Nước thải máy bay có thể giúp cảnh báo sớm nguy cơ đại dịch

Trong bối cảnh các mầm bệnh mới có thể nhanh chóng vượt qua biên giới qua mạng lưới hàng không toàn cầu, các mô hình nghiên cứu mới đây cho thấy chỉ cần bố trí hợp lý 10-20 điểm giám sát tại các sân bay quốc tế lớn cũng có thể tạo thành hệ thống cảnh báo sớm hiệu quả.

Đặc biệt, việc phân tích nước thải từ máy bay có thể giúp phát hiện sớm các mầm bệnh lưu hành trên thế giới, qua đó hỗ trợ cảnh báo nguy cơ bùng phát đại dịch sớm hơn nhiều tuần so với các hệ thống giám sát truyền thống. Đây là kết quả của chương trình thí điểm do Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Mỹ (CDC) và Cơ quan An ninh Y tế Anh (UKHSA) thực hiện, được công bố trên tạp chí khoa học Nature Medicine.

Giám sát nước thải từ lâu đã được sử dụng để theo dõi mức độ lưu hành của các tác nhân gây bệnh trong cộng đồng, trong đó có các biến thể của virus SARS-CoV-2, virus bại liệt và cúm. Sau đại dịch COVID-19, giới khoa học ngày càng quan tâm đến khả năng mở rộng phương pháp này sang lĩnh vực hàng không quốc tế.

Thay vì xét nghiệm từng hành khách, các nhà nghiên cứu có thể lấy mẫu nước thải từ máy bay sau khi hạ cánh để tìm dấu vết của virus và những tác nhân gây bệnh khác. Phương pháp này không xâm lấn, không đòi hỏi thu thập thông tin cá nhân của hành khách, nhưng có khả năng cung cấp dữ liệu về các mầm bệnh đang di chuyển giữa những khu vực khác nhau trên thế giới. Từ đó, ý tưởng xây dựng mạng lưới giám sát nước thải máy bay toàn cầu đã được đề xuất như một công cụ cảnh báo sớm trước các tác nhân gây bệnh mới nổi.

Để đánh giá tính khả thi, nhóm nghiên cứu xây dựng một khung tính toán nhằm xác định số lượng, vị trí và cách vận hành tối ưu của các điểm giám sát. Các nhà khoa học sử dụng Mô hình Dịch bệnh và Di chuyển Toàn cầu - một hệ thống mô phỏng sự lây lan của dịch bệnh dựa trên cấu trúc dân số và mạng lưới di chuyển.

Trong khoảng 10 tháng, từ tháng 3/2024 đến tháng 1/2025, các nhà nghiên cứu đã thu thập và phân tích 424 mẫu nước thải từ các chuyến bay giữa Mỹ và Anh. Kết quả cho thấy gần 75% số mẫu chứa ít nhất một tác nhân gây bệnh đường hô hấp, như virus cúm A, cúm B, SARS-CoV-2 gây COVID-19 và virus hợp bào hô hấp (RSV). Khoảng 72% số mẫu cũng phát hiện ít nhất một mầm bệnh gây bệnh đường tiêu hóa.

Theo nhóm nghiên cứu, nước thải máy bay chứa lượng lớn chất thải của hành khách nhưng ít bị pha tạp bởi các nguồn bên ngoài như nước thải công nghiệp hay nông nghiệp. Điều này giúp việc phát hiện mầm bệnh đạt độ nhạy cao mà không ảnh hưởng đến hoạt động khai thác hàng không hay quyền riêng tư của hành khách.

Một kết quả đáng chú ý là biến thể XEC của virus SARS-CoV-2 đã được phát hiện trong nước thải từ các chuyến bay khởi hành từ Anh vào ngày 17/9/2024, sớm hơn khoảng 4 tuần so với thời điểm biến thể này được phát hiện trong nước thải từ các chuyến bay nội địa tại Mỹ. Kết quả này phù hợp với các bằng chứng cho thấy biến thể XEC xuất hiện ở châu Âu trước khi lan rộng sang Mỹ.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học mô phỏng một mạng lưới gồm nhiều "điểm gác" đặt tại sân bay. Mỗi điểm sẽ xét nghiệm nước thải của một tỷ lệ nhất định các chuyến bay quốc tế đến sân bay đó mỗi ngày. Kết quả cho thấy mạng lưới chỉ gồm khoảng 10-20 điểm giám sát được bố trí tại những vị trí chiến lược đã có thể cung cấp thông tin kịp thời về diễn biến dịch bệnh và hoạt động hiệu quả như một hệ thống cảnh báo sớm.

Đáng chú ý, hiệu quả của mạng lưới không đơn giản tăng tương ứng với số lượng sân bay tham gia. Khi vượt qua một ngưỡng nhất định, việc bổ sung thêm các điểm giám sát chỉ mang lại mức cải thiện hạn chế. Điều này cho thấy lựa chọn đúng vị trí quan trọng hơn việc mở rộng mạng lưới bằng mọi giá.

Các nhà khoa học cũng tính đến thực tế rằng không phải hành khách nhiễm bệnh nào cũng sử dụng nhà vệ sinh trên máy bay và không phải người mắc bệnh nào cũng thải ra lượng virus đủ lớn để được phát hiện. Về phương pháp xét nghiệm, hệ thống có thể được thiết kế theo nhiều cách. Các cơ quan y tế có thể tập trung tìm kiếm một tác nhân cụ thể, theo dõi danh sách những mầm bệnh ưu tiên hoặc sử dụng các công nghệ giải trình tự không nhắm mục tiêu để tìm kiếm những tác nhân chưa được biết đến.

Trong mô hình của nghiên cứu, nhóm khoa học lấy việc phát hiện các biến thể SARS-CoV-2 làm ví dụ. Mẫu được kiểm tra bằng kỹ thuật phản ứng chuỗi polymerase định lượng phiên mã ngược; những mẫu dương tính sau đó có thể được giải trình tự toàn bộ bộ gene để nhận diện biến thể cụ thể. Một ưu điểm khác là nước thải của nhiều máy bay có thể được gộp để xét nghiệm tại một điểm tập trung ở sân bay nhằm giảm chi phí, thay vì phải phân tích riêng từng chuyến bay. Tuy nhiên, việc xét nghiệm riêng từng máy bay có thể giúp nâng cao độ chính xác trong xác định nguồn phát hiện.

Theo nhóm tác giả, hệ thống không chỉ có khả năng phát hiện sớm mầm bệnh mà còn có thể hỗ trợ xác định khu vực khởi phát, ước tính khả năng lây truyền và thời điểm dịch bắt đầu. Các phân tích hồi cứu cho thấy mạng lưới giám sát nước thải máy bay có thể rút ngắn đáng kể thời gian phát hiện những tác nhân gây bệnh mới nổi.