выживание.
Есть также возможности лучше понять, как поведение человека влияет на передачу вируса. Например, знание о том, насколько эффективно вирус может перемещаться с поверхности на руку, должно основываться на типах поверхностей, к которым люди фактически прикасаются, и может, в свою очередь, использоваться для коррекции поведения, связанного со здоровьем, которое фактически снизит воздействие.
Вы пишете это "Исследователи в области экологических наук и инженерии должны использовать более широкий, долгосрочный и более количественный подход к пониманию вирусов, которые распространяются в окружающей среде." Вы можете уточнить?
Виггинтон: Мы склонны очень тщательно изучать вирусы во время эпидемии, но результаты, полученные от одного вируса, нелегко экстраполировать на другие вирусы, которые появляются пятью годами позже. Если бы мы применили более широкий подход к изучению многих видов вирусов, мы могли бы лучше понять характеристики, определяющие их судьбу в окружающей среде.
Бём: Мы должны убедиться, что наблюдения за устойчивостью вирусов в окружающей среде являются количественными, чтобы их можно было расширить для понимания устойчивости вирусов в других контекстах. Иногда исследователи представляют качественные наблюдения о вирусах в окружающей среде, когда они не имеют непосредственного значения для их исследования. Например, некоторые из ранних сообщений о SARS-CoV-2 в фекалиях представляли собой количество копий гена вируса на образец мазка без указания массы фекалий на мазке. К сожалению, сами по себе эти данные не позволяют экстраполировать концентрацию SARS-CoV-2 в сточных водах или экскрементах, о чем многие люди хотели бы знать как из опасений по поводу риска, так и из интереса к использованию сточных вод в качестве эпидемиологического инструмента.
Как эксперты из разных областей могут сотрудничать в исследованиях, чтобы максимизировать их ценность для общественного здравоохранения?
Виггинтон: Инженеры-экологи и ученые в основном изучают патогены за пределами хозяина. Они обнаруживают патогены в образцах окружающей среды, понимают их судьбу в окружающей среде или разрабатывают подходы, такие как дезинфекция воды, для удаления их из окружающей среды. Тем временем вирусологи изучают, что происходит в клетках-хозяевах, а ученые в области общественного здравоохранения пытаются понять воздействие вируса на людей и то, как он распространяется в сообществах.
Вопросы и методы исследования в этих областях иногда очень похожи. Итак, работая вместе, мы можем быстрее продвигать методы вперед. Работа в разных дисциплинах может привести к открытиям и стратегиям, которые невозможно было бы реализовать самостоятельно.