Erik Jepsen
Points clés à retenir
- Tester les eaux usées pour le COVID-19 est un moyen efficace de suivre les épidémies potentielles.
- Grâce à une méthode améliorée, ce type de surveillance peut être effectué plus rapidement, plus efficacement et moins cher.
- L'amélioration du processus permet de tester chaque jour des dizaines d'échantillons provenant des égouts et des stations d'épuration plutôt que seulement une poignée.
- Des analyses rapides des eaux usées peuvent également être utilisées pour détecter et suivre d'autres épidémies virales à l'avenir.
Au début de la pandémie, les scientifiques se sont tournés vers les eaux usées comme système d'alerte pour les épidémies de COVID-19. Le test d'échantillons d'eaux usées pour la présence du virus s'est avéré utile pour distinguer un bâtiment ou une zone où le COVID-19 est déjà présent, même si les porteurs sont asymptomatiques. La méthode a été mise en œuvre partout, des collèges aux communautés locales.
Mais cette méthode a un défaut important: sa rapidité. Aujourd'hui, une équipe de la faculté de médecine de l'Université de Californie à San Diego (UCSD) a trouvé un moyen d'accélérer le processus de détection et de fournir des données précises plus rapidement.
Le processus d'origine était lent car les échantillons d'eaux usées ou d'eaux usées sont dilués et doivent être concentrés, ce qui prend de nombreuses étapes et utilise beaucoup de ressources, explique Smruthi Karthikeyan, PhD, ingénieur en environnement et chercheur postdoctoral à la UCSD School of Medicine. Karthikeyan est l'auteur principal d'un rapport sur le processus publié ce mois-ci dans la revuemSystèmes.
Accélérer le processus
Contrairement à un écouvillon nasal, qui prélève un petit échantillon de mucus, un échantillon d'eaux usées provenant d'un égout ou d'une station d'épuration est dilué après avoir traîné avec tout le reste qui est descendu dans les égouts.
Les échantillons d'eaux usées doivent être concentrés afin que le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, s'il est présent, soit plus facile à trouver. Mais il fallait une méthode plus rapide pour concentrer ces échantillons et trouver l'ARN du virus. Les chercheurs étaient particulièrement intéressés à trouver une méthode qui pourrait être appliquée simultanément sur de nombreux échantillons et pourrait fournir des résultats précis le jour même.
Pour accélérer le processus, Karthikeyan et son équipe se sont tournés vers une assistance robotique qu'elle avait déjà dans son laboratoire. Avant le début de la pandémie, ses recherches se sont concentrées sur le microbiome intestinal, un domaine d'étude qui implique également l'examen d'échantillons d'eaux usées. En modifiant ce système, ils ont pu extraire rapidement l'ARN des échantillons d'eaux usées et exécuter une réaction en chaîne par polymérase (PCR) pour rechercher les gènes de signature de COVID-19.
Dans les systèmes précédemment utilisés pour la surveillance des eaux usées, les échantillons d'eau étaient concentrés à l'aide de méthodes de filtration ou de précipitation, ce qui prenait du temps et de nombreuses ressources pour effectuer les tests.
Au lieu de cela, ce système à haut débit utilise des billes magnétiques qui se lient de préférence à des fragments du virus, explique Karthikeyan. Le processeur robotique récupère ensuite les billes à l'aide d'une tête magnétique, laissant tout le reste derrière.
«De cette façon, vous sélectionnez uniquement le virus et vous ne récupérez pas tous les déchets», dit-elle. «Cela augmente vos chances de trouver le virus même dans un système dilué.» Les échantillons concentrés sont ensuite testés pour trois cibles génétiques différentes sur le génome COVID-19 en utilisant des tests PCR.
Qu'est-ce que le criblage à haut débit?
Le criblage à haut débit utilise un équipement automatisé pour tester rapidement des milliers à des millions d'échantillons pour l'activité biologique au niveau de l'organisme, cellulaire, voie ou moléculaire.
Le système amélioré augmente considérablement la vitesse des tests.
«[Auparavant] je ne pouvais pas faire plus de 10 échantillons par jour. Il m'a fallu des heures pour faire la même chose », dit Karthikeyan. «Avec cela, nous pouvons faire 120 échantillons en 4,5 heures, de la réception de l'échantillon à la détection réelle par PCR.»
Ce processus a l'avantage supplémentaire d'être moins cher car il nécessite moins de ressources et moins de personnes pour exécuter les tests, ajoute-t-elle. Les tests peuvent être effectués sur des échantillons d'eaux usées aussi petits que 10 millilitres en volume.
La précision des résultats avec cette méthode est également élevée. Des tests rapides permettent aux chercheurs de prédire ce qui se passera avec la propagation du COVID-19 une semaine à l'avance avec une bonne précision et trois semaines à l'avance avec une précision raisonnable, selon un communiqué de la faculté de médecine de l'UCSD.
Ce que cela signifie pour vous
La surveillance des eaux usées pour le COVID-19 rappelle que le virus peut se propager même lorsque les individus ne présentent pas de symptômes. Il est important de continuer à prendre les précautions de sécurité nécessaires comme le port d'un masque, la distanciation sociale et le lavage des mains pour assurer votre sécurité et celle de votre communauté.
Une histoire à succès
Les tests des eaux usées des dortoirs et autres bâtiments de l'UCSD sont en cours depuis juillet 2020. Une équipe dirigée par Rob Knight, PhD, professeur et directeur du Center for Microbiome Innovation à l'UCSD, a découvert la technique.
Un mois après que l'école a commencé à surveiller les eaux usées, ils ont détecté un cas asymptomatique positif et l'université a pu envoyer des alertes aux personnes se trouvant dans les bâtiments affectés. Cela a facilité les tests ciblés d'individus dans une zone donnée plutôt que d'essayer de tester tout le monde sur le campus. Les résultats du dépistage sont désormais disponibles sur un tableau de bord public.
D'autres universités, telles que l'Université de l'Arizona, utilisent des tests d'eaux usées pour suivre la propagation du COVID-19. La ville de New York surveille même le COVID-19 dans les échantillons de ses 14 usines de traitement des eaux usées.
Le système UCSD permet de tester rapidement plus d'échantillons d'eau, donnant aux responsables de la santé publique un aperçu de la propagation du virus avant que les personnes ne soient cliniquement malades. «Je ne pense pas que quiconque le fasse à une telle échelle», dit Karthikeyan.
Le système utilisé à l'UCSD peut détecter ne serait-ce qu'un seul cas de COVID-19 dans un bâtiment de plus de 400 résidents. Dans une population jeune, comme le corps étudiant de l'UCSD, les personnes infectées sont souvent asymptomatiques, mais continuent de répandre le virus, dit Karthikeyan. Au moment où un porteur asymptomatique devient symptomatique ou propage le virus à quelqu'un qui présente des symptômes d'infection, le virus pourrait s'être propagé de manière exponentielle.
Karthikeyan et ses collègues testent actuellement des échantillons d'eaux usées pour le comté de San Diego. L'installation de traitement des eaux usées de Point Loma traite les eaux usées de plus de 2,2 millions de personnes, ce qui permet de collecter des échantillons en un seul endroit pour l'ensemble de la zone de service. Il est difficile et coûteux d'effectuer des tests de dépistage du virus sur l'ensemble de la population, mais l'utilisation de l'analyse des eaux usées comme technique de surveillance permet aux responsables de la santé publique de restreindre les domaines où les tests sont cruciaux.
Le comté de San Diego souhaite que l'équipe de l'UCSD non seulement détecte le virus, mais séquencera également le génome du virus pour voir quelles variantes du virus pourraient circuler, dit Karthikeyan. «Nous allons maintenant effectuer un séquençage du génome à grande échelle», ajoute-t-elle.
Ce type de surveillance des eaux usées peut être adapté pour surveiller tout virus répandu dans les matières fécales, dit Karthikeyan, ajoutant qu'il pourrait être utilisé dans de nombreux types d'épidémies de maladies infectieuses et pourrait aider à détecter les futures pandémies plus tôt.
