公共健康官员将利用机器人收集的样本数据来研究城市中的微生物群。
4月的一天早上，纽莎.加莉（Newsha Ghaeli）打开下水井盖，从下水道的水流中抓起一段软管。在拉起软管的时候，她发现一团厕纸粘在软管头上来回摇晃，令人作呕；偶尔还有几滴脏水溅到她暴露在面具外的头发上。这时一名来自马萨诸塞州剑桥市的环卫工人在一旁安慰她：“一点点脏东西，没事的。”
加莉是一名建筑师，还是麻省理工学院的研究员。最近一段时间，她正在帮忙协调在剑桥东部市区下水道中进行的24小时采样任务。每个小时，研究团队都会抽取半升珍贵的污泥样品。加莉和她的同事正在为一项雄心勃勃的计划做基础工作，这项计划旨在通过跟踪居民丢弃的生物和化学垃圾来了解整个城市的健康状况。以后，他们将在下水道中安装自动采样器，使城市的下水道成为“智能下水道”。公共健康部门官员可以借此了解城市的微生物群，即生活在居民体内的微生物群落。
“这一项目的初衷是寻找与我们日常生活有关的污水模式。”不久前刚刚卸任该项目研究主管的雅尼夫.雅各布.图尔格曼（YanivJacob Turgeman）说，“我们希望这一项目真正富有洞察力，能够为公共卫生事业提供有益的帮助，并带来深远的影响。”
作为该领域屈指可数的项目之一，这项被称为“地下世界”的研究获得了科科威特-麻省理工学院自然资源与环境中心的400万美元拨款支持。研究团队称所在城市为家乡，他们的项目也受到了这座城市的欢迎。“如果能够获得实时信息，就能聚集资源，在问题恶化之前解决它。”剑桥市环境卫生主管官员山姆.利普森（Sam Lipson）说，“通常，我们无法获得这些公共卫生指标。”
此前，这种“污水流行病学”主要用于监测人口非法使用药物的趋势。例如，最近对欧洲的42个城市下水道污水的研究显示，大城市人口最喜欢在周末吸食可卡因、摇头丸等毒品，而每周大麻和******在不同大小城镇的吸食情况在时间上更为平均。
麻省理工学院的研究团队也会对毒品和药物进行测试，但是他们的目标远不止如此。（利普森强调，在剑桥开展任何综合监测项目前，必须对社区进行评估。）在计算生物学家艾里克.阿尔姆（Eric Alm）和建筑师兼工程师卡罗.拉蒂（Carlo Ratti）的领导下，“地下世界”项目将筛查流感、诺瓦克等病毒，监测剑桥市突发疫情的早期迹象。他们还会对细菌DNA进行测序，识别食源性致病菌，寻找人体健康和疾病方面的各种生化指标。
美国环境保护署（EPA）化学家克里斯汀.道登（ChristianDaughton）率先提出利用下水道污水监测社区健康的想法。他说：“麻省理工学院项目的目标非常远大，也很超前。如果这个项目的原理得到证实，那将是以快速廉价方式实时监测公众健康的重大进步。”
下一阶段的自动化程度将得到大幅提高。目前，拉蒂和他的团队正在麻省理工学院感知城市实验室设计宽如下水道井盖、高30厘米的机器人。这种机器人被悬挂在线缆上，可以在下水道中上下运动进行采样。通过定制的智能手机应用和蓝牙连接，研究人员将能够远程控制机器人采样，并将数据馈送到精密的污水采样信息系统。机器人的主要目的是收集数据，不过研究人员也希望在机器人中嵌入传感器，测量温度、水流和其他参数。
研究人员计划在未来数月里在剑桥市的10处下水道测试这种机器人，以便了解全市各个地方的污水信号。今年晚些时候，他们还会在面积是剑桥1000倍的科威特设置类似的监测平台。威斯康星大学密尔沃基分校的微生物生态学家瑞恩.牛顿（Ryan Newton）参与了污水样本分析工作，他说：“他们尝试的规模相当惊人，因此将能够对当地人口的变化了如指掌。”
科威特超过三分之一的儿童存在超重或肥胖问题。如果获得科威特的长期数据，污水分析人员就能从理论上揭示公共健康运动是否对大众的新陈代谢健康产生影响。例如，科威特最近就倡议降低面包中的钠含量，以保持人们的健康。
类似的项目正在全世界范围内展开。纽约大学的生物学家简.卡尔顿（Jane Carlton）本月在城市微生物会议上报告了她和同事开展的一项为期两年的研究项目。该项目旨在摸清纽约下水道中细菌、其他单细胞生物以及病毒的特征，目前已经进行了一半。卡尔顿还考虑在上海开展一个同等规模的下水道污水取样项目。
与此同时，来自伊利诺斯州阿贡国家实验室的团队已经启动了一项为期7年的项目，监测芝加哥下水管道以及河流中的代谢物和微生物。与“地下世界”项目类似，该团队目前主要依靠人工收集数据。但是，该项目的领导人、微生物学家杰克.吉尔伯特（Jack Gilbert）正在开发依靠电池供电的传感器。通过DNA的扩增反应，传感器能够在一个废水样本中检测385种微生物。这种微流体仪器封装在手提箱大小的保护盒中，通过蓝牙传输数据。
“我们希望这些传感器能与污水处理厂相连。”吉尔伯特说，“这一技术目前还处于试验阶段，但理论上来讲，它能够自动检测到任何与潜在威胁相关的微生物及病毒因素，并向中控系统报告。”
“地下世界”项目的阿尔姆说，方案多种多样，挑战在于哪种方案是可行的。“我们应用这种平台能做的事情很多，”他说，“让我们把平台建起来，然后拭目以待吧。”
作者：Elie Dolgin