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2021年1月25日

張綺霞 訪談錄

疫廈病毒強檢推手 港大教授張彤抗污30年

過去兩月,疫情不斷擴散,為了找出隱形患者,政府開始採納污水病毒監測技術,透過檢測污水中的病毒,判定患者的居所所在,再全幢大廈進行強制檢測。背後的重要推手,是香港大學土木工程系張彤教授,他帶領的跨學科團隊從去年4月開始籌備和構思,如今終能將經驗派上用場。

張彤是污水研究專家,排污系統常在公眾目光之外,許多人更帶着厭惡目光看待污水,但他深信這範疇的工作有其價值和意義,一做就超過30年。「這個範疇需要化學和生物學的知識,都是我很喜歡的。」他更指出,隨着科技不斷發展,儀器和技術成本下降,這範疇將能更有作為,希望更多年輕人投身。

張彤研究污水處理多年,早已在土木工程系成立自己的「環境微生物組工程與生物技術實驗室」,對抽取污水中細菌和病毒有一定掌握,這次正可將經驗派上用場。他表示,去年4月看到外國做相關的污水病毒監測後,他和團隊已經有仿效的想法,於是先和環境局合作做污水調查,摸索出方法,在10月獲得食衞局醫療衞生研究基金(HMRF)資助後,就正式開展這計劃。

整個監測計劃牽涉不同的政府和大學部門,先由環保署的專業團隊到污水處理廠、污水泵房、不同區域的沙井等取樣本。他們會在數小時內多次取樣,然後將樣本送到張彤帶領的實驗室。工作人員穿上最嚴格的全套裝備,用兩次離心處理,抽取病毒沉澱物,然後用化學物質溶化病毒RNA的蛋白質外殼,將RNA提取出來,放在基因排序儀器中,針對某幾段標誌的基因段落進行對比,查找新冠病毒是否存在。「如果我們連續兩次檢測到陽性,或者3天內有兩次陽性,就會通知政府做調查。」

用污水作預警

雖然取樣只是在早上進行,未必能找出所有隱形患者,但至目前為止,他們每次檢測出有危機的疫廈,經過全幢強制檢測後,都能找出至少一個患者,顯示這方法的靈敏度足夠。但他也強調,就算沒有檢測到,也不代表患者不存在,「污水的病毒濃度變化很大,取樣只是集中在某個時間點,希望能與住戶上廁所的時間吻合。」可能是患者沒有去廁所,或者排放病毒量低,因此當持續能在污水中檢測到訊號,就意味着危機較大。

為了追上防疫需要,他們加快流程,第二天就能有結果。「完成實驗時通常都要深夜或第二天凌晨,然後馬上分析,再在早上報告給政府。」從5月份實驗至今,他們發現,污水的訊號跟第四波疫情非常吻合,「用污水作早期的預警,是完全可行的。」

這幾個月,他坦言工作量非常大,團隊共有約15人,由研究人員和學生組成,分成兩隊輪班工作,但忙起來時,也會兩隊同時出動。如今他們正幫政府制定方法,讓私人實驗室也能參與。「樓宇數目太多,而且污水管的網絡比較複雜,不一定每幢樓每個屋苑都有單獨的沙井。所以也不是每個樓宇都能用這辦法。」

他們會先在大沙井做調查,找到訊號後,再逐個小沙井追蹤,過程費時,但團隊不斷嘗試新方法,成功縮短檢測時間。「我們團隊中的研究生和學生都很積極主動提出意見,才有這樣的成果,他們都很想為香港做些什麼,而且因為家不在香港,都想疫情平息盡快回去。」起初前線工作的學生家長也有顧慮,但明白他們做足安全措施後,就放下心。

整個過程除了他們學系,醫學院和公共衞生學院都幫忙不少。他笑着解釋:「土木工程系都是比較熟悉鋼呀、石屎那些,病毒分析也是第一次。」隨着工作量大增,附近學系的人員也有所顧慮,公共衞生學院乾脆借出自己的實驗室,讓他們在裏面工作。他也讚揚,政府各部門都非常配合。「當所有部門都可好好合作,我們是可以很高效去把事情做成。」

 

去除三大毒物

作為土木工程系教授,他做的卻不是建橋鋪路蓋房子,而是與污水為伴。他指出,污水處理是環境工程學一部分,在城市建設極重要,沒有它,人類將時刻暴露於污染物中。早年英國在急速城市化的過程中,因大量人口湧入造成巨大排污負荷,細菌、病毒、寄生蟲在外露的溝渠中滋養散播,死亡率大增,當地工程師跟醫生商討後,把所有渠道設置在地底,大大減少疾病傳播,是現代排污系統的起源。

張彤指出,在過去一個世紀對人類健康貢獻最大的,除了抗生素、防疫針,就是污水處理。人類靠這三者,才能保護自己免受細菌病毒侵襲。「我們上世紀可以將人均壽命從38歲延長到68歲,這3個範疇都有很大的貢獻。」

而做污水研究,是為了提高污水處理效率。人類所排出的水質污染物,以碳、氮、磷最常見,二氧化碳在水中會被細菌吃掉,過程中需要耗用氧分,當水質被碳污染,就會有缺氧問題,讓水中生物死亡。而氮、磷都是藻類喜歡的食物,會導致藻類過度增長,消耗水中氧氣,有些更會產生毒素,毒死水生物也毒害人類。因此在污水處理過程中,最重要是去除這3種物質。

除了研究如何有效去除這3種物質,在這範疇中,愈來愈流行的是透過污水做微生物和流行病學研究。「每個人排泄出來的,有致病菌、有抗生素等各種化學藥物,在污水裏都可供分析。」例如小兒麻痹症病毒近乎被滅絕,但卻仍在部分區域傳播,世界衞生組織正是透過污水檢測,找出病毒仍存在的地區。又例如世界各地的科學家都透過污水中抗生素成份分析,得出該區病菌耐藥性高低的結論。「污水處理廠可以是處理10萬人的排放,有很大的樣本去做這個結論。」

他過去10年也在港做了不少相關研究。「抗生素流入水中,會幫助細菌保持對抗生素的抗性,在環境中擴散繁殖後,對我們健康的影響很大。」有科學家更提出,在人類大量使用抗生素的情況下,未來可能任何抗生素也無效。他笑言,自己沒有這麼悲觀。「但這確是一個問題,現在許多人都說,所有事的衞生是一體的,人、動物、環境,三者的健康連在一起,人類用的化學物,可能會用在動物或污染農場及環境,反過來影響人。」

不斷有新發現

張彤是中國改革開放後的大學生,八十年代中經濟開始發展,城市化和工業化步伐加快,環境污染問題也備受關注,「這些問題明顯影響生活」。

來自醫生世家的他,決定不繼承父親衣缽,而選擇主修環境生物學。「如今我也會跟父親說,不只是你做手術能救人,我做污水一樣能救人,跟你也是同行。」他哈哈一笑。

教了5年書後,他到香港大學進修環境工程學博士,用分子生物學技術如DNA排序檢測,研究污水中的微生物,今天聽來並不稀罕,當時卻是創新的方法。「當時我的老師認為這是日後最重要的研究方向,就安排我去做,用微生物學的方法去解決工程問題,也可對公共衞生有影響。」畢業後,他一直研究和執教至今。

環境工程學在學生中並非熱門選擇,但他指出,這門學科愈來愈重要。尤其是他們專門研究污水中的微生物,近年有不少突破。「最初科學家研究微生物,多靠顯微鏡,後來他們發明了用培養細菌的方法,給這些細菌養分,在培養皿上形成群落,才了解到它的特性。但後來科學家發現,自然界中絕大多數微生物是人類無法培養的,可能是競爭不過其他細菌,可能它們只需很少養分就能存活,因此無法適應高濃度營養的實驗室培育,但這些微生物對環境來說卻可能很重要。」

近年DNA排序技術愈來愈便宜,帶來不少新發現。他笑道:「相關儀器的價錢下跌得比半導體還要快。」科學家透過大量基因測序,發現自然界中的微生物比已知的還要多,因此將微生物更名為「微生物組」,當一個群組去研究。

研究污水微生物數十年,他相信,這個領域仍是剛開始狀態,未來將進一步開拓,有更多人投身。「當知道這些微生物成員後,就能好好控制它,讓它的污水處理效率提高,換到其他範疇,甚至可透過微生物幫助提高植物生長速度,改善人體腸道運作等。」

 

 

張彤小檔案

職銜:香港大學土木工程系環境工程教授、香港大學公共衞生學院榮譽教授

學歷:南京大學學士及碩士、香港大學環境工程博士

曾獲獎項:中國國家自然科學二等獎、香港大學優秀研究生導師獎

 

 

撰文:張綺霞

[email protected]

 

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