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Le SRAS-CoV-2 et l'avenir de l'épidémiologie basée sur les eaux usées

Cet article a été publié pour la première fois dans le numéro de mars/avril 2022 de Eau & Eaux usées Asie.

L'épidémiologie basée sur les eaux usées est de plus en plus connue comme un outil dans la lutte contre le COVID-19, en partie grâce à un projet des Centers for Disease Control and Prevention (CDC) des États-Unis. Le CDC continue de construire son système national de surveillance des eaux usées (NWSS), en testant des échantillons deux fois par semaine provenant de jusqu'à 500 installations de traitement des eaux usées à travers le pays.

Tester les eaux usées pour recueillir des informations ciblées sur la santé publique d'une population existe depuis des décennies, mais cela n'a peut-être jamais été aussi précieux qu'aujourd'hui. Avec l'explosion récente de la variante Omicron, certaines juridictions ont imposé des restrictions sur les tests qPCR et sont passées à un système d'auto-déclaration volontaire de tests antigéniques rapides. L'analyse des eaux usées est une méthode non invasive et rentable pour obtenir une image précise de la prévalence du virus au niveau communautaire.

Ce regain d'intérêt pour l'épidémiologie basée sur les eaux usées a également entraîné le développement d'une nouvelle technologie qui permet aux personnes ayant une formation limitée de effectuer un test des eaux usées et obtenir les résultats sur place en moins de deux heures, plutôt que d'expédier des échantillons à un laboratoire et d'attendre des jours ou des semaines pour obtenir des résultats.

L'avenir de l'épidémiologie basée sur les eaux usées réside dans les tests localisés avec une technologie accessible, et c'est déjà là.

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Test des eaux usées COVID-19 : pourquoi c'est important, comment cela fonctionne et comment commencer

Avec une capacité éprouvée à fournir une alerte précoce en cas d'infection, les tests d'eaux usées COVID-19 sont essentiels pour continuer à assurer la sécurité des populations et à identifier la présence de nouvelles variantes.

Épidémiologie basée sur les eaux usées avant la pandémie

L'origine de l'épidémiologie basée sur les eaux usées en tant que ressource de santé publique aux États-Unis remonte à plus de soixante ans.

Au début de 1961, la ville de Middletown, dans le Connecticut, a administré des vaccins oraux contre le poliovirus, le virus qui cause la poliomyélite, une maladie potentiellement mortelle qui peut infecter la moelle épinière et entraîner une paralysie.

Des chercheurs de l'école de médecine de l'université de Yale ont mené des expériences déterminer l'efficacité de la campagne de vaccination en testant les eaux usées sur six sites d'échantillonnage des eaux usées dans ou à proximité de la ville. Leurs travaux ont montré que la prévalence du virus dans les eaux usées correspondait à la campagne de vaccination, et ils ont pu suivre la présence de variantes individuelles du poliovirus dans la communauté sur une période de plusieurs mois.

Plus récemment, l'épidémiologie basée sur les eaux usées a été utilisée pour cartographier l'exposition communautaire aux opioïdes aux États-Unis. Des chercheurs ont mené une étude pilote sur la surveillance des opioïdes dans les eaux usées dans une municipalité de Caroline du Nord pendant cinq mois en 2018. Des échantillons agrégés de vingt-quatre heures ont été prélevés dans 10 regards résidentiels tout au long du projet pilote, et les métabolites opioïdes ont été mesurés et quantifiés à l'aide de LC-MS/MS (chromatographie liquide-spectrométrie de masse/spectrométrie de masse) .

Les données ont été utilisées pour cartographier l'utilisation des opioïdes dans des communautés particulières, en mettant en évidence les opioïdes les plus répandus et dans quelles régions. Les responsables de la santé publique ont identifié les pharmacies comme des points d'accès essentiels pour les efforts de sensibilisation et de prévention, car elles remplissent les ordonnances d'opioïdes et sont les principaux distributeurs de naloxone, un médicament utilisé pour réduire les effets des opioïdes. Les chercheurs ont déclaré que les cartes peuvent "fournir une base probante pour le déploiement de réponses de santé publique centrées sur la pharmacie".

Analyse des eaux usées pour le SARS-CoV-2

Une étude récente indiqué que la variante Omicron pourrait être 105% plus transmissible que la variante Delta, et d'ici janvier 2022, le nombre de cas signalés par jour avaient plus que doublé aux États-Unis par rapport à janvier 2021.

Alors que certaines juridictions avaient déjà abandonné les tests et les rapports individuels, de nombreuses juridictions restantes ont maintenant emboîté le pas, car les limitations des ressources disponibles ou prévues ont rendu difficile pour les tests individuels de suivre le rythme de la flambée des cas causés par la variante Omicron. Ce faisant, ils ont reconnu qu'il n'est plus possible d'utiliser des tests cliniques centralisés comme moyen de déterminer le nombre réel d'infections dans une communauté ou un État à un moment donné.

L'analyse des eaux usées apparaît comme le meilleur outil pour fournir une image précise du nombre total de cas de COVID-19 et de variantes de cas dans une communauté à ce stade de la pandémie. Des échantillons regroupés d'une population, qu'il s'agisse d'une ville entière ou d'une maison de retraite individuelle, montrent la prévalence du virus sans effectuer de prélèvement d'échantillons invasifs sur les individus, tout en préservant l'anonymat de ceux qui contribuent à l'échantillon d'eaux usées.

Système national de surveillance des eaux usées CDC

En septembre 2020, le CDC a lancé le Système national de surveillance des eaux usées (NWSS). Il s'agit du premier programme national de test des eaux usées aux États-Unis, et son objectif est de mesurer les niveaux de SRAS-CoV-2 dans les eaux usées et de suivre les tendances des infections, à la fois symptomatiques et asymptomatiques, au niveau communautaire.

Le système coordonne les programmes de surveillance des eaux usées mis en œuvre par les services de santé des États, des territoires et des tribus, afin de collecter des données localisées qui peuvent ensuite être analysées pour déterminer les tendances locales ou nationales. Les services de santé utilisent ces informations pour ajuster leur réponse à la pandémie si nécessaire.

Le CDC a développé le système national de surveillance des eaux usées en se concentrant sur quatre domaines : « 1) offrir une assistance technique aux juridictions de mise en œuvre ; 2) créer un portail de données pour la soumission centralisée des données et l'analyse et la visualisation normalisées des données ; 3) coordonner les communautés de pratique pour partager les meilleures pratiques entre les services de santé, les laboratoires de santé publique et les services publics ; et 4) renforcer les capacités d'épidémiologie et de laboratoire pour la surveillance des eaux usées dans les départements de santé.

En décembre, la transmission du variant Omicron se généralisant, CDC a annoncé son partenariat avec LuminUltra Technologies inc. recueillir des données auprès de 500 usines de traitement des eaux usées à travers le pays jusqu'en mars 2022 pour tester le SRAS-Co-V-2 dans les eaux usées. Les tests identifieront non seulement la présence du virus, mais également les mutations génétiques associées aux variantes Delta et Omicron.

LuminUltra a travaillé dans l'industrie des eaux usées pendant plus de 26 ans et a été à l'avant-garde des tests SARS-CoV-2 des eaux usées tout au long de la pandémie, créant la première solution de test SARS-CoV-2 rapide sur site au monde. L'entreprise a également été l'une des premières au pays à utiliser les meilleures technologies innovantes pour identifier les variantes individuelles du virus.

Le CDC s'appuie sur LuminUltraréseau existant de laboratoires physiques et mobiles à travers les États-Unis pour s'assurer que les échantillons sont prélevés et testés auprès de chaque service public participant deux fois par semaine. LuminUltra teste les échantillons et télécharge les données sur une plate-forme CDC pour analyse. Le CDC examine les données et «pour faciliter une analyse robuste, la comparabilité des données et une interprétation appropriée, la plate-forme de données NWSS reçoit des mesures d'ARN du SRAS-CoV-2 et des données de contrôle de la qualité, effectue des contrôles automatisés de la qualité des données, ajuste les concentrations de SARS-CoV-2 pour la composition des eaux usées et les performances de la méthode et effectue des analyses de régression à partir de mesures en série pour classer les tendances des eaux usées du SARS-CoV-2.

Les données sont ensuite mises à la disposition des services de santé publique via le tableau de bord en ligne du CDC, et LuminUltra fournit un rapport de données hebdomadaire à chaque service public participant.

Parce que le test des eaux usées pour le SRAS-CoV-2 peut détecter le virus jusqu'à sept jours avant l'apparition des symptômes, les données recueillies montrent les tendances émergentes ainsi que les tendances actuelles et aident donc les décideurs en santé publique à prévoir tout, des hospitalisations et des besoins en ressources cliniques à l'approvisionnement requis en équipements de protection individuelle.

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Avec une capacité éprouvée à fournir une alerte précoce en cas d'infection, les tests d'eaux usées COVID-19 sont essentiels pour continuer à assurer la sécurité des populations et à identifier la présence de nouvelles variantes.

L'avenir de l'épidémiologie basée sur les eaux usées

La création d'un système national de surveillance des eaux usées a exigé beaucoup de coordination continue. Comme l'a déclaré le CDC, « La mise en œuvre robuste et durable de la surveillance des eaux usées nécessite une capacité de santé publique pour les tests, l'analyse et l'interprétation des eaux usées. Des partenariats entre les services publics de traitement des eaux usées et les services de santé publique sont nécessaires pour tirer parti des données de surveillance des eaux usées pour la réponse au COVID-19 afin d'évaluer rapidement les menaces émergentes et de se préparer aux futures pandémies.

Les analyses actuelles des eaux usées sont principalement le domaine de laboratoires et de techniciens qualifiés. L'évolution de l'épidémiologie basée sur les eaux usées sera guidée par des solutions qui rendront les analyses des eaux usées plus localisées et accessibles.

En 2021, LuminUltra développé la première solution de test rapide et sur site du SRAS-CoV-2 au monde, qui utilise le portable de l'entreprise GeneCount qPCR (réaction en chaîne par polymérase quantitative) pour produire des résultats de test sur site en moins de deux heures. La portabilité et la facilité d'utilisation de la solution créent des résultats fiables de type laboratoire sans le temps d'expédition et l'attente des résultats de test d'un laboratoire. Cela a été particulièrement important pendant la pandémie, lorsque des décisions opportunes sur la gestion de la pandémie peuvent avoir un impact immédiat sur le contrôle de la propagation du virus.

Les tests localisés sont donc plus efficaces et plus rentables que les tests en laboratoire, et les entreprises ont utilisé des tests sur site tout au long de la pandémie pour assurer la sécurité de leurs clients et employés tout en évitant ou en atténuant les impacts des arrêts prolongés ou répétés.

LuminUltraLa solution d'assainissement rapide et sur site de est actuellement utilisé dans divers secteurs. Une compagnie internationale de navires de croisière a mis en place un programme de test des eaux usées avec une collecte régulière d'échantillons et des tests sur site pour le SRAS-CoV-2 sur des navires individuels. Des tests sont effectués et les résultats obtenus à bord pendant toute la durée de la croisière. Une compagnie aérienne internationale utilise également un programme de test localisé des eaux usées avec prélèvement d'échantillons et tests à bord de l'avion.

Dans une autre application, un important projet de construction avec des centaines de travailleurs sur un site minier canadien éloigné démontre la valeur de la collecte ciblée d'échantillons. Les travailleurs de la construction du camp de travail éloigné sont logés dans des dortoirs, qui sont chacun équipés de dispositifs d'échantillonnage stratégiquement situés.

Lorsque les tests d'eaux usées ont révélé la présence du SRAS-CoV-2, l'entreprise a fermé l'aile individuelle du dortoir affecté et a fait isoler les 11 travailleurs de l'aile seuls dans leurs chambres. Ils ont ensuite procédé à des tests individuels et à des protocoles de nettoyage. L'infection a été confinée avec succès à un seul travailleur et l'entreprise a réussi à éviter une fermeture qui aurait coûté des millions de dollars.

Conclusion

Le temps et les ressources sont essentiels au succès de toute entreprise. L'épidémiologie historique basée sur les eaux usées a été réalisée en envoyant des échantillons, souvent par courrier, à des laboratoires où les tests ont été effectués par des spécialistes formés. L'avenir de l'épidémiologie basée sur les eaux usées est localisé et accessible. Les économies de coût et de temps moindres des tests rapides sur site ouvrent les possibilités de l'épidémiologie basée sur les eaux usées au-delà du domaine de la santé publique, sur le marché mondial. Et dans le futur.


Jordan Schmidt

Jordan est titulaire d'un doctorat en génie civil spécialisé dans le traitement biologique des eaux usées. Au cours de son doctorat, Jordan a participé à des évaluations sur le terrain à grande échelle d'étangs de stabilisation des déchets municipaux dans le territoire canadien du Nunavut. Il possède une expertise variée incluant la science des données, la conception expérimentale, la programmation statistique et le traitement complet des eaux usées municipales. Lorsqu'il ne travaille pas, Jordan pratique le kayak de mer, le camping dans l'arrière-pays dans le parc national Kejimkujik et l'escalade.

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