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Virus du SARS-CoV-2 dans les eaux usées

Surveillance et évaluation du COVID-19 et des risques potentiels d'infection

Un consortium dirigé par le FiW et l'ISA en collaboration avec l'Université Goethe de Francfort a réussi à publier la première étude en Allemagne sur la détection des virus du SARS-CoV-2 dans les eaux usées pour la surveillance de la population par le COVID-19 et l'évaluation des risques d'infection potentiels. En coopération avec six agences de l'eau de NRW, un dépistage d'échantillons d'influents et d'effluents sélectionnés provenant de neuf stations de traitement des eaux usées a été effectué pendant la première vague de pandémie. Les gènes du SARS-CoV-2 détectés dans les eaux usées se sont révélés non infectieux lors des tests cellulaires effectués in vitro. Les résultats de l'étude ont été repris par de nombreux articles de presse (SPIEGEL, BILD, WELT, Rheinischer Post et autres).

Le SARS-CoV-2 est un virus à ARN enveloppé d'environ 100 nm de diamètre. Outre la détection du virus en laboratoire dans les expectorations, l'ARN du SARS-CoV-2 peut également être détecté dans les selles de jusqu'à 67 % des patients avec jusqu'à 108 copies de gêne/ml, dans certains cas également chez des personnes asymptomatiques. Depuis le début de la pandémie, des groupes de recherche travaillent donc sur des méthodes permettant d'utiliser des échantillons d'eaux usées pour déterminer les chiffres d'infection de tous les habitants raccordés à une station d'épuration. Si la sensibilité et la sélectivité de la méthode sont suffisantes, de telles analyses pourraient servir aux autorités, par exemple, comme un "système d'alerte complet" pour savoir si les mesures ordonnées conduisent à une diminution du nombre de cas dans la population totale des zones de captage des stations d'épuration. Aux Pays-Bas, un tel système d'information est déjà établi.

Développement et validation de méthodes

La détection du virus est effectuée par RT-qPCR quantitative pour plusieurs gènes du CoV-2. À l'aide d'échantillons de réserve plus anciens, datant de 2017 et 2018, c'est-à-dire avant l'apparition de la pandémie, une méthodologie a été élaborée et validée, dans laquelle deux amorces génétiques (gène M et gène RdRP) sont utilisées en combinaison, d'une part pour obtenir une sensibilité suffisante de l'analytique, et d'autre part pour quantifier sélectivement dans les eaux usées uniquement le SRAS-CoV-2, mais pas les autres coronavirus non pathogènes circulant dans la population. La plausibilité des résultats a ensuite été examinée de manière critique et confirmée par séquençage Sanger.

Dépistage en Rhénanie-du-Nord-Westphalie

Nos analyses ont révélé la présence de 3 à 20 copies du gène par millilitre d'eaux usées brutes dans les neuf stations de traitement des eaux usées échantillonnées lors de la première vague pandémique en avril 2020. Il s'agit d'un niveau de concentration qui a également été mesuré dans des études menées aux Pays-Bas et aux États-Unis. Outre la phase aqueuse, le SARS-CoV-2 peut également être détecté dans la phase solide, parfois à des concentrations plus élevées. Comme prévu, la rétention du matériel génétique est incomplète dans les stations d'épuration classiques. Cependant, après ozonation à la station d'épuration d'Aix-la-Chapelle-Soers, les concentrations génétiques les plus faibles de tous les échantillons étudiés ont été mesurées.

Épidémiologie basée sur les eaux usées

La charge virale mesurée d'une station d'épuration a été corrélée au nombre de personnes infectées par le COVID-19 dans la zone de captage de la station d'épuration, signalé aux autorités de santé publique. Dans la plus grande station d'épuration, dont la charge virale est estimée à 6 trillions (6 x 1012) d'équivalents génétiques par jour, 1037 cas aigus ont été signalés dans la zone de captage, contre 36 cas dans les stations d'épuration plus petites, dont la charge virale est inférieure de deux ordres de grandeur.

La sensibilité est suffisante pour servir de système d'alerte précoce lorsque l'incidence sur 7 jours tombe en dessous de 50 incidences pour 100 000 habitants. Pour une utilisation fiable en épidémiologie basée sur les eaux usées, d'autres améliorations de la méthode sont possibles, notamment la détection du matériel génétique lié aux phases solides et l'utilisation de bio indicateurs. Lors de la deuxième vague pandémique, la densité des données sera augmentée en mesurant les hydro grammes à long terme des stations d'épuration individuelles.

Tests de réplication et infectiosité

Alors que nos travaux basés sur des études de laboratoire à faible volume avec environ 1 à 10 copies de gènes indiquent que les fragments d'ARN détectés ne sont pas infectieux, les calculs de charge suggèrent que dans les stations d'épuration individuelles de NRW, environ 6*1010 à 6*1012 équivalents de gènes de SARS-CoV-2 sont émis dans les eaux réceptrices par jour. En raison des charges élevées et de la faible capacité de rétention des stations d'épuration classiques, le comportement du SARS-CoV-2 dans le cycle de l'eau doit être étudié plus en détail. À cette fin, une demande a été soumise au MULNV NRW.

CONTACT

Coordination générale
Institut de recherche sur la gestion de l'eau et des déchets à RWTH Aachen e. V.
Dr. sc. Dipl.-Ing. Frank-Andreas Weber
+49 (0) 241 80 2 68 25 / E-Mail

Gestion scientifique
Institut de gestion des eaux urbaines de l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Wintgens
+49 (0) 241 80 2 52 07 / E-Mail

apl. Prof. Dr. Volker Linnemann
+49 (0) 241 80 9 15 23 / E-Mail

 

CLIENT

L'étude a été réalisée à l'initiative du FiW et de l'ISA sans financement par des tiers. FiW e. V. reconnaît avec gratitude le soutien de la Wilo-Foundation.

PARTENAIRES

Institut de virologie médicale de l'hôpital universitaire de Francfort (KGU) ; Université Goethe de Francfort (GUF)

PUBLICATIONS

Sandra Westhaus, Frank-Andreas Weber, Sabrina Schiwy, Volker Linnemann, Markus Brinkmann, Marek Widera, Carola Greve, Axel Janke, Henner Hollert, Thomas Wintgens, Sandra Ciesek.

Détection du SARS-CoV-2 dans les eaux usées brutes et traitées en Allemagne - Adéquation avec la surveillance du COVID-19 et risques potentiels de transmission. Science de l'environnement total.