Cela peut être un peu plus odorant que les autres moyens de surveiller le COVID-19, mais l’analyse des eaux usées est un moyen moins cher, plus rapide et plus précis pour les responsables de la santé publique et les chercheurs de détecter l’augmentation des cas. Des morceaux et des morceaux du virus SARS-CoV-2 sont jetés dans les toilettes et les éviers lavés par des personnes infectées ; plus de copies du virus trouvées dans les eaux usées signifient que plus de personnes sont malades. Mais jusqu’à présent, la plupart des méthodes d’analyse des eaux usées regroupaient tous les virus SARS-CoV-2 en un seul.
Maintenant, les scientifiques de Scripps Research et de l’Université de Californie à San Diego, en collaboration avec l’alliance San Diego Epidemiology and Research for COVID Health (SEARCH), ont changé cela. L’équipe a rapporté qu’avec seulement deux cuillères à café d’eaux usées brutes, ils peuvent déterminer avec précision le mélange génétique des variantes du SRAS-CoV-2 présentes dans une population et identifier de nouvelles variantes préoccupantes jusqu’à 14 jours avant les tests cliniques traditionnels. Dans les eaux usées de San Diego, le groupe a détecté la variante Omicron 11 jours avant qu’elle ne soit signalée pour la première fois en clinique.
Leur algorithme, nommé « Freyja », d’identification des variants du SARS-CoV-2 dans les eaux usées, décrit aujourd’hui dans La naturea été rapidement adapté par de nombreux laboratoires de santé publique et constitue une aubaine pour les efforts de surveillance visant à détecter de nouvelles variantes du SRAS-CoV-2.
« Dans de nombreux endroits, la surveillance clinique standard des nouvelles variantes préoccupantes est non seulement lente mais extrêmement coûteuse », déclare Kristian Andersen, PhD, professeur d’immunologie et de microbiologie à Scripps Research et auteur principal des nouveaux travaux. « Mais avec ce nouvel outil, vous pouvez prélever un échantillon d’eaux usées et dresser le profil de toute la ville. »
Le projet a nécessité une collaboration étroite entre les hôpitaux, les gouvernements des États et locaux, les installations de séquençage et les scientifiques universitaires, y compris les chercheurs du laboratoire Andersen et celui du microbiologiste de l’UC San Diego, Rob Knight, PhD. Le laboratoire Knight a déployé 131 échantillonneurs automatiques d’eaux usées pour collecter les eaux usées de 343 bâtiments sur le campus de l’UCSD et de 17 écoles publiques dans 4 districts scolaires de San Diego, et a acquis des échantillons provenant de grandes installations de traitement des eaux usées du comté. Pendant près d’un an, le groupe a analysé plus de 20 000 échantillons d’eaux usées. Dans le processus, ils ont développé des méthodes améliorées pour concentrer l’ARN viral dans les eaux usées, qui sont maintenant largement utilisées par les laboratoires de santé publique à travers le pays et le monde. Ensuite, le laboratoire Andersen a relevé le défi de quantifier les variants viraux à partir des données de séquençage.
« Il est difficile de prendre tous ces minuscules morceaux de virus flottant dans les eaux usées et de déterminer lesquels proviennent de différentes variantes et quelle est leur abondance relative », déclare Joshua Levy, PhD, boursier postdoctoral de Scripps Research, co-premier auteur du nouveau article avec Smruthi Karthikeyan de l’UC San Diego.
De nombreuses variantes du SARS-CoV-2, dont Omicron et Delta, diffèrent par un petit nombre de mutations. Mais comme ces changements peuvent avoir un impact sur la façon dont le virus se propage ou infecte les gens, les responsables de la santé publique doivent les suivre attentivement. Ils l’ont généralement fait en séquençant les génomes du virus des patients, ce qui est un processus lent et coûteux et est devenu moins efficace pour capturer l’étendue et la diversité des variantes du COVID-19, car de nombreuses personnes se tournent vers les tests à domicile.
Levy a développé une bibliothèque de « codes-barres » qui identifient les variantes du SRAS-CoV-2 sur la base de courts extraits de leur ARN qui sont uniques à chaque variante. Ensuite, il a codé un nouvel outil informatique qui passe au crible la masse d’informations génétiques dans les eaux usées pour trouver ces codes-barres. Il a rendu le nouveau programme Freyja facile à utiliser et gratuit.
« Si vous êtes dans un laboratoire qui peut déjà séquencer un échantillon d’eaux usées, vous êtes prêt à partir ; il vous suffit d’exécuter ce code et en 20 secondes supplémentaires, vous avez terminé », dit-il.
Lorsque les chercheurs ont appliqué Freyja à leurs échantillons d’eaux usées et ont comparé les résultats aux données cliniques recueillies dans les environs de San Diego par SEARCH, ils ont découvert que l’outil détectait des variantes préoccupantes, notamment Alpha, Delta et Omicron, dans les eaux usées jusqu’à 14 jours avant. a été rapportée cliniquement. La variante Mu (B.1.621) a été détectée dans les eaux usées de l’UC San Diego le 27 juillet 2021- ; quatre semaines avant sa première détection clinique sur le campus. Et, en utilisant des données plus récentes non incluses dans la période d’étude d’origine, l’équipe a également signalé que la variante Omicron pouvait être détectée à la station d’épuration de Point Loma ; à une abondance d’un peu plus d’un pour cent de tous les virus du SRAS-CoV-2 dans une population contributive de plus de deux millions de personnes-; le 27 novembre 2021, 11 jours avant sa détection clinique dans la ville.
« Les eaux usées contiennent une quantité massive d’informations très précieuses sur notre santé, y compris ces génomes viraux qui peuvent nous permettre de suivre l’évolution d’une pandémie ou d’une épidémie », déclare Karthikeyan.
« Il a fallu beaucoup de collaboration entre les acteurs de la santé publique et les acteurs académiques pour mettre en place ce système à San Diego, et maintenant que nous avons montré son efficacité, nous espérons qu’il inspirera d’autres localités à utiliser ces outils », ajoute Knight. « Nous sommes également très enthousiastes à l’idée de les étendre à des agents pathogènes au-delà du SRAS-CoV-2. »
Les chercheurs affirment qu’ils continuent d’améliorer l’ensemble d’outils qu’ils utilisent pour analyser les virus dans les eaux usées, mais que la suite actuelle de méthodes constitue déjà un bond en avant par rapport aux approches précédentes. Les mêmes stratégies pourraient être utilisées non seulement pour suivre les variantes du SRAS-CoV-2, mais aussi pour d’autres agents pathogènes humains.
« Lorsque vous vous fiez à l’échantillonnage clinique, vous introduisez non seulement de nombreux biais socio-économiques et géographiques pour déterminer qui contribue aux données de surveillance génomique, mais vous avez également le problème des personnes asymptomatiques qui ne se font pas tester et de celles qui n’utilisent que des tests à domicile qui ne contribuent pas à le pool de données », déclare Levy. « Mais avec les eaux usées, nous n’avons pas ces angles morts. »
En plus de Levy, Karthikeyan, Andersen et Knight, les auteurs de l’étude, « Le séquençage des eaux usées révèle une transmission précoce et cryptique de la variante du SRAS-CoV-2 », incluent Christine Aceves, Catelyn Anderson, Karthik Gangavarapu, Emory Hufbauer, Ezra Kurzban, Justin Lee , Nathaniel Matteson, Edyth Parker, Sarah Perkins, Karthik Ramesh, Refugio Robles-Sikisaka, Madison Schwab, Emily Spencer, Shirlee Wohl, Laura Nicholson et Mark Zeller de Scripps Research, ainsi que des collaborateurs de l’UC San Diego, Rady Children’s Institute for Médecine génomique, Scripps Health, Sharp Healthcare, Helix, l’Agence de la santé et des services sociaux du comté de San Diego, le Département de la santé publique de Californie et les Centers for Disease Control and Prevention.
