Épidémiologie basée sur les eaux usées pour prédire les nouvelles variantes émergentes du SRAS-CoV-2

Dans une récente étude publiée sur medRxiv* Les chercheurs du serveur de préimpression ont établi et validé une approche solide pour déduire des mesures épidémiologiques pertinentes pour la santé publique, comme l’abondance relative des variantes et les nombres de reproduction spécifiques aux variantes, à partir du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère séquencé profond dérivé des eaux usées (WW) (SARS-CoV- 2) les génomes dans le contexte d’une initiative d’épidémiologie basée sur les eaux usées (WBE) à l’échelle nationale.

La surveillance du SRAS-CoV-2 est essentielle pour découvrir des variantes avec différentes caractéristiques épidémiologiques. Les instances individuelles peuvent être séquencées à l’aide de WBE, qui est impartial et complémentaire. Les programmes nationaux de surveillance WBE, en revanche, n’ont pas été déployés à grande échelle et l’analyse des données reste difficile.

À propos de l’étude

Dans cette enquête, des échantillons de stations d’épuration sélectionnées à travers l’Autriche ont été prélevés entre le 1er décembre 2020 et le 15 septembre 2021. La quantité de génome du SRAS-CoV-2 a été mesurée par réaction en chaîne par polymérase quantitative par transcription inverse ( RT-qPCR) dans tous les échantillons, avec des contrôles internes de pointe utilisés pour calculer le nombre absolu de copies par volume.

Trois laboratoires distincts ont été utilisés pour collecter les eaux usées, les prétraiter et effectuer un dépistage quantitatif. Le séquençage en profondeur du génome entier basé sur les amplicons a été utilisé pour examiner un total de 2 093 échantillons représentatifs de 95 stations d’épuration différentes à travers l’Autriche. Un flux de travail de séquençage profond basé sur un amplicon PCR a été utilisé pour analyser les données de séquençage obtenues. Les chercheurs visaient à créer une approche fiable et tolérante aux erreurs pour détecter et quantifier diverses variantes virales, qu’ils ont appelée VaQuERo (Variant Quantification in Sewage designed for Robustness).

Discussion et conclusion

Les chercheurs ont montré que la méthode VaQuERo récemment développée peut déduire de manière fiable les fréquences relatives des variants viraux à partir de WW. Pour la première fois, il a été démontré que la surveillance des variants WBE et l’épidémiologie basée sur les cas s’accordent qualitativement et quantitativement à grande échelle. Le début, la durée et l’ampleur de la prévalence de la variante sont tous assez cohérents.

La technique de test complète utilisée en Autriche, ainsi que l’étendue longitudinale et transversale des données de séquençage WW divulguées et publiées publiquement, soutiennent la robustesse de cette découverte. En termes de sensibilité de détection de cas unique, les chercheurs ont souligné que la précision de la WBE basée sur le séquençage dépend de la prévalence et de la taille de la population de la zone de chalandise.

Lorsqu’il y a trop de cas positifs dans une zone de chalandise, le signal d’un seul cas devient non détecté dans le signal total. Un faible taux de prévalence entraîne une grande dilution des virions dans le WW, ce qui rend difficile la détection du signal global. Les chercheurs ont découvert qu’un signal absolu> 2 cas ou un signal relatif> 2,38% pouvait être détecté de manière cohérente avec la relation spécifiée de prévalence (variable dans le temps) et de taille du bassin versant. En conséquence, la méthode proposée pourrait être utile pour étudier et identifier de nouvelles variantes virales peu après leur introduction géographique.

La méthode de tri des mutations en fonction de leurs fréquences sur plusieurs échantillons sert de preuve de concept et peut être utilisée conjointement avec l’approche VaQuERo pour identifier les constellations de mutations émergentes et étudier leurs modèles de développement temporels et spatiaux, qui sont basés sur la définition de la variante. Sur la base d’échantillons de patients individuels, une confirmation solide que les constellations déduites sont des haplotypes vraiment uniques est toujours nécessaire.

Les résultats montrent que WBE reproduit fidèlement les programmes de dépistage épidémiologique avec une résolution spatio-temporelle élevée, moins d’échantillons et moins d’effort logistique. Les agrégats de virus dans le WW représentent l’ensemble de la population virale, contrairement à la méthode traditionnelle d’agrégation de séquences consensus d’isolats de virus provenant de patients individuels. Cette vision globale de la population présente des opportunités et est susceptible de générer de la valeur pour WBE.

En génomique des populations, il est bien entendu qu’un grand taux d’échantillonnage profite à des applications spécifiques. Les chercheurs visaient à intégrer les deux domaines en utilisant la diversité des nucléotides comme substitut des introductions en liant le concept de diversité des nucléotides à des paramètres épidémiologiques fondamentaux comme la prévalence et la mobilité. Selon les résultats, le nombre absolu de cas est imprimé dans la diversité nucléotidique observée. La mobilité, en revanche, n’a eu aucune influence. Les distinctions dynamiques dans l’apparition des virus Alpha et Delta peuvent détenir la clé d’une meilleure compréhension et prédiction des futures fluctuations de la population virale.

En conclusion, cette étude à grande échelle met en évidence l’utilité de la surveillance WW basée sur le séquençage dans la pandémie actuelle de SRAS-CoV-2, ainsi que son impact potentiel sur la surveillance mondiale améliorée d’autres maladies infectieuses à l’avenir.

Nous fournissons un cadre pour prédire les variantes émergentes de novo et déduire les nombres de reproduction spécifiques aux variantes à partir des eaux usées.”

*Avis important

medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.