智能下水道：发现你肠道中的秘密

Newsha Ghaeli 最近会下到下水道里，从奔流的下水道水流中抓起软管。在拉起软管的时候，她会发现有一团厕纸挂在软管头上来回晃悠，还有几滴脏水溅到了她暴露在面具外的头发上。这时一名马萨诸塞州坎布里奇市环卫工人安慰她：“一点点脏东西，没事。”

Ghaeli 是一名建筑师，也是MIT的研究员。从最近一段时间开始，她负责一项从东坎布里奇街区下水道中进行 24 小时取样的任务。该团队每过一个小时就会从下水道中抽取半升污泥。

这个团队正在为一个雄心勃勃的项目打基础，该项目希望能通过追踪某一城市居民的生物和化学废物，来了解整个城市的健康状况。最终，他们将在下水道里放置自动取样器，让坎布里奇市的下水道变成“智能下水道”，该市的公共卫生官员也能借此研究全市的公共微生物群。

该项目的研究主管 Yaniv Jacob Turgeman 表示：“本项目希望能寻找到与我们日常生活方式相关的污水模式。我们希望这项目能为公共卫生部门提供有意义的可实施的洞见。”

这一项目的代号为“地下世界”（Underworlds），获得了美国政府 400 万美元的拨款支持，也受到了坎布里奇市的欢迎。坎布里奇市环境卫生局长 Sam Lipson 说道：“如果能以更接近实时的速度获得信息，就能聚集资源，在问题恶化之前解决它。公共卫生部门以前通常无法获得这类指标。”

自动化的地下世界

在过去，这种“下水道传染病学”主要用于监测人口级别的非法药物使用趋势。比如，欧洲最近对欧洲大陆 42 个城市的下水道污水进行了研究，发现大城市的人最喜欢在周末使用可卡因等毒品，而大麻和冰毒的使用在全部 42 个城市中贯穿整周。

该团队也会测试药物（非法药物和处方药），但他们打算更进一步。这个由计算微生物学家 Eric Alm 和建筑师、工程师 Carlo Ratti 领导的计划将甄别流感、诺瓦克等病毒，以侦测坎布里奇市突发疫情的早期迹象。他们还会对细菌 DNA 进行测序，以识别食源性致病菌。他们还会寻找生物标志物，即人体健康和疾病诸多方面的生化指标。

率先提出用下水道污水追踪社区健康想法的美国环保局化学家 Christian Daughton 说道：“MIT的这个项目目标非常大，也很超前。如果这个项目取得成功，将对快速廉价地实时监测公共健康产生重大影响。”

这些研究人员还有许多取样方面的问题需要考虑。全天取样应该能确定一天中获取最强人类信号的时间点。Alm 解释道：“我们主要想获得冲马桶的水，而不是雨水、洗澡水或厨房污水。”

下一阶段将更加自动化。Ratti 和他在MIT感知城市实验室的团队目前正在设计下水道井盖大小、跟人腿一样高的机器人，让它们在下水道中取样。通过使用一款定制的智能手机应用，研究人员们可以远程控制机器人取样，并将数据传输到一个详尽的下水道取样信息系统中。这些机器人的功能主要是收集，不过研究人员们希望能嵌入测量温度、水流和其他参数的传感器。

他们计划在未来几个月里到坎布里奇市的 10 处地点测试这些机器人，以便了解全城各个地方的污水信号。在今年晚些时候，他们还会在科威特设置一个类似的平台。参与这一项目的威斯康星大学密尔沃基分校微生物生态学家 Ryan Newton 说道：“科威特项目的规模相当惊人。他们将对本国人口的变化有非常好的了解。”

超过三分之一的科威特儿童超重。科威特公共卫生官员感兴趣的是，下水道污水是否能帮助衡量专为防止肥胖设计的新政策的影响。这一想法源于 Newton 今年 2 月在 mBio 期刊上发表的一项研究。Newton 及其同事在一年中分析了美国 31 个州中 71 个城市的污水处理厂的水样。由于肠道细菌组合与健康密切相关，Newton 的团队能以近 90% 的精度预测某个微生物群落所属的城市的居民是否超重。如果能从科威特获得足够多的长期数据，污水分析就能发现某项公共卫生政策是否对人们的代谢健康产生影响。

类似的项目正在全世界范围内加紧进行。纽约大学生物学家 Jane Carlton 将在 6 月举办的 Microbes In The City（城市微生物）会议上参加讨论。她和她的同事们正在从事一个为期两年的项目，描绘纽约下水道污水中细菌、病毒和单细胞原生生物的特征。Carlton 也在考虑在上海开展一个下水道污水取样项目进行对比。

Alm 表示，“下水道微生物学”的可能性无限，关键是要知道哪些可能性可行。他说道：“我们利用这一平台可以做非常多事情。把它建设好就知道哪些可行了。”

via ieee