公共健康官員將利用機器人收集的樣本數據來研究城市中的微生物群。

4月的一天早上，紐莎.加莉（Newsha Ghaeli）打開下水井蓋，從下水道的水流中抓起一段軟管。在拉起軟管的時候，她發現一團廁紙粘在軟管頭上來回搖晃，令人作嘔；偶爾還有幾滴臟水濺到她暴露在面具外的頭發上。這時一名來自馬薩諸塞州劍橋市的環衛工人在一旁安慰她：“一點點臟東西，沒事的。”

加莉是一名建筑師，還是麻省理工學院的研究員。最近一段時間，她正在幫忙協調在劍橋東部市區下水道中進行的24小時采樣任務。每個小時，研究團隊都會抽取半升珍貴的污泥樣品。加莉和她的同事正在為一項雄心勃勃的計劃做基礎工作，這項計劃旨在通過跟蹤居民丟棄的生物和化學垃圾來了解整個城市的健康狀況。以后，他們將在下水道中安裝自動采樣器，使城市的下水道成為“智能下水道”。公共健康部門官員可以借此了解城市的微生物群，即生活在居民體內的微生物群落。

“這一項目的初衷是尋找與我們日常生活有關的污水模式。”不久前剛剛卸任該項目研究主管的雅尼夫.雅各布.圖爾格曼（YanivJacob Turgeman）說，“我們希望這一項目真正富有洞察力，能夠為公共衛生事業提供有益的幫助，并帶來深遠的影響。”

作為該領域屈指可數的項目之一，這項被稱為“地下世界”的研究獲得了科科威特-麻省理工學院自然資源與環境中心的400萬美元撥款支持。研究團隊稱所在城市為家鄉，他們的項目也受到了這座城市的歡迎。“如果能夠獲得實時信息，就能聚集資源，在問題惡化之前解決它。”劍橋市環境衛生主管官員山姆.利普森（Sam Lipson）說，“通常，我們無法獲得這些公共衛生指標。”

此前，這種“污水流行病學”主要用于監測人口非法使用藥物的趨勢。例如，最近對歐洲的42個城市下水道污水的研究顯示，大城市人口最喜歡在周末吸食可卡因、搖頭丸等毒品，而每周大麻和******在不同大小城鎮的吸食情況在時間上更為平均。

麻省理工學院的研究團隊也會對毒品和藥物進行測試，但是他們的目標遠不止如此。（利普森強調，在劍橋開展任何綜合監測項目前，必須對社區進行評估。）在計算生物學家艾里克.阿爾姆（Eric Alm）和建筑師兼工程師卡羅.拉蒂（Carlo Ratti）的領導下，“地下世界”項目將篩查流感、諾瓦克等病毒，監測劍橋市突發疫情的早期跡象。他們還會對細菌DNA進行測序，識別食源性致病菌，尋找人體健康和疾病方面的各種生化指標。

美國環境保護署（EPA）化學家克里斯汀.道登（ChristianDaughton）率先提出利用下水道污水監測社區健康的想法。他說：“麻省理工學院項目的目標非常遠大，也很超前。如果這個項目的原理得到證實，那將是以快速廉價方式實時監測公眾健康的重大進步。”

下一階段的自動化程度將得到大幅提高。目前，拉蒂和他的團隊正在麻省理工學院感知城市實驗室設計寬如下水道井蓋、高30厘米的機器人。這種機器人被懸掛在線纜上，可以在下水道中上下運動進行采樣。通過定制的智能手機應用和藍牙連接，研究人員將能夠遠程控制機器人采樣，并將數據饋送到精密的污水采樣信息系統。機器人的主要目的是收集數據，不過研究人員也希望在機器人中嵌入傳感器，測量溫度、水流和其他參數。

研究人員計劃在未來數月里在劍橋市的10處下水道測試這種機器人，以便了解全市各個地方的污水信號。今年晚些時候，他們還會在面積是劍橋1000倍的科威特設置類似的監測平臺。威斯康星大學密爾沃基分校的微生物生態學家瑞恩.牛頓（Ryan Newton）參與了污水樣本分析工作，他說：“他們嘗試的規模相當驚人，因此將能夠對當地人口的變化了如指掌。”

科威特超過三分之一的兒童存在超重或肥胖問題。如果獲得科威特的長期數據，污水分析人員就能從理論上揭示公共健康運動是否對大眾的新陳代謝健康產生影響。例如，科威特最近就倡議降低面包中的鈉含量，以保持人們的健康。

類似的項目正在全世界范圍內展開。紐約大學的生物學家簡.卡爾頓（Jane Carlton）本月在城市微生物會議上報告了她和同事開展的一項為期兩年的研究項目。該項目旨在摸清紐約下水道中細菌、其他單細胞生物以及病毒的特征，目前已經進行了一半。卡爾頓還考慮在上海開展一個同等規模的下水道污水取樣項目。

與此同時，來自伊利諾斯州阿貢國家實驗室的團隊已經啟動了一項為期7年的項目，監測芝加哥下水管道以及河流中的代謝物和微生物。與“地下世界”項目類似，該團隊目前主要依靠人工收集數據。但是，該項目的領導人、微生物學家杰克.吉爾伯特（Jack Gilbert）正在開發依靠電池供電的傳感器。通過DNA的擴增反應，傳感器能夠在一個廢水樣本中檢測385種微生物。這種微流體儀器封裝在手提箱大小的保護盒中，通過藍牙傳輸數據。

“我們希望這些傳感器能與污水處理廠相連。”吉爾伯特說，“這一技術目前還處于試驗階段，但理論上來講，它能夠自動檢測到任何與潛在威脅相關的微生物及病毒因素，并向中控系統報告。”

“地下世界”項目的阿爾姆說，方案多種多樣，挑戰在于哪種方案是可行的。“我們應用這種平臺能做的事情很多，”他說，“讓我們把平臺建起來，然后拭目以待吧。”

作者：Elie Dolgin