Un reflet de Kara Young brille alors qu'elle jette le liquide d'un tube échantillon dans un bécher d'eau de Javel vendredi au Bond Life Sciences Center. Étant donné que cette méthode de test du COVID-19 inclut les personnes asymptomatiques et celles qui ne présentent pas encore de symptômes, elle peut avertir les communautés trois à cinq jours à l'avance qu'elles pourraient connaître un pic de cas.

Ethan Weston / Missourian

 Les eaux usées ne mentent pas : les scientifiques de MU utilisent les eaux usées pour suivre le COVID-19

Les scientifiques de MU analysent les eaux usées de tout l'État depuis plus de six mois pour aider à suivre la propagation du COVID-19 dans les communautés du Missouri. Même avec l'arrivée du vaccin COVID-19, ils ne prévoient pas de s'arrêter de si tôt.

Ce qui a commencé comme un petit projet comprend maintenant plus de 50 égouts du Missouri et environ 140 échantillons par semaine. Cela comporte également une myriade d'implications pour les installations de vie communales, les tests de variantes et le fait d'aider les communautés à savoir quand elles ont vraiment mis le COVID-19 au bord du trottoir.

Il existe une forte corrélation entre la quantité d'ARN, ou matériel génétique, du COVID-19 dans les eaux usées et le nombre de cas signalés dans une communauté, a déclaré Marc Johnson, professeur de microbiologie moléculaire et d'immunologie à la MU School of Medicine et l'un des scientifiques menant l'effort d'analyse des eaux usées à MU.

"Les chiffres que nous voyons dans les eaux usées correspondent exactement à ce qui se passe dans les cliniques. Chaque fois que nous constatons une augmentation de l'ARN, nous constatons une augmentation du nombre de patients ", a déclaré Johnson.

Chaque semaine, Johnson et Chung-Ho Lin, professeur agrégé de recherche et scientifique principal dans le programme de biorestauration du MU Center for Agroforestry, dirigent des équipes pour tester des échantillons de 59 installations de traitement des eaux usées communautaires de tout l'État.

Marc Johnson est un virologue dont le travail se concentre sur les virus et sur la façon dont ils détournent les cellules pour produire plus de virus. Il a eu son laboratoire au Bond Life Sciences Center à Columbia pendant environ 15 ans. En mai, son équipe a commencé à traiter des échantillons d'eaux usées de tout le Missouri et d'autres régions du pays, pour suivre le virus qui cause le COVID-19 en collaboration avec le scientifique de MU Chung-Ho Lin.

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Ces efforts s'inscrivent dans le cadre du projet de surveillance du coronavirus du bassin des égouts du Missouri, une collaboration entre MU, le ministère de la Santé et des Services aux personnes âgées du Missouri et le ministère des Ressources naturelles du Missouri pour suivre la propagation du COVID-19.

Une augmentation du matériel génétique, également connu sous le nom de charge virale, dans un bassin d'égout donné de 40% ou plus en une seule semaine ou de 25% de plus pendant deux semaines consécutives prédit une augmentation de 25% des cas de COVID-19 signalés avec environ 70% de précision, selon un communiqué de presse du DNR annonçant une carte interactive où les gens peuvent suivre les changements dans les égouts participants.

Cela signifie que si ces augmentations sont enregistrées par le laboratoire de MU, il y a sept chances sur 10 qu'une augmentation de 25% des cas enregistrés de COVID-19 suivra bientôt.

"Ce n’est pas spécifique; il ne vous parle pas d’un patient en particulier. Mais cela vous dit de manière totalement impartiale tout ce qui se passe avec COVID-19 dans une communauté avec un échantillon ", a déclaré Johnson.

À l'avenir, Lin et Johnson espèrent arriver au point où les données pourront être utilisées pour plus que de simples tendances. Ils aimeraient pouvoir identifier le nombre de personnes malades, et pas seulement si davantage de personnes tombent malades en général.

"Nous nous améliorons pour savoir ce que signifient les chiffres", a déclaré Johnson. "Nous espérons arriver à un point où nous pourrons dire:" Voici le nombre de patients que vous devriez trouver. "

Comment ça a commencé

L'analyse des eaux usées pour le suivi du COVID-19 a d'abord émergé aux Pays-Bas avant de gagner du terrain aux États-Unis.En testant environ 140 échantillons par semaine, Johnson a déclaré qu'il serait surpris qu'il y ait un autre laboratoire dans le pays effectuant plus d'analyses que MU.

Reinier Suarez utilise une pipette pour insérer un virus de contrôle dans des conteneurs d'eaux usées contenant potentiellement le virus COVID-19. Le virus de contrôle est développé en laboratoire et permet aux scientifiques de vérifier que leur processus a fonctionné lors de leur analyse finale. L'analyse des eaux usées est un bon moyen d'échantillonner une population entière sans avoir à tester des individus et peut donner à une communauté une meilleure idée de si les taux d'infection augmentent ou diminuent.

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L'État avait la capacité de collecter et de transporter les échantillons, mais avec les laboratoires d'État surchargés de tests COVID-19, ils devaient trouver quelqu'un pour faire l'analyse proprement dite.

"Ils ont juste commencé à envoyer des courriels et, d'une manière ou d'une autre, ils ont fini dans ma boîte de réception", a déclaré Johnson. "Je me suis dit" Je ne sais pas comment faire ça, mais peut-être que je peux trouver quelqu'un qui le peut. "

Johnson a donc envoyé un courrier électronique à environ 10 scientifiques de l'UM qui, selon lui, pourraient avoir le savoir-faire technique pour analyser les échantillons. Tous ont répondu, mais Lin était celui qui avait la technologie nécessaire pour exécuter l'analyse.

Lin et Johnson ont comblé les lacunes de leurs connaissances. Bien que Johnson n'ait jamais travaillé avec les eaux usées auparavant, il avait une vaste expérience dans l'étude des virus. Lin était le contraire, avec beaucoup d'expérience dans les tests d'eaux usées mais peu de temps passé à examiner les virus.

Johnson a déclaré que le laboratoire avait bénéficié non seulement de leurs connaissances scientifiques complémentaires, mais également de leurs horaires de sommeil complémentaires.

"Je suis une personne du matin, et c'est un oiseau de nuit", a déclaré Johnson. "Le laboratoire fonctionne une journée de 14 heures entre nous deux."

Lin a plaisanté en disant que Johnson lui enverrait parfois des messages lorsqu'il se réveillait au même moment où Lin se préparait à s'endormir. Le laboratoire ferme généralement vers 20 heures, mais Lin a déclaré que le laboratoire fonctionnait parfois jusqu'à 2h20 du matin.

Des tubes à essai remplis d’échantillons sont empilés sur les comptoirs du laboratoire de Marc Johnson au MU Bond Life Sciences Center. Chaque tube à essai est étiqueté et enregistré. Les tubes sont placés dans une centrifugeuse qui regroupe le matériel d'ARN laissé dans les eaux usées en un seul endroit du tube.

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Avoir hâte de

Ni Lin ni Johnson ne voient l'arrivée du vaccin COVID-19 comme une raison de ralentir leurs efforts. En fait, les deux scientifiques ont déclaré que les analyses des eaux usées étaient encore plus importantes maintenant que les gens commencent à se faire vacciner.

Lin a qualifié les données qu'ils collectent d '"outil puissant pour soulager l'anxiété" d'une communauté. En examinant les données des eaux usées, les gens peuvent voir si les cas de COVID-19 diminuent vraiment dans leur région, même si les gens recherchent moins de tests à mesure que les vaccinations augmentent.

"S'il y a une chose qui peut me faire enlever mon masque, ce sont les données des eaux usées", a déclaré Lin. "En termes de soulagement de cette anxiété, pour la tranquillité d'esprit, ... c'est probablement la seule preuve solide."

Une journée au laboratoire

Les échantillons du DHSS arrivent au laboratoire de Johnson vers 8 heures du matin pour être purifiés. Chaque échantillon ne pèse que 50 millilitres, mais c’est tout ce qui est nécessaire pour exécuter l’analyse. Johnson a souligné que si le matériel viral est intact, il n’est pas infectieux. À ce jour, les eaux usées ne sont pas une voie de transmission connue du COVID-19.

Une fois déballés, les échantillons sont filtrés pour éliminer tout ce qui est plus gros qu'une particule virale. Il trie les solides des eaux usées et des bactéries comme E. coli. Un mélange de produits chimiques et de sels est ensuite ajouté, ce qui, selon Johnson, agit comme une sorte d '"éponge chimique" pour aspirer toute l'eau, ne laissant qu'une solution concentrée.

Kara Young jette le liquide d'un tube échantillon dans de l'eau de javel vendredi au Bond Life Sciences Center. Les grappes de matériel d’ARN qui se forment après que les échantillons ont été soumis à la centrifugeuse ne sont normalement pas visibles à l’œil nu.

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Les échantillons sont ensuite centrifugés dans une centrifugeuse, égouttés et le matériel génétique extrait. Les échantillons sont ensuite congelés à -84 degrés avant l'analyse de Lin. Les échantillons sont conservés au froid pour assurer la stabilité des échantillons. C’est la même raison pour laquelle le vaccin Pfizer COVID-19 est conservé si froid.

"Une fois purifié, l'ARN est notoirement instable car il y a ces petites protéines appelées nucléases qui aiment le digérer", a déclaré Johnson. "Votre peau est couverte de nucléases. Si vous preniez de l'ARN et le posiez sur votre peau, il disparaîtrait en une minute.

Une fois purifiés par l'équipe de Johnson, les échantillons passent par un processus très similaire à celui d'un prélèvement nasal COVID-19 d'un patient humain dans un laboratoire de test de l'État. Mais au lieu de simplement donner un simple positif ou négatif, l'analyse de Lin peut dire exactement combien de particules de virus COVID-19 sont présentes. Tout cela se fait à l'aide d'une machine qPCR pour amplifier le matériel génétique.

"La plupart des laboratoires cliniques donnent des résultats positifs ou négatifs", a déclaré Lin. "Le nôtre est absolument quantitatif, nous savons exactement combien de copies (de COVID-19 sont présentes)."

D'après la quantité de particules virales dans l'échantillon, Lin et Johnson peuvent dire certaines choses sur la propagation communautaire du COVID-19 dans un bassin versant donné. Disons, par exemple, qu'un échantillon de la station d'épuration régionale de Columbia montre une forte augmentation du nombre de particules virales par rapport à la semaine précédente, cela signifie qu'il y aura probablement une augmentation des cas signalés qui suivra bientôt.

"Tout ce que nous fournissons vraiment aux communautés est une vérification de la réalité", a déclaré Johnson. "La plupart des villes où nous constatons des infections savent déjà qu’elles sont infectées, mais ... nous pouvons dire si la tendance est à la hausse ou à la baisse."

Reinier Suarez met des échantillons d'eaux usées, potentiellement contaminées par le COVID-19, dans un réfrigérateur vendredi au Bond Life Sciences Center. Des communautés de tout le Missouri envoient des échantillons d’eaux usées au laboratoire du Dr Marc Johnson pour tester la présence d’ARN du COVID-19. Cependant, ces échantillons provenaient de Boise, Idaho.

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Tester les populations carcérales

Le projet de surveillance des égouts est utile pour les centres de vie collectifs, comme les prisons et les maisons des anciens combattants, qui fonctionnent sur leurs propres fosses septiques.

Johnson a déclaré que le projet examinait toutes les prisons de l'État et pouvait servir d'alerte précoce en cas d'épidémies potentielles de COVID-19, même si les prisonniers ne présentent pas entièrement de symptômes. Parfois, les détenus peuvent ne pas vouloir reconnaître qu’ils sont malades pour éviter les effets mentaux débilitants qui peuvent accompagner l’isolement en milieu carcéral. En testant les eaux usées des prisons, le projet peut aider l'État à savoir comment diriger ses fournitures de test le plus efficacement possible.

"Les eaux usées ne mentent pas", a déclaré Lin à propos de la façon dont les analyses des eaux usées peuvent détecter le comportement de la communauté même si les individus n’admettaient pas eux-mêmes ce comportement.

Étant donné que les eaux usées d'une installation communale ne peuvent pas être retracées jusqu'à un seul individu, Johnson a déclaré que le projet ne présentait aucun problème de confidentialité ni aucune violation de la loi HIPAA. Cela donne simplement un aperçu de la communauté dans son ensemble.

"Un travail de rêve pour les scientifiques"

Johnson a déclaré qu'il n'aurait jamais imaginé que l'on puisse apprendre autant des eaux usées.

"C’est comme si on découvrait à nouveau un microscope", a déclaré Johnson. "C'est comme" oh, voici une peau de pomme. "Mais ensuite vous la regardez au microscope, et vous voyez que c'est tellement plus. ... Je n’ai jamais pensé une seconde aux eaux usées, mais il se passe tellement de choses que je n’ai jamais su. "

Lin a qualifié le projet de "travail de rêve pour les scientifiques". Il a dit que travailler dans le milieu universitaire peut parfois lui donner l'impression que ses découvertes n'atteignent pas toujours la communauté en général.

"Mais pas celui-ci", dit-il. "Je peux immédiatement bénéficier à la communauté simplement en générant des informations dans mon laboratoire."

Lin et Johnson ont tous deux déclaré qu'ils espéraient que le projet servirait de rappel de l'importance réelle de l'enseignement supérieur. Johnson et Lin poursuivent tous deux leur travail habituel, et bien qu'ils trouvent tous deux que l'impact sur la communauté est gratifiant, aucun n'a reçu d'augmentation de salaire pour les efforts supplémentaires liés à l'exécution des analyses.

"Je veux toujours regarder le bon côté", a déclaré Lin. "Je vois l'opportunité actuelle de convaincre le grand public de l'importance de la science et de l'éducation."

Kara Young suspend l'ARN, matériel génétique, collecté à partir d'échantillons d'eaux usées dans un tampon de lyse pour casser les cellules vendredi au Bond Life Sciences Center. Les tubes d'échantillons sont placés dans une machine avec un matériau qui lie l'ARN, lave tout ce qui reste et libère ensuite l'ARN pour une analyse plus approfondie.

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