Dans une étude récente publiée dans le La nature journal, les chercheurs ont évalué la transmission du coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère à l’aide du séquençage des eaux usées.
« Avant le séquençage des eaux usées, la seule façon d’y parvenir était par le biais de tests cliniques, ce qui n’est pas réalisable à grande échelle, en particulier dans les zones où les ressources, la participation du public ou la capacité d’effectuer suffisamment de tests et de séquençage sont limitées. Nous avons montré que le séquençage des eaux usées peut suivre avec succès la dynamique régionale des infections avec moins de limitations et de biais que les tests cliniques au profit de presque toutes les communautés.
La détection rapide des variants émergents du SRAS-CoV-2 est essentielle pour les interventions de santé publique. La détection de l’acide ribonucléique (ARN) du SRAS-CoV-2 dans les eaux usées peut fournir un indicateur efficace de la dynamique virale régionale, même si les tests cliniques pour l’inférence des lignées virales dominantes sont impossibles à mettre à l’échelle.
Étude : Le séquençage des eaux usées révèle une transmission cryptique précoce du variant SARS-CoV-2. Crédit d’image : w.tab/Shutterstock
À propos de l’étude
Dans la présente étude, l’équipe a rapporté une approche à haute résolution pour évaluer la transmission communautaire du SRAS-CoV-2 en surveillant les profils génomiques des eaux usées et en estimant la concentration virale.
L’équipe a exécuté l’ordonnancement du génome SARS-CoV-2 des échantillons d’eaux usées obtenus quotidiennement de presque 131 échantillonneurs d’eaux usées à travers 360 bâtiments de campus. Les liens de transmission épidémiologiques ont été identifiés en séquençant toutes les eaux usées et les échantillons cliniques qui ont été testés positifs pour le SRAS-CoV-2 à l’aide du séquençage des amplicons. L’équipe a également obtenu et testé 21 383 échantillons d’eaux usées, dont 19 944 provenaient du campus de l’Université de Californie à San Diego (UCSD) et 1 475 provenaient de la grande région de San Diego. Les séquences obtenues à partir d’un total de 600 échantillons d’eaux usées du campus ont été comparées à 759 génomes provenant d’écouvillons cliniques du campus. L’équipe a utilisé un système de surveillance des eaux usées au niveau des bâtiments activé par un système d’information géographique (SIG) qui couvrait 360 bâtiments présents sur le campus de l’UCSD.
« L’échantillonnage des eaux usées nous a essentiellement permis de » tamponner le nez « de chaque personne en amont du collecteur quotidiennement et d’utiliser ces informations pour concentrer les efforts de détection virale au niveau individuel. »
L’équipe a également analysé l’efficacité de la surveillance génomique des eaux usées pour évaluer la propagation virale au sein d’une communauté. Ceci a été réalisé en collectant des génomes viraux presque complets correspondant à des échantillons d’eaux usées ayant une quantification à cycle élevé (Cq) valeurs. De plus, l’équipe a capturé la diversité virale présente dans les biospécimens communautaires en développant un outil appelé Freyja qui a évalué l’abondance relative des lignées virales présentes dans des échantillons mixtes. Freyja a pu récupérer efficacement l’abondance relative de la lignée dans des échantillons mixtes et effectuer une pondération spécifique au site pour expliquer la variance non constante de la fréquence du variant nucléotidique unique (SNV) estimée sur les sites.
Freyja a été validé en séquençant des mélanges synthétiques enrichis obtenus avec cinq lignées primaires du SARS-CoV-2, à savoir la lignée A, Beta, Delta, Epsilon et Gamma à différentes concentrations comprises entre 5 % et 100 % par échantillon. De plus, l’équipe a évalué si les eaux usées pouvaient faciliter la détection précoce d’une nouvelle lignée virale en utilisant Freyja dans les données de séquençage des eaux usées. L’équipe a ensuite comparé les dates de collecte correspondant aux échantillons positifs aux dates de collecte des échantillons cliniques.
De plus, l’efficacité de la surveillance des eaux usées dans la détection de nouvelles variantes virales a été testée en agrégeant toutes les données liées au séquençage des eaux usées. Ces données ont ensuite été utilisées pour prédire le profil temporel corrélé à la prévalence communautaire des lignées.
Résultats
Les résultats de l’étude ont montré que la positivité au SRAS-CoV-2 des échantillons d’eaux usées était fortement associée au nombre d’échantillons cliniques positifs. Cela a indiqué que les échantillons d’eaux usées pouvaient représenter efficacement la dynamique de l’infection communautaire en fonction de la charge virale totale. En outre, l’équipe a constaté que la diversité génétique du SRAS-CoV-2 était remarquablement plus grande parmi les échantillons d’eaux usées par rapport aux échantillons cliniques. Cela indiquait que plusieurs lignées virales, qui provenaient de différentes personnes, étaient présentes dans les échantillons d’eaux usées, tandis que les échantillons cliniques ne comprenaient qu’une seule lignée virale.
La validation de Freyja a révélé que Freyja a systématiquement récupéré les abondances de lignées estimées pour tous les mélanges d’échantillons. L’équipe a également noté que Freyja a identifié de manière robuste les mêmes lignées que celles détectées dans les tests de réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR), et a également reconnu des lignées supplémentaires ayant des SNV. Au total, cela a montré que Freyja évaluait de manière robuste l’abondance des lignées virales à partir d’échantillons comprenant des lignées mixtes.
L’équipe a noté que les lignées Alpha et Delta ont été détectées dans les échantillons d’eaux usées jusqu’à 14 jours avant leur première détection dans les échantillons cliniques génomiques. En outre, la surveillance des eaux usées ainsi que la surveillance génomique clinique pourraient surveiller efficacement les changements survenant dans l’abondance de la lignée, tandis qu’une augmentation de la fréquence de détection de la lignée a d’abord été constatée dans les échantillons d’eaux usées.
Fait intéressant, l’équipe a constaté que les estimations de l’abondance de la lignée virale dans les échantillons d’eaux usées facilitaient la détection précoce de variantes et de lignées émergentes, y compris des lignées rarement détectées par la surveillance clinique. Cela a été particulièrement remarqué lorsque la variante SARS-CoV-2 Mu a été détectée à l’aide de la surveillance des eaux usées le 27 juillet, alors que sa première détection a été signalée dans les échantillons cliniques le 23 août. Cependant, malgré la détection constante de la variante Mu en juillet et août dans les échantillons d’eaux usées, l’équipe n’a détecté la variante ni dans les échantillons cliniques ni dans les échantillons d’eaux usées en septembre, indiquant que la transmission communautaire locale de la variante Mu ne s’est pas poursuivie.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré qu’une détection virale améliorée dans les échantillons d’eaux usées ainsi qu’une nouvelle approche pour identifier plusieurs variantes du SRAS-CoV-2 présentes dans un échantillon mixte détectaient efficacement la lignée virale prévalente dans la communauté. En outre, la méthode a également permis la détection en temps opportun de nouvelles lignées virales, ce qui peut ensuite améliorer la précision ainsi que l’efficacité des interventions.
