De nombreuses études sur l'endiguement de la pandémie COVID-19 en cours ont traité du rôle possible des eaux usées dans la prévision et la détection de futures épidémies et la compréhension de l'épidémiologie de la maladie COVID-19. Une étude récente publiée sur le serveur de pré-impression medRxiv * en septembre 2020 montre que les déchets solides dans les eaux usées sont un meilleur substrat pour les tests que les influents.
L'intérêt pour les eaux usées a été favorisé par la pénurie de kits de diagnostic, le pourcentage élevé de cas asymptomatiques et bénins qui ne sont jamais identifiés et le long retard dans la communication des résultats des tests.
Réfléchissant à l'importance des analyses des eaux usées, le Center for Disease Control (CDC) des États-Unis a mis en place le système national de surveillance des eaux usées afin d'utiliser les données épidémiologiques dérivées de ce domaine pour façonner les réponses au COVID-19. De nombreuses autres organisations font de même.
Sommaire
Influent d'eaux usées
Plusieurs études visaient à détecter le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) dans les effluents d'eaux usées, en concentrant d'abord les particules virales par filtration ou floculation suivie d'une réaction en chaîne par polymérase pour l'ARN viral. Cependant, des expériences antérieures suggèrent que les solides des eaux usées peuvent avoir des concentrations de virus 1000 fois plus élevées que celles de l'influent, et devraient être surveillés pour une plus grande sensibilité de détection.
Étude en deux phases
Dans la présente étude, les chercheurs de l'Université de Stanford, du LAC National Accelerator Laboratory, du Monterey Bay Aquarium Research Institute, de l'Université de San Francisco, du Département de santé publique du comté de Santa Clara et de l'Université du Michigan ont d'abord effectué une comparaison directe du SRAS-CoV. -2 concentrations dans les effluents d'eaux usées et les solides déposés provenant de deux usines de traitement des eaux usées pendant environ une semaine alors que les cas augmentaient encore au début de la pandémie et en utilisant différentes méthodes d'analyse.
Cela a été suivi par l'utilisation de méthodes plus raffinées pour étudier des échantillons de solides déposés primaires collectés presque quotidiennement pendant ~ 90 jours dans une usine de traitement des eaux usées, pour comprendre comment cela est corrélé à la trajectoire du cas COVID-19.
Les chercheurs ont pu évaluer les quantités de cibles virales N1 et N2 dans les selles, ainsi que la quantité de virus pouvant être récupérée des eaux usées et la concentration de matières fécales dans les eaux usées. Pour les deux derniers objectifs, ils ont suivi la quantité de coronavirus bovin (BCoV) et de virus marbré doux du poivre (PMMoV), respectivement.
Les chercheurs disent: «Bien que le travail se concentre sur un seul virus pandémique, les résultats seront pertinents pour une large gamme de cibles virales qui ont une affinité pour les solides.. »
Tests RT-QPCR et ddPCR
Les chercheurs ont comparé la détection virale par réaction quantitative en chaîne de transcription inverse-polymérase (RT PCR) et RT-PCR en gouttelettes numériques (dd), cette dernière réalisée en une ou deux étapes. Ils ont constaté que la qPCR était efficace d'environ 80% à 105%. RT PCR a trouvé des cibles dans l'un des cinq échantillons et 4 des 7 échantillons de solides déposés de l'usine A et de l'usine B, respectivement.
En utilisant la PCR ddRT, les cibles virales n'ont été détectées dans aucune des plantes A et toutes les 7 de la plante B. Ces résultats étaient également cohérents entre les réplicats biologiques par rapport à la PCR qRT. La performance de ce dernier était probablement meilleure en raison de la plus forte occurrence d'ARN viral dans les échantillons PCR ddRT, ou de l'absence d'inhibition virale.
Inhibition du test
Les chercheurs ont ensuite examiné l'inhibition de la RT PCR en utilisant le PMMoV endogène en utilisant à la fois le virus de l'hépatite de la souris (MHV) et le coronavirus bovin (BCoV). Ils ont constaté que l'inhibition du test était présente pour la RT PCR pour toutes les cibles, endogènes ou exogènes, même avec l'utilisation de colonnes d'élimination des inhibiteurs et de dilution de matrice. Encore une fois, leurs résultats suggèrent que l'inhibition de la RT a été augmentée par rapport à la PCR dans le test RT PCR. Dans les échantillons de la plante A, mais pas de la plante B, la dilution de l'extrait a entraîné une inhibition réduite.
Solides vs fluides
Les chercheurs ont donc choisi d'utiliser la PCR ddRT pour une analyse plus approfondie des solides des eaux usées. Ils ont constaté que lors de l'utilisation de différentes méthodes, les solides primaires produisaient un plus grand nombre de signaux SARS-CoV-2 avec une plus grande cohérence par rapport à l'influent. Le test ddRT PCR en une seule étape sur l'échantillon de solides a produit de meilleurs résultats que le test en deux étapes, qu'il s'agisse de ddRT PCR ou qRT PCR. C'était leur méthode par défaut à l'avenir.
Ils ont pu détecter N1 et N2 dans 79 et 68 des 96 échantillons, avec des valeurs moyennes de 870 cp / g et 730 cp / g, respectivement. La force fécale était suffisamment constante dans les échantillons de solides. Ils ont constaté que les concentrations de N1 et N2 étaient en corrélation avec l'incidence de nouveaux cas dans la zone desservie par l'usine de traitement des eaux usées concernée. Si la fréquence d'échantillonnage et d'analyse est réduite à deux fois par semaine, des associations significatives sont toujours obtenues, mais pas si elles ne sont effectuées qu'une fois par semaine ou une fois tous les quinze jours.
Choisir une méthode
Les chercheurs concluent que «Le test des solides des eaux usées pour le SARS-CoV-2 peut être plus sensible que le test de l'influent. » Le manque de détection dans les échantillons de la plante A pourrait être dû à la faible prévalence du COVID-19 dans la zone desservie. Ils notent également que N1 et N2 ont été détectés ensemble dans presque tous les échantillons de solides sédimentés de l'usine B, mais qu'ils ne coexistaient presque jamais dans les échantillons d'influent.
Encore une fois, ils en déduisent que le nombre de copies N1 et N2 dans les solides décantés détectés par PCR est beaucoup plus élevé par rapport à l'influent puisque les concentrations sont 350 à 3100 fois plus élevées dans les solides. L'importance de ceci est que l'utilisation de solides pour détecter la présence de SRAS-CoV-2 dans les eaux usées permet une détection plus sensible au niveau communautaire, en particulier lorsque la prévalence est faible.
Cette méthode pourrait être tout aussi ou plus utile lorsqu'il s'agit de virus qui ont une plus grande affinité pour les solides des eaux usées, comme l'adénovirus et le rotavirus, car elle peut également être utilisée pour l'analyse épidémiologique de ces maladies virales. Un autre avantage est qu'il évite la nécessité de l'étape de préconcentration.
Lorsque les échantillons ont été collectés sur une période plus longue, ils ont constaté que la présence de N1 et N2 dans les solides était liée au nombre de nouvelles infections au COVID-19. Ils suggèrent que davantage de plantes devront être évaluées pour permettre de produire une estimation plus robuste.
Cependant, disent-ils, « Les associations positives suggèrent que l'ARN du SRAS-CoV-2 dans les solides peut être utilisé pour confirmer les tendances de la prévalence des infections. » Cependant, il est nécessaire d'étudier plus de données sur l'excrétion fécale du virus afin de comprendre si la maladie présymptomatique est également liée aux concentrations d'ARN viral dans les solides.
L'étude souligne également la nécessité de tester des inhibiteurs comme le chlorure ferrique dans les échantillons d'eaux usées et de faire évoluer des méthodes pour annuler une telle inhibition sans avoir besoin de dilution.
Limitations et orientations futures
Dans la présente étude, l'utilisation de virus de substitution favorise une incertitude significative puisque leur accord avec le SRAS-CoV-2 dans le comportement, l'interaction avec les matrices d'eaux usées et la similitude avec l'état de la cible virale endogène est inconnu.
Cependant, disent-ils, « Nous pensons que la récupération d'un substitut doit être utilisée pour garantir que le traitement des échantillons n'est pas «hors du commun» et peut être utilisée pour identifier les problèmes lors du traitement des échantillons.. »
Encore une fois, les méthodes utilisées pour réduire l'inhibition dans la deuxième phase longitudinale de l'étude ont également réduit le degré de récupération du virus, expliquant pourquoi les concentrations de N1 et N2 étaient quatre fois plus élevées pendant la phase d'évaluation par rapport à la phase longitudinale.
L'utilisation de solides impose la présence d'une étape de décantation préliminaire dans la station d'épuration, et cette méthode ne peut pas être appliquée en son absence, ou lorsque des échantillons sont prélevés sur des regards.
Les recherches futures pourraient se concentrer sur la façon dont la décomposition du virus se produit dans les eaux usées, à la fois dans les effluents et dans les solides, afin de découvrir comment les concentrations d'ARN viral dans ces indices d'eaux usées sont liées à la présence d'une infection dans la zone desservie par l'usine. Encore une fois, le degré de mélange de différents échantillons doit être étudié plus avant pour comprendre dans quelle mesure un échantillon donné représente un véritable composite.
Plus de données seront également nécessaires concernant la quantité et la durée d'excrétion d'ARN viral dans les selles, et le type de particules ou sous-particules virales trouvées, qu'il s'agisse de virions encapsulés ou d'ARN libre. Cela aidera à comprendre comment le virus survit et se déplace dans les égouts et ainsi à identifier les méthodes de détection appropriées.
*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 / le comportement lié à la santé ou être traités comme des informations établies.
