Comment la surveillance des eaux usées aidera à prévenir les futures pandémies

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L'échantillonnage des eaux usées peut prendre beaucoup de temps. John Eisele/Université d'État du Colorado

Microbiologistes Suzanne De Long et notre Carole Wilusz se sont rencontrés et sont devenus des aficionados des eaux usées en avril 2020 lorsqu'un groupe local d'opérateurs de stations d'épuration leur a demandé de développer et de déployer un test pour détecter le SRAS-CoV-2 dans des échantillons provenant des égouts du Colorado. De Long est un ingénieur en environnement qui étudie les bactéries utiles. L'expertise de Wilusz est dans la biologie de l'ARN. Ici, ils décrivent comment fonctionne la surveillance des eaux usées et ce qu'elle pourrait faire dans un avenir post-pandémique.

Comment les eaux usées sont-elles surveillées pour le SRAS-CoV-2 ?

La surveillance des eaux usées tire parti du fait que de nombreux agents pathogènes humains et produits du métabolisme des médicaments humains se retrouvent dans l'urine, les matières fécales ou les deux. Le virus SARS-CoV-2 qui cause le COVID-19 apparaît de manière surprenante grandes quantités dans les matières fécales des personnes infectées, même s'il ne s'agit pas d'une voie majeure de transmission de la maladie.

Pour déterminer si des agents pathogènes sont présents, nous devons d'abord collecter un échantillon représentatif d'eaux usées, soit directement à partir de l'égout, soit au point où ce que les ingénieurs appellent "l'influent" entre dans une station d'épuration. Nous pouvons également utiliser des solides qui se sont déposés dans les eaux usées.

Les techniciens doivent ensuite éliminer les grosses particules de matières fécales et concentrer les microbes ou les virus. L'étape suivante consiste à extraire leurs acides nucléiques - l'ADN ou l'ARN qui contient les informations génétiques des agents pathogènes.

Les séquences contenues dans l'ADN ou l'ARN agissent comme des codes-barres uniques pour les agents pathogènes présents. Par exemple, si nous détectons des gènes uniques au SRAS-CoV-2, nous savons que le coronavirus se trouve dans notre échantillon. Nous utilisons des approches basées sur la PCR, similaires à celles utilisé dans les tests de diagnostic clinique, pour détecter et quantifier les séquences du SARS-CoV-2.

La caractérisation plus détaillée de la séquence d'acide nucléique peut fournir des informations sur les souches virales - par exemple, il peut identifier des variantes comme omicron BA.2.

Actuellement, la grande majorité des efforts de surveillance des eaux usées se concentrent sur le SRAS-CoV-2, mais les mêmes techniques fonctionnent avec d'autres agents pathogènes, y compris poliovirus, influencer et notre norovirus.

Avant la pandémie, une demande était surveillance des flambées de poliovirus rares dans les zones où la vaccination contre la poliomyélite est en cours. Les eaux usées peuvent également être surveillées pour détecter les signes de divers médicaments afin de donner un aperçu de la niveau et type de consommation de drogues dans une population.

Où vont les données ?

Pendant la pandémie, les Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis ont développé le Système national de surveillance des eaux usées spécifiquement pour suivre le SARS-CoV-2 à travers le pays. Plus de 800 sites rapportent des données à ce système NWSS, mais tous les États et comtés ne sont pas actuellement représentés.


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surveillance des pandémies dans les eaux usées2 7 10 Plus de 800 sites qui couvrent des populations de différentes tailles signalent les numéros d'eaux usées COVID-19 au CDC. Suivi des données CDC COVID, CC BY

De nombreux organismes publics, comme le Département de la santé publique et de l'environnement du Colorado, et les villes, comme Tempe, Arizona, ont leurs propres tableaux de bord pour rapporter les données. Certaines entreprises effectuant des rapports d'analyse des eaux usées sur leurs propres tableaux de bord, Aussi.

À notre avis, le NWSS représente une première étape passionnante dans la surveillance de la santé de la population par le biais des eaux usées. Des systèmes similaires sont mis en place dans d'autres pays, y compris l'Australie et notre New Zealand.

Que montrent vraiment les données sur les eaux usées ?

Les niveaux de SRAS-CoV-2 dans les eaux usées de grandes populations sont un excellent indicateur du niveau d'infection dans une communauté. Le système surveille automatiquement tous ceux qui vivent dans le bassin d'égouts, il est donc anonyme, impartial et équitable. Surtout, il est également impossible de retracer l'infection jusqu'à une personne, un ménage ou un quartier en particulier sans prélever des échantillons supplémentaires.

La surveillance des eaux usées ne repose pas sur la disponibilité de tests cliniques ou sur les personnes qui communiquent les résultats de leurs tests. Il détecte également les cas asymptomatiques et pré-symptomatiques de COVID-19 ; c'est essentiel parce que les gens qui sont infecté mais ne se sent pas malade peut quand même propager le COVID-19.

À notre avis, les analyses des eaux usées sont de plus en plus importantes car de plus en plus de tests COVID-19 sont effectués à domicile. Et parce que la vaccination a aussi conduit à plus de cas bénins et asymptomatiques de COVID-19, les gens peuvent être infectés sans se faire tester du tout. Ces facteurs signifient que les données sur les cas cliniques sont moins informatives qu'au début de la pandémie, tandis que les données sur les eaux usées restent un indicateur cohérent du niveau d'infection de la communauté. La surveillance des eaux usées ne repose pas sur les personnes signalant un test à domicile positif ou même sur la connaissance de leurs infections. Spencer Platt/Getty Images Actualités

Jusqu'à présent, vous ne pouvez pas prédire avec précision le nombre d'individus infectés dans une communauté en fonction du niveau de virus dans ses eaux usées. Le stade de l'infection d'une personne, la façon dont son corps réagit au virus, la variante virale, à quelle distance une personne se trouvait de l'endroit où l'échantillon d'eau usée a été prélevé, même la météo peut tout affecter les quantités de SRAS-CoV-2 mesurées dans les eaux usées.

Mais les scientifiques peuvent déduire des changements relatifs dans les taux d'infection. Regarder les niveaux viraux monter et descendre dans les eaux usées donne un aperçu de la hausse ou de la baisse des cas dans la communauté dans son ensemble.

Étant donné que le SRAS-CoV-2 peut être détecté dans les eaux usées des jours, voire des semaines avant l'apparition d'épidémies, la surveillance des eaux usées peut fournir une alerte précoce indiquant que des mesures de santé publique peuvent être justifiées. Et les tendances du signal sont importantes - si vous savez que les niveaux augmentent, c'est peut-être le bon moment pour rétablir un mandat de masque ou recommander le travail à domicile. À l'heure actuelle, les responsables de la santé publique utilisent les données de surveillance des eaux usées ainsi que d'autres informations comme les taux de positivité des tests et le nombre de cas cliniques et d'hospitalisations dans la communauté pour prendre ce genre de décisions.

Les données du séquençage peuvent également aider à détecter de nouvelles variantes et à surveiller leurs niveaux, permettant aux réponses sanitaires de prendre en compte les caractéristiques de la variante présente.

Dans les petites populations, comme dans les dortoirs universitaires et les maisons de retraite, la surveillance des eaux usées peut détecter un petit nombre de personnes infectées. Cela peut sonner l'alarme que les tests cliniques ciblés visent à identifier les personnes infectées pour les isoler. La détection précoce, les tests ciblés et la mise en quarantaine sont efficace pour prévenir les épidémies. Plutôt que d'utiliser des tests cliniques pour la surveillance de routine, les administrateurs peuvent réserver des tests cliniques perturbateurs aux moments où le SRAS-CoV-2 est détecté dans les eaux usées.

À quoi ressemblera la surveillance à l'avenir ?

L'utilisation généralisée et systématique de la surveillance des eaux usées donnerait aux responsables de la santé publique un accès à des informations sur les niveaux d'une gamme d'infections potentielles dans les communautés américaines. Ces données pourraient guider les décisions sur les endroits où fournir des ressources supplémentaires aux communautés, comme la tenue de cliniques de dépistage ou de vaccination dans des endroits où l'infection est en augmentation. Cela pourrait également aider à déterminer quand des interventions telles que le masquage ou la fermeture d'écoles sont nécessaires.

Dans le meilleur des cas, la surveillance des eaux usées pourrait attraper un nouveau virus lorsqu'il arrive pour la première fois dans une nouvelle zone ; un arrêt précoce dans la zone très localisée pourrait potentiellement empêcher une future pandémie. Fait intéressant, les chercheurs ont détecté le SRAS-CoV-2 dans échantillons d'eaux usées archivés collectés avant quiconque avait reçu un diagnostic de COVID-19. Si la surveillance des eaux usées avait fait partie de l'infrastructure de santé publique établie à la fin de 2019, elle aurait pu fournir un avertissement plus précoce que le SRAS-CoV-2 devenait une menace mondiale.

Pour l'instant, cependant, la mise en place et l'exploitation d'un système national de surveillance des eaux usées, en particulier un système qui comprend une surveillance au niveau des bâtiments à des endroits clés, est encore trop coûteuse et demande beaucoup de main-d'œuvre.

Les efforts de recherche et de développement en cours tentent de simplifier et d'automatiser l'échantillonnage des eaux usées. Du côté de l'analyse, l'adaptation des technologies de PCR et de séquençage pour détecter d'autres agents pathogènes, y compris de nouveaux agents pathogènes, sera essentielle pour tirer pleinement parti d'un tel système. En fin de compte, la surveillance des eaux usées pourrait aider à soutenir un avenir dans lequel les pandémies sont beaucoup moins meurtrières et ont moins d'impact social et économique.

À propos des auteurs

Suzanne De Long, professeur agrégé de génie civil et environnemental, Colorado State University et notre Carole Wilusz, Professeur de Microbiologie, Immunologie et Pathologie, Colorado State University

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.


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