Ziekteverwekkers op de wereldkaart

17 november 2017
Auteurs:
Bob Vermeent
student Aardwetenschappen, Universiteit Utrecht
wetenschappelijk onderzoek
Kennis
FOTO: NIAID/FLICKR
E. coli bacterie

Een nieuw ontwikkelde theorie gebaseerd op een mondiaal hydrologisch model moet in de toekomst kunnen aanwijzen hoe ziekteverwekkers zich verspreiden over de wereld. Dit kan bijdragen aan het behalen van de Duurzame Ontwikkelingsdoelen van de VN.

 

Het is 13 mei in het jaar 2000. Een groot deel van de 5000 mensen tellende gemeenschap in Walkerton, Canada krijgt last van diaree en blaasontstekingen. Vijf mensen sterven uiteindelijk aan de gevolgen. De oorzaak? De  watervoorziening is vervuild geraakt met uitwerpselen en de daarin aanwezige ziekteverwekker E. Coli O157: H7.

Dit verhaal staat niet op zichzelf, recentelijk zelfs in Nederland kwam de E. Coli weer in het nieuws: het water in Vlaardingen was besmet.

Volgens de wereldgezondheidsorganisatie was meer dan een kwart van de wereldbevolking in 2014 afhankelijk van water vervuild door poep. Zoals de gebeurtenissen in Walkerton en Vlaardingen laten zien, speelt dit probleem niet alleen in ontwikkelingslanden. Noch komt blootstelling aan enterische pathogenen (de ziekteverwerkkers die aanwezig zijn in poep, waaronder E. Coli O157: H7) vooral voor in de tropen. Het lijken juist de koude gebieden te zijn waar blootstellingsrisico’s aan deze groep ziekteverwekkers groter zijn. Dit zijn slechts enkele resultaten van een nieuw onderzoek (zie kader) naar de verspreiding van enterische ziekteverwekkers over de wereld. Dit onderzoek heeft zich gericht op het ontwikkelen van een aanvullende module die wereldwijd ziekteverwekkerverspreiding simuleert binnen een al bestaand mondiaal hydrologisch model. Deze schaal is nieuw.

Geografische gegevens

De ziekteverwekkermodule bestaat uit drie onderdelen: bronnen, transport en afbraak, blootstelling. Uit epidemiologisch en microbiologisch onderzoek blijkt dat fysische en sociale geografie grote invloed hebben op transport en afbraak en blootstelling (zie figuur 1).

Blootstelling gedigitaliseerd

Traditioneel werd de verspreiding van ziekteverwekkers gebaseerd op veldgegevens. Gegevens verkregen door bemonstering van water in riolen, rivieren en drinkwater werden gecombineerd met uitbraakgegevens van ziektes. Hierdoor is voor toegankelijk gebied waar voldoende middelen en mensen met expertise beschikbaar zijn een redelijk beeld ontstaan hoe de concentratie van ziekteverwekkers in oppervlaktewater samenhangt met het daadwerkelijk voorkomen van ziekte. Met de opkomst van computermodellen wordt ook steeds meer de verspreiding van pathogenen digitaal bepaald. De schaal van deze modellen beperkt zich tot de grootte van een rivier stroomgebied. Bob Vermeent onderzocht voor zijn bachelorscriptie mogelijkheden om processen die de verspreiding van en blootstelling aan enterische pathogen bepalen te vangen op wereldschaal. Zo’n wereldschaalmodel heeft als voordeel dat blootstellingsrisico’s ook bepaald kunnen worden voor niet toegankelijke gebieden  en gebieden waar onvoldoende middelen beschikbaar zijn om de blootstellingsrisico’s in kaart te brengen. Aan de hand van deze wereldwijde inschatting kunnen organisaties strategieën opstellen om ziekteuitbraken te voorkomen, of de gevolgen ervan te verkleinen.

Figuur 1: Moduleopbouw

Oorzaken aanwezigheid ziekteverwekkers
Enterische pathogenen zijn aanwezig in poep. Waar veel poep uitgescheiden wordt, zal de hoeveelheid ziekteverwekkers die in het oppervlaktewater terecht komt in het algemeen hoger zijn. Mestverwerking en afvalwaterzuivering zorgen voor een afname in enterische pathogenen. In gebieden met intensieve veeteelt, waar mest niet wordt verwerkt voordat het in het milieu wordt gebracht, zal de concentratie in oppervlaktewater hoger zijn. Hetzelfde geldt voor dichtbevolkte regio’s waar geen afvalwaterzuivering wordt toegepast. De hoeveelheid uitgescheiden pathogenen is hoger voor zieke mensen en dieren. Wanneer veel relatief zwakke en zieke individuen aanwezig zijn in een populatie zal de populatie als geheel meer pathogenen uitscheiden. Wereldwijde patronen van pathogeenemissie zullen dus afhangen van het voorkomen van ziektes, populatiegroottes en verwerkingsmogelijkheden.

Fysische geografie: transport en afbraak
Klimaat en hydrologie zijn de belangrijkste fysisch geografische determinanten voor verspreiding van enterische pathogenen. Na emissie zijn er verschillende paden waardoor de pathogenen in oppervlaktewater terecht komen; daarnaast verspreiden ze zich ook hier ook. Ook sterven ze in het milieu aangezien ze een dierlijke of menselijke gastheer nodig hebben. Verspreidingspatronen hangen dus af van de afstervingssnelheid, verplaatssingsnelheid en tijd. Vaak worden pathogenen niet direct naar het oppervlaktewater, maar naar het landoppervlak uitgescheiden. Tijdens regen spoelt de overlevende fractie af, of infiltreert het in de bodem. Eenmaal in de bodem zijn ze weinig mobiel - hoge concentraties komen plaatselijk vaak voor – maar in oppervlaktewater verspreiden ze zich snel. In een warme omgeving sterven ze daarnaast in het algemeen sneller af.

Tijdens een plotselinge, lokale overstroming, ook wel flash flood  genoemd, zal veel afspoeling optreden. In gebieden met steile hellingen, laag infiltrerend bodemvermogen en hoge neerslagintensiteit zullen deze flash floods vaker voorkomen. Als het daarnaast een koud gebied is, zijn er relatief weinig enterische ziekteverwekkers afgestorven op het landoppervlak. In bergachtige regio’s zullen dus relatief veel uitgescheiden pathogenen voor langere tijd in het oppervlaktewater verblijven.

Sociale geografie: blootstelling
Enterische ziekteverwekkers komen via doorgeslikt water het menselijk lichaam binnen. Vandaar dat blootstellingsrisico’s samenhangen met de concentratie pathogenen en hoeveelheid doorgeslikt water. De grootste hoeveelheid water wordt binnenkregen door onverhitte drinkwaterconsumptie, maar ook bij zwemmen en het eten van in-water-schoongemaakt voedsel kunnen blootstellingsrisico’s ontstaan.

Per regio verschilt het welke blootstellingsroute (via drinkwater of via waterrecreatie) het meeste van belang is. In Nederland wordt drinkwater dusdanig goed gezuiverd dat de risico’s op ziekte door enterische pathogenen zeer klein is. In de zomer wordt er echter in oppervlaktewater gerecreëerd, zoals in sloten, plassen en rivieren. Zeker in gebieden waar ook veel dieren leven kan dit oppervlaktewater besmet zijn.

De mate van recreatie in oppervlaktewater en consumptie van onverhit water is sterk sociaal-cultureel bepaald. Naast beschikbaarheid van kennis over vervuiling en zuiveringsmiddelen zijn ook sociale gebruiken – bijvoorbeeld de aanwezigheid van een theecultuur – belangrijk. Wereldwijd bestaan er daarom grote verschillen in blootstellingsrisico’s.

Duurzame Ontwikkelingsdoelen

BRON: VN
Duurzame Ontwikkelingsdoelen

De gezondheidsrisico’s door pathogenen aanwezig in water worden erkend door Verenigde Naties. Het Water, Sanitatie en Hygiene (WASH) programma heeft als doel blootstellingsrisico’s te verminderen. Daarnaast was ‘het bevorderen van schoon drinkwater’ een doel binnen de Millenniumdoelen (MDG's) en is het nu één van de Duurzame Ontwikkelingsdoelen (SDG's), per 2015. Er ligt een focus op het verbeteren van drinkwatervoorzieningen en sanitatie in stedelijk omgeving, aangezien hier grote watergerelateerde problemen voorkomen. Hoewel het een grote uitdaging is, kunnen in stedelijk gebied relatief makkelijk oplossingen doorgevoerd worden doordat schaalvergroting makkelijker is. Op het platteland wonen daarentegen vaak te weinig mensen om zuiveringsinstallaties te doen renderen. Door de combinatie van weinig verwerkings- en zuiveringsmiddelen en een hoge dichtheid dieren zal het in rurale gebieden het lastigst worden om de Duurzame Ontwikkelingsdoelen op het gebied van drinkwaterveiligheid  te bereiken.

De nieuwe theorie is dus van groot belang om te weten waar en wanneer hoge concentraties van enterische ziekteverwekkers voorkomen: beperkte middelen kunnen strategisch worden ingezet voor de locaties en perioden van nood. Toekomstige Walkertons kunnen, moeten en zullen voorkomen worden.

 

Meer weten? Modelbeschrijving: www.globalhydrology.nl/models/pcr-globwb-2-0