Si vous êtes un étudiant ou un membre du corps professoral qui passe du temps sur le campus de l'Université de Californie à San Diego, vous en savez peut-être beaucoup plus sur ce qu'il y a dans votre pipi et caca - et celui de vos collègues - que vous ne voudriez l'admettre..
Les membres de la communauté UCSD peuvent télécharger une application qui leur indique le statut COVID-19 des eaux usées générées dans les bâtiments où ils passent le plus de temps. En fait, il offre également pas mal de détails supplémentaires, indiquant aux utilisateurs si des microbes pathogènes prolifèrent dans ces eaux usées. Si le virus COVID-19 est détecté, les habitués du campus reçoivent une notification indiquant qu'ils pourraient être infectés ou exposés, et ils sont invités à se faire tester.
Le système a déjà contribué à réduire considérablement les cas de COVID-19 sur le campus, de 80 à 90 % des échantillons d'eaux usées testés positifs pour le virus entre Thanksgiving et janvier, à seulement 5 % ces derniers mois. L'échantillonnage « nous donne vraiment une capacité sans précédent de suivre la pandémie au jour le jour alors que les vagues de cas montent et descendent sur le campus », explique Rob Knight, professeur de pédiatrie, d'informatique et d'ingénierie et directeur du centre d'innovation du microbiome à l'UCSD..
Non seulement cela, mais Knight et ses étudiants ont également pu utiliser des échantillons d'eaux usées pour cibler des personnes probablement infectées par le virus, mais asymptomatiques. Ils ont placé des robots pour échantillonner les eaux usées de bâtiments individuels dans des conduites d'égout avant qu'elles ne rejoignent un effluent commun, et en septembre dernier, ils ont pu noter quand les échantillons d'un bâtiment spécifique sont passés de négatifs à positifs, puis tester toutes les personnes fréquentant ce bâtiment pour identifier le cas positif, retirez cette personne du bâtiment, puis continuez à tester des échantillons pour vous assurer qu'ils sont à nouveau négatifs. «Être capable de prendre un bâtiment entier, de déterminer quelle personne a COVID-19, de retirer cette personne du bâtiment et de voir le signal retomber à zéro, cela a dépassé nos rêves les plus fous», explique Knight. Il a depuis mené des analyses tout aussi réussies des eaux usées dans le comté de San Diego pour prédire les prochaines flambées d'infections au COVID-19.
Les déchets, ou plus précisément les eaux usées, pourraient être le géant endormi dans l'univers de la détection des maladies. Parce que des virus comme le SARS-CoV-2, qui est responsable du COVID-19, sont généralement rejetés dans les déchets humains, les eaux usées s'avèrent être un signe avant-coureur de futurs clusters, sinon exactement aussi agréables à gérer que le canari proverbial dans la mine de charbon, au moins un avertissement pratique des cas à venir.
Plaidoyer pour les eaux usées
Les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) des États-Unis, par exemple, se sont tournés vers la surveillance des eaux usées pour aider à surveiller les infections au SRAS-CoV-2, et en particulier les nouvelles variantes qui pourraient gagner du terrain dans certaines communautés. Non seulement le virus peut être détecté dans les déchets, mais une fois trouvé, les chercheurs peuvent séquencer génétiquement le coupable pour déterminer à quel point il a muté.
L'équipe de Knight fait partie des nombreuses preuves documentées que le SRAS-CoV-2 peut être détecté dans les eaux usées plusieurs jours avant que les cas ne soient signalés par des tests sur des humains. Au début de la pandémie, des chercheurs échantillonnant les eaux usées dans les villes du nord de l'Italie ont trouvé le SRAS-CoV-2 dans les eaux usées des semaines avant que les premiers cas ne commencent à inonder les hôpitaux.
Au printemps dernier, dans la ville universitaire de LaCrosse, dans le Wisconsin, Paraic Kenny, directeur du Kabara Cancer Research Institute du Gundersen Health System, a séquencé le virus qu'il a récupéré à partir d'échantillons de l'usine de traitement des déchets municipale voisine et les a comparés à des échantillons positifs. des personnes fréquentant les bars et les restaurants de la région l'été dernier, alors qu'il y avait une vague connue de virus. Ils ont découvert que les échantillons correspondaient génétiquement, ce qui signifie que le virus a été détecté dans les eaux usées de personnes infectées qui avaient propagé le virus pendant des semaines avant que les premiers cas ne soient confirmés par des tests.
Et au printemps dernier, la startup BioBot du Massachusetts Institute of Technology, la première entreprise commerciale à fournir une analyse des eaux usées pour les applications de santé publique, a commencé à offrir des services liés au COVID-19 aux communautés. La demande pour les services de l'entreprise croît rapidement; BioBot échantillonne et analyse désormais les eaux usées de 100 communautés à travers les États-Unis.
"En principe, une approche comme celle-ci peut être utilisée non seulement pour déterminer la quantité de virus dans la communauté, mais peut-être pour avertir les hôpitaux et les services de santé publique du moment où anticiper une augmentation des cas", a déclaré Kenny.
Cette idée gagne du terrain, en particulier dans les communautés relativement confinées comme les écoles, les campus universitaires ou les petites villes où le fait de savoir que le virus COVID-19 se trouve dans la région pourrait conduire à de meilleures mesures d'atténuation et de contrôle pour arrêter l'agent pathogène. « Au cours de cette pandémie, le monde entier a vu à quel point l'épidémiologie des eaux usées est un outil précieux », a déclaré Newsha Ghaeli, président et co-fondateur de Biobot. «Notre vision à long terme est que l'épidémiologie des eaux usées devienne une partie permanente de l'infrastructure intégrée au-dessus des systèmes d'égouts à travers le pays et dans le monde.»
Avant COVID-19, Biobot se concentrait sur la recherche de traces d'opioïdes dans les stations d'épuration municipales afin d'aider les responsables locaux de la santé publique à concentrer les ressources et les programmes de traitement là où ils auraient le plus d'impact. Mais convaincre les gens que l'analyse du pipi et du caca serait un investissement rentable était une bataille difficile, dit Ghaeli. "Notre vision était de créer un outil pour permettre à la santé publique d'être plus proactive, plus axée sur les données et plus équitable, et il n'y avait pas autant d'adhésion à cette vision que nous le voyons aujourd'hui."
Deux changements principaux ont conduit à ce changement. Tout d'abord, Biobot a effectué une démonstration pro bono en mars 2020 pour 400 communautés qui a prouvé, avec des données réelles, la puissance de l'analyse des eaux usées pour protéger la santé publique. Deuxièmement, COVID-19 a frappé.
À certains égards, la pandémie a donné à l'épidémiologie des eaux usées l'opportunité dont la stratégie de surveillance naissante avait besoin pour se légitimer. En février 2020, des scientifiques ont documenté pour la première fois que le SRAS-CoV-2 pouvait être détecté dans les selles de personnes infectées. En quelques semaines, Ghaeli et ses partenaires du MIT et de la Harvard School of Public Health ont mis au point un moyen de détecter le virus dans les eaux usées et sont devenus les premiers à détecter le SRAS-CoV-2 dans les eaux usées.
Parce que les eaux usées sont un amalgame de tous les types de déchets humains, le défi pour tout scientifique désireux de les analyser est de développer la bonne sonde pour extraire exactement ce qu'il recherche. Il s'agit de développer les bons filtres pour éliminer progressivement les vrais déchets du virus qu'ils recherchent. À l'UCSD, l'équipe de Knight a affiné et rationalisé le processus à l'aide de traceurs magnétisés qu'ils utilisent comme sondes pour se fixer au SARS-CoV-2 dans les échantillons pour extraire le virus. L'innovation signifie que le processus de filtrage de tout SARS-CoV-2 qui pourrait être présent dans un échantillon d'eaux usées est réduit de 10 à 12 heures (ou toute la nuit) à une demi-heure.
Biobot travaille principalement avec des usines de traitement des eaux usées qui desservent de grandes populations et tire parti des systèmes d'échantillonnage existants dans ces installations. L'entreprise envoie aux usines de traitement un kit d'échantillonnage similaire à ceux utilisés par les sociétés de tests génétiques comme 23andMe, sauf dans ce cas, les kits sont destinés à 150 ml d'eaux usées, plutôt qu'à un tas de salive. L'échantillon est transporté pendant la nuit dans les laboratoires de l'entreprise à Cambridge, dans le Massachusetts, où les techniciens effectuent un séquençage génétique pour rechercher des séquences spécifiques et courtes du génome du virus qu'ils savent être uniques au SRAS-CoV-2. "S'il y a une personne infectée sur une population d'environ 6 500 habitants, nous pouvons la détecter", explique Ghaeli. La société fournit ensuite un rapport détaillé sur la quantité de SRAS-CoV-2 dans les eaux usées, y compris des comparaisons avec les communautés voisines si ces informations sont disponibles.
Du local au national
Selon l'étendue et la rapidité des tests COVID-19 dans la région, l'analyse des eaux usées peut également révéler la présence de COVID-19 quelques jours avant que les cas ne soient confirmés par des tests sur échantillon humain. C'est d'autant plus puissant que des études montrent que les personnes infectées par le SRAS-CoV-2 ont tendance à excréter plus de virus au début de leur infection qu'elles ne le font plus tard. Si ces personnes infectées n'étaient pas identifiées jusqu'à ce qu'elles développent des symptômes puis se fassent tester de la manière habituelle, elles pourraient transmettre le virus à d'autres au cours de cette première période critique, ce qui signifie qu'il est possible que le virus soit bien ancré dans une communauté avant qu'il ne soit détecté..
"Nous ne pensons pas que l'épidémiologie des eaux usées devrait jamais remplacer ou être considérée comme une alternative aux tests cliniques", a déclaré Ghaeli. "Mais plutôt, il est mieux utilisé pour rendre les tests cliniques plus efficaces et plus efficaces et mieux cibler les tests." Plutôt que d'effectuer régulièrement des tests généraux sur, par exemple, tous les employés d'un immeuble de bureaux ou tous ceux qui se trouvent sur un campus universitaire, les signaux fournis par les eaux usées pourraient identifier très tôt les cas les plus susceptibles de se produire et diriger les fonctionnaires vers les endroits où ils devraient faire des tests plus approfondis.
De tels programmes sont une nouvelle façon de suivre les maladies qui sont encore en train de s'établir. « Le programme national de surveillance des eaux usées n'existait pas avant COVID-19 », explique Amy Kirby, responsable du programme au CDC. Kirby dit que lorsque les scientifiques ont confirmé que le SRAS-CoV-2 était excrété dans l'urine et les matières fécales, et lorsque des études ont montré que les eaux usées pouvaient détecter le virus de quatre à six jours avant que les cas ne soient confirmés par les tests COVID-19, l'agence a décidé d'exploiter le terrain en tant que système d'alerte précoce. « Le délai de quatre à six jours est vraiment précieux », déclare Kirby. "C'est assez de temps pour vraiment faire la différence." Kirby note également que l'approche des eaux usées apporte une universalité à la surveillance des agents pathogènes. « Que vous alliez ou non chez le médecin et que vous vous fassiez tester, ou que les tests soient même disponibles dans votre communauté, rien de tout cela n'a d'importance pour la surveillance des eaux usées », explique Kirby. « Tant que la plupart des gens vont aux toilettes et que 74 % des ménages américains sont raccordés au réseau d'égouts, ces communautés peuvent obtenir de bonnes données. »
Tout au long de la vague de cas du printemps et de l'été dernier, le CDC collectait et analysait des données sur les eaux usées dans le cadre de programmes pilotes avec une poignée de services de santé à travers le pays. Dans un exemple, alors que le nombre de cas a commencé à augmenter au printemps dernier, certains responsables de la santé ne savaient pas si l'augmentation était due à une augmentation réelle des nouvelles infections, ou si des tests améliorés, et donc des faux positifs potentiels, enregistraient simplement plus cas. Les données sur les eaux usées ont confirmé qu'en effet, les niveaux de virus dans les communautés en question augmentaient également. "Nous avons pu dire non, ce n'est pas un facteur d'augmentation des tests dans la région, mais plus probablement une véritable augmentation des cas", explique Kirby.
L'Australie, ainsi que des pays européens comme les Pays-Bas, le Royaume-Uni, la France, l'Espagne et la Suisse ont également mis en place des systèmes de surveillance nationaux pour analyser les eaux usées à la recherche de signes du virus. Même les pays dotés d'infrastructures d'égouts municipaux moins cohérentes, comme la Thaïlande, se tournent vers le système dans les zones rurales comme moyen de devancer le virus si les tests ne sont pas aussi disponibles ou répandus.
L'obstacle pour s'appuyer davantage sur la surveillance des eaux usées n'est pas tant le séquençage et la détection du virus, mais la mise en place de l'infrastructure nécessaire pour collecter les échantillons, les traiter et interpréter les résultats. «Nos services de santé ne sont pas habitués à utiliser ce type de données de surveillance», déclare Kirby à propos des premiers efforts américains. "Le défi consistait donc à développer l'infrastructure pour développer un référentiel de données pour recevoir les données et fournir une analyse solide pour rendre compte aux services de santé d'une manière qu'ils peuvent utiliser."
Dans le cadre du réseau national de surveillance, le CDC a créé la plate-forme de collecte et d'intégration de données pour la réponse de santé publique (DCIPHER), une base de données standardisée pour vider l'analyse génétique des eaux usées et la transformer en politiques exploitables. Par exemple, certaines communautés utilisent les données DCIPHER de leurs eaux usées pour prédire où elles pourraient avoir besoin de concentrer les efforts de dépistage dans les régions où davantage de virus apparaissent dans les déchets, ou quand elles pourraient s'attendre à de mini-augmentations de la demande de soins hospitaliers afin que les systèmes de santé peut redistribuer le personnel et les ressources.
Pour le CDC, la prochaine étape consiste à s'assurer que le réseau national actuel survit au-delà de COVID-19 afin que les experts en santé publique puissent l'utiliser pour garder un œil sur les futurs agents pathogènes potentiels. Un défi potentiel sur ce front est qu'actuellement, le séquençage des échantillons d'eaux usées est principalement produit par des laboratoires universitaires et commerciaux avec lesquels le CDC s'est associé, mais rien ne garantit que le gouvernement sera en mesure de conserver ces partenariats. "Ce n'est pas un modèle durable à long terme", déclare Kirby. «Nous voulons apporter cette capacité de test des eaux usées dans les laboratoires de santé publique qui sont construits pour les tests de surveillance.»
Si cela se produit, la surveillance des eaux usées pourrait alerter les responsables de la santé publique sur de nouvelles variantes de virus comme le SRAS-CoV-2 avant qu'ils ne commencent à provoquer la maladie.
À mesure que de plus en plus de scientifiques se familiariseront avec l'analyse des eaux usées, plus elles fourniront d'informations et plus elles deviendront puissantes en tant qu'outil de lutte contre les maladies infectieuses à l'avenir. Le CDC prévoit pleinement que le NWSS servira de base à un réseau de détection des maladies de santé publique qui sonnerait l'alarme lorsqu'il identifierait non seulement COVID-19 et toute nouvelle variante virale sous-jacente, mais également d'autres menaces pour la santé publique. Compte tenu de la valeur de la surveillance des eaux usées pour les communautés à travers le pays, Kirby et son équipe du CDC sont optimistes que l'agence continuera à investir dans la stratégie, afin que le prochain coronavirus, ou un autre agent pathogène qui menace la santé humaine, puisse être détecté. et géré plus rapidement, grâce à quelque chose d'aussi banal que notre pipi et caca.
