下水道知道你吃了什麼
飲食是影響健康的最重要因素之一，但研究人員發現很難確定人們吃什麼。
史丹佛大學營養學家克里斯托弗·加德納表示，研究人員常用的工具，例如食物頻率調查問卷或要求人們記住前一天吃了什麼，既乏味又昂貴。這些努力取決於人們的真誠和準確；幾天后，人們會忘記 15% 到 20% 的飲食。
加德納博士說，這就是為什麼營養研究如此困難的原因之一，也是為什麼最好的證據來自代謝室的小型研究的原因之一。他補充說，在此類研究中，研究人員本質上是「把某人鎖起來」。 “他們不能離開。你給他們做飯，把它從門縫裡塞進去，你就知道他們是否還沒吃完。”
但今天發表在《美國國家科學院院刊》上的一項新研究指出了營養數據的寶庫：廢水。研究人員利用北卡羅來納州的廢水，從消化後倖存的食物中尋找 DNA 痕跡。他們以每人不到一美分的價格識別出數百種已食用的食物（例如巧克力、生菜、火雞、藍莓、黑胡椒），甚至能夠推斷出一個社區的社會經濟狀況。
在 Covid-19 大流行期間，廢水監測成為公共衛生領域的常用工具，可協助城市在無需對所有居民進行檢測的情況下追蹤病毒激增。但科學家們越來越多地使用同樣的基礎設施來測量非法藥物的使用、抗生素抗藥性、壓力荷爾蒙以及現在的飲食。
利用這些數據，研究人員可以評估社區的營養需求是否得到滿足，以及削減食品券等政策變化如何近乎即時地改變飲食行為。但這項技術也引發了有關隱私、監視和潛在商業化風險的難題。
杜克大學微生物學家、這項新研究的主要作者勞倫斯·戴維 (Lawrence David) 表示：“每天，80 億人進行大約 3 次飲食實驗。” “而且這些數據都沒有被捕獲。”
通常，人們每天攝取最多一克膳食 DNA。大衛博士說，其中大部分在消化過程中被分解，但一小部分被排出體外，留下數百萬個碎片供研究人員分析。
在這項新研究中，研究人員檢查了北卡羅來納州 210 萬人（約佔該州人口的五分之一）的廢水樣本。該研究的另一位主要作者、北卡羅來納大學教堂山分校的環境微生物學家雷切爾·諾布爾(Rachel Noble)表示，這些樣本是在大流行開始時收集和濃縮的，其中一些樣本保存在實驗室的冰箱中。
解凍廢水濃縮物後，研究人員對裡麵食物的 DNA 進行了定序，從動物粒線體和植物葉綠體（光合作用背後的細胞機制）中尋找遺傳物質。他們發現，不同社區的飲食模式有所不同：黑眼豌豆與鄉村生活有關，啤酒原料與財富有關，芒果和椰子與大量移民人口有關。
然而，定序也有其局限性，因為有些食物會留下比其他食物更強的 DNA 訊號。領導這項研究的維吉尼亞理工大學食品科學家Mengyi Dong表示，例如，綠葉蔬菜比馬鈴薯含有更多的葉綠體，而精製糖幾乎不含來自其原始來源甘蔗或甜菜的DNA。區分單一食品的許多工業後遺症也很困難，例如玉米糖漿、玉米片或玉米棒。
這就是為什麼一些研究人員正在採取不同的方法，尋找飲食的化學特徵，例如纖維化合物、微量維生素以及消化和新陳代謝的其他副產品。例如，研究人員沒有透過啤酒花和大麥來測試啤酒的消耗量，而是研究了硫酸乙酯，這是一種在人體分解酒精時形成並透過尿液排出的化學物質。南卡羅來納大學環境健康科學教授 Devin Bowes 表示，雖然這種方法無法識別特定食物，但它可以提供對健康重要的特定營養素和毒素的有用觀察。
鮑斯博士說，缺點是它相當勞動密集型，可能需要一些「偵探工作」來確定哪種化學物質是有意義的和可測量的。
無論研究人員遵循什麼訊號，廢水仍然是一個令人困惑的資料來源。諾布爾博士說，當食物或化學物質中的 DNA 進入管道時，一些 DNA 會降解或被截留，尤其是在帶有赤土或混凝土管道的舊下水道系統中。聖母大學環境工程師凱爾畢比說，污水中還攜帶的不僅僅是人類排泄物：牲畜糞便、餐廳殘骸和落葉，所有這些都模糊了訊號。
諾布爾博士說，研究人員試圖透過「盡快」處理樣本來限制降解來解釋這種噪音。他們也排除了人們不吃的植物和動物（例如草屑或狼）的 DNA，但這些非食物來源僅佔已定序植物 DNA 的四分之一和動物 DNA 的 1%。
研究人員也將廢水結果與一小部分糞便樣本進行了比較，發現這兩個來源產生了相似的 DNA 模式。耶魯大學環境工程師喬丹·佩西亞 (Jordan Peccia) 表示，仍然需要進行更多工作，將廢水飲食監測納入“基本事實”，類似於根據當地病例數和入院情況驗證 Covid-19 廢水數據的方式。但即便如此，他補充說，廢水可能更適合檢測隨時間變化的模式，而不是食物攝取的絕對測量。
儘管有局限性，科學家仍然希望廢水能幫助改變飲食研究。
例如，史丹佛大學營養科學家加德納博士說，研究人員可以以低廉的成本隨時間監測飲食線索，而不是招募數百萬人並要求他們完成重複調查。這可能揭示收費和免費學校午餐計劃等政策變化如何影響營養。與醫療數據相聯繫，這些訊號還可以幫助研究人員將飲食模式與社區健康和慢性病軌跡聯繫起來。
目前，大多數廢水飲食監測都是在市政處理廠進行的，其中一個樣本可能代表數千或數十萬人。但大衛博士的團隊開始研究社區層面的數據，從北卡羅來納州達勒姆開始。
出於隱私原因，他們避免在少於 500 人的區域進行採樣。儘管如此，人們並不一定認為他們扔掉的東西是有價值的信息，而且隨著廢水監測進入飲食等更私密的領域，他們可能會反對對糞便進行分析。
大衛博士的回應是嘗試將社區納入這個過程。在過去的一年裡，他的團隊會見了達勒姆的社區委員會和社區領導人，詢問這些數據對他們有何用處。
當非營利組織 BLK South 的創始人艾琳·杜利 (Erin Dooley) 第一次聽說這項調查時，她停了下來。 「我們生活在一個數據就是金礦的時代，」杜利女士說。她擔心這些資訊如何從她的社區中提取，出售給廣告商，並用來羞辱居民的飲食習慣。
但她和她的丈夫肯德爾也看到了機會。他的社區海地 (Hayti) 是美國歷史悠久的黑色華爾街之一，如今已成為一片美食沙漠，該社區一直在努力籌集 600 萬美元來開設一家雜貨店。這就是為什麼杜利夫婦與大衛博士和格蘭特街社區合作，幫助確定他們的社區吃什麼和缺乏什麼，將這些數據轉化為雜貨店和更多獲得新鮮食品的案例。
“這是有用的信息，”杜利夫人說，“但前提是它是為了改善附近人民的生活。”
