Identifier avec précision les changements dans les infections communautaires au COVID-19 grâce à la surveillance des eaux usées se rapproche de la réalité. Une nouvelle étude, publiée dans Environmental Science & Technology, identifie une méthode qui non seulement détecte le virus dans les échantillons d'eaux usées, mais permet également de déterminer si les taux d'infection ont tendance à augmenter ou à diminuer.

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Isaac Tam et Laila Mufty, inspecteurs de l’environnement du Département des services environnementaux de la ville de San José, déploient un échantillonneur automatique dans un regard de l’installation régionale de traitement des eaux usées de San José - Santa Clara. (Crédit d'image: Département des services environnementaux de la ville de San José)

Ce que les eaux usées peuvent révéler sur le COVID-19

Le test des eaux usées - une source solide de COVID-19 car les personnes infectées excrètent le virus dans leurs selles - pourrait être utilisé pour un suivi plus réactif et pour compléter les informations sur lesquelles les responsables de la santé publique se fondent lorsqu'ils évaluent les efforts pour contenir le virus, tels que des mesures de santé publique améliorées et même les vaccins lorsqu'ils deviennent disponibles.

Le test fonctionne en identifiant et en mesurant le matériel génétique sous forme d'ARN du SRAS-COV-2, le virus qui cause le COVID-19. «Ce travail confirme que les tendances des concentrations d'ARN du SRAS-CoV-2 dans les eaux usées suivent les tendances des nouvelles infections au COVID-19 dans la communauté. Les données sur les eaux usées complètent les données des tests cliniques et peuvent fournir des informations supplémentaires sur les infections au COVID-19 au sein des communautés », a déclaré le co-auteur principal Alexandria Boehm, professeur à Stanford de génie civil et environnemental.

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Alors que les États-Unis sont aux prises avec des taux de transmission quotidiens record, obtenir plus d'informations pour suivre les surtensions et éclairer les politiques de santé publique dans les communautés locales reste essentiel pour gérer le virus mortel. Le COVID-19 peut être particulièrement difficile à suivre, de nombreux cas asymptomatiques ou bénins n'étant pas détectés. Ceux qui se font tester peuvent toujours propager l'infection avant de recevoir les résultats du test, ce qui empêche l'identification rapide, le traitement et l'isolement pour ralentir la propagation. Une identification plus rapide des pics de cas pourrait permettre aux autorités locales d'agir plus rapidement avant que la maladie n'atteigne un point de basculement crucial où la transmission devient difficile à contenir et les hospitalisations submergent le système de santé local.

Le suivi du COVID-19 grâce à la surveillance des eaux usées de l'ARN prend de l'ampleur dans tout le pays et pourrait alerter les décideurs sur des épidémies potentielles quelques jours avant que les individus ne reconnaissent les symptômes du virus. L'ARN viral peut être isolé des eaux usées dans les installations de traitement des eaux usées et identifié grâce à un processus de récupération complexe et hautement technique, les quantités relatives dans les eaux usées étant en corrélation avec le nombre de cas. Toute personne disposant de toilettes raccordées à un réseau d'égouts pourrait déposer ces échantillons biologiques régulièrement, faisant de l'échantillonnage des eaux usées une source d'information inclusive sur le COVID-19 dans une communauté.

Dans cet esprit, les chercheurs ont cherché à améliorer l'efficacité et la précision de la surveillance des eaux usées pour COVID-19 en comparant la capacité de détecter le virus sous deux formes d'eaux usées - un affluent principalement liquide ou un solide déposé (sédiment déposé dans un réservoir) . La plupart des recherches actuelles se concentrent sur les échantillons influents; cependant, l'équipe note que de nombreux virus ont une affinité pour les solides et s'attendent à des concentrations plus élevées de virus dans ces échantillons, ce qui pourrait améliorer la détection et la cohérence.

Les chercheurs ont découvert que les échantillons solides déposés avaient des concentrations plus élevées et une meilleure détection du SRAS-CoV-2 par rapport aux versions liquides. «Ces résultats ont confirmé notre première pensée selon laquelle le ciblage des solides dans les eaux usées conduirait à des mesures sensibles et reproductibles du COVID-19 dans une communauté. Cela signifie que nous pouvons suivre les tendances à la hausse lorsque les cas sont encore relativement faibles », a déclaré la co-auteure Krista Wigginton, professeure agrégée en génie civil et environnemental de l'Université du Michigan. Wigginton et Boehm codirigent la recherche.

Les chercheurs ont ensuite testé environ 100 échantillons solides déposés de l'installation d'épuration régionale de San Jose-Santa Clara de la mi-mars à la mi-juillet 2020, en comptant les concentrations quotidiennes. En utilisant une modélisation statistique, ils ont comparé ces concentrations avec les cas confirmés de COVID-19 fournis par le comté. Leurs résultats ont suivi la tendance des cas du comté, diminuant en mai et juin et atteignant un sommet en juillet.

La recherche présente un moyen possible d'identifier de nouvelles flambées, de trouver des points chauds, de confirmer la diminution des cas et d'éclairer les interventions de santé publique. À mesure que les écoles rouvriront, la technologie pourrait être mise en œuvre par les districts pour déterminer si la circulation du virus dans la communauté diminue. Il a également le potentiel d'être utilisé dans des zones manquant de ressources pour des tests cliniques individuels robustes, tels que les sites de test dans l'Illinois qui auraient fermé tôt après avoir manqué de tests.

Il y a encore des informations nécessaires pour mieux comprendre les limites des analyses des eaux usées et améliorer ce qui peut être glané, notent les chercheurs. Le taux de décomposition du virus dans les eaux usées, l’ampleur et la chronologie de l’excrétion de l’ARN viral en cas de maladie et les opérations variables des différentes usines de traitement des eaux usées peuvent tous avoir un impact sur les résultats. Des études futures sur ces facteurs pourraient permettre de mieux comprendre les tendances des cas.

L'équipe lance ce mois-ci un nouveau projet pilote pour échantillonner jusqu'à huit usines de traitement des eaux usées en Californie chaque jour, avec un délai de 24 heures. Le projet pilote vise à mieux comprendre quels types de données presque en temps réel sont utiles aux responsables de la santé publique. La mise en œuvre des méthodes et du cadre développés par l'équipe et l'étude pilote pourraient également être utilisés à l'avenir pour surveiller les eaux usées à la recherche d'agents pathogènes au-delà du COVID-19 circulant dans les communautés.

Boehm est également chercheur principal au Stanford Woods Institute for the Environment et affilié au programme de Stanford sur l'eau, la santé et le développement. Les autres auteurs sont: Katherine Graham, Stephanie Loeb, Marlene Wolfe, Sooyeol Kim, Lorelay Mendoza et Laura Roldan-Hernandez, Stanford Civil & Environmental Engineering; David Catoe, Laboratoire national des accélérateurs du SLAC; Nasa Sinnott-Armstrong, École de médecine de Stanford; Kevan Yamahara, Institut de recherche sur l'aquarium de Monterey Bay; Lauren Sassoubre, Université de San Francisco, Ingénierie; Kathryn Langenfeld, Université du Michigan, Génie civil et environnemental.

Le département de la santé publique du comté de Santa Clara et Linlin Li ont contribué aux données sur les cas.

Payal Sarkar, Noel Enoki et Casey Fitzgerald du Département des services environnementaux de la ville de San José ont également contribué au projet.

Ce travail a été partiellement soutenu par une subvention NSF RAPID (CBET-2023057), une bourse d'études supérieures de Stanford, une chaire de professeur invité Shimizu et un financement anonyme d'une fondation familiale privée.