Covid-19, les eaux usées pour détecter l'évolution de la pandémie
Une équipe de recherche de l'EPFL, en collaboration avec l'Eawag, a réussi à détecter la présence du Coronavirus dans les eaux usées à travers des échantillons prélevés pendant la première phase de la pandémie. L’objectif est de mettre sur pied, à terme, un système d’alerte précoce.
De multiples pistes sont suivies afin de comprendre comment ce virus agit, comment il se dissémine, comment le neutraliser, l’éliminer. En attendant de trouver remèdes et vaccin efficaces, analyser les eaux usées récoltées dans nos stations d’épuration permet de détecter le virus avant qu’il n’y ait de diagnostiques cliniques. « Notre travail porte sur la quantification du virus dans les eaux usées, si nous pouvons le détecter avant les symptômes cliniques et combien de temps avant », explique Tamar Kohn qui dirige le Laboratoire de Chimie environnementale de l'EPFL (LCE).
Grâce à la collaboration de Christoph Ort, du département de Gestion des eaux urbaines de l'Eawag (l’Institut Fédéral Suisse des Sciences et Technologies de l’Eau), et à Tim Julian du département de Microbiologie de l'environnement de l'Eawag, les chercheurs ont réussi un tour de force en détectant et quantifiant en l'espace de quelques semaines seulement le SARS-CoV2 dans les eaux usées. Les scientifiques ont analysé des échantillons provenant de Lausanne, de Lugano et de Zurich. Dans ces deux dernières villes, un prélèvement avait été effectué fin février déjà, alors que les premiers cas d'infection étaient enregistrés en Suisse. « La virologie environnementale est mon domaine de recherche, j’étais prêt à travailler sur cette épidémie lorsque le virus est arrivé en Italie, c’était clair pour moi que nous allions être touchés : dans un monde hyper connecté, le contraire m’aurait étonné », précise Xavier Fernandez Cassi du LCE.
© 2020 EPFL Alain Herzog / Xavier Fernandez Cassi a prélevé des échantillons dès la fin février
Les scientifiques sont parvenus à mettre en évidence les traces du nouveau coronavirus dans la totalité des échantillons. Si, dans les plus récents, les concentrations élevées laissent supposer une quantification plutôt aisée, ce n'était pas le cas des échantillons de février : « Nous avons été agréablement surpris de trouver un signal dans les eaux usées de Lugano alors qu'un seul cas avait été identifié à Lugano et seulement six à Zurich », commente Tamar Kohn. En collaboration avec l’Eawag, les scientifiques ont récolté de nombreux échantillons provenant de 9 stations d’épuration au Tessin, 2 à Zurich et 1 à Lausanne, collectant les eaux usées de quelque 800'000 mille habitants.
L’enjeu est tellement important que Xavier Fernandez Cassi et Marie-Hélène Corre, tous deux biologistes au sein du LCE, ont reçu l’autorisation exceptionnelle, en cette période de confinement, de poursuivre leurs recherches dans leur laboratoire de l’EPFL. Une situation inédite qui leur a permis d’être très efficaces, tous les outils d’analyse étant libres d’accès dans le laboratoire du campus déserté. Comme il s’agit d’un nouveau virus zoonotique, les chercheurs doivent rester très prudents dans son analyse même s’il fait partie d’une famille connue. « La principale caractéristique du coronavirus est qu’il s’agit d’un virus enveloppé. Sa capside virale est entourée d’une membrane biologique. Le virus de la grippe saisonnière est un virus à enveloppe ainsi que celui du VIH, » explique Marie-Hélène Corre.
© 2020 Alain Herzog / Marie-Hélène Corre analyse les échantillons des STEP suisses
L'objectif : un système d'alerte précoce
Depuis que les premiers cas de Covid-19 ont été signalés en Suisse, ces échantillons constituent de précieuses archives. Le but principal du projet n'est cependant pas de retracer l'évolution passée mais de mettre au point un système d'alerte précoce. « À partir des échantillons de 20 grandes stations d'épuration réparties sur le territoire national, nous pourrions surveiller les eaux usées de près de 2,5 millions de personnes », précise Christoph Ort. En les analysant rapidement, il serait ainsi possible de détecter une éventuelle recrudescence des infections pendant le déconfinement bien avant, peut-être une semaine avant qu'elle ne soit visible dans les tests sur les personnes symptomatiques. Le chercheur de l'Eawag s'intéresse depuis longtemps à l'épidémiologie des eaux usées. Jusqu'à présent, ses recherches étaient centrées sur l'étude de la consommation de stupéfiants en Europe. Car, comme il le souligne, « les eaux usées ne mentent pas et révèlent en quelques heures ce que les excrétions de la population contiennent ». Dans le nouveau contexte, les scientifiques ont pu profiter des contacts préexistants avec les cantons et les stations d'épuration.
Un suivi de l'évolution de la pandémie mais pas du nombre exact de cas
Grâce à la détection des concentrations infimes de virus dès le début de la pandémie, il devrait être possible de retracer rétrospectivement la courbe d'évolution du Covid-19. Il faudra cependant encore des semaines pour que les 300 échantillons actuellement stockés dans les congélateurs de l'Eawag et de l'EPFL soient tous analysés. Et il ne sera pas vraiment possible de suivre le nombre exact de cas. En effet, le nombre de virus excrétés par une personne infectée varie trop d'un individu à l'autre. Mais l'essentiel est de suivre l'évolution de la situation. Ces derniers jours, les scientifiques ont ainsi pu retracer grossièrement, à partir de leurs échantillons, l'augmentation des concentrations de SARS-CoV2 dans les eaux usées lausannoises entre mars et avril : Tamar Kohn estime qu'elles auraient augmenté d'un facteur de dix à cent.
© 2020 Eawag, Andri Bryne /Tamar Kohn EPFL et Carola Bänziger Eawag ( à droite)
Après une préparation minutieuse des échantillons, une recherche est effectuée pour trouver les informations sur l'ARN du nouveau coronavirus.
Une méthodologie complexe
Malgré les premiers résultats encourageants, la méthode doit encore être optimisée. Ainsi, on ne sait pas encore exactement quelle proportion de virus est appréhendée lors de l'extraction qui, par une suite de filtrations et de centrifugations, consiste à forcer l'enveloppe qui entoure le patrimoine génétique (ARN) révélateur de son identité. De même, la multiplication consécutive de la séquence génétique recherchée s'accompagne encore de fortes incertitudes. Il ne sera possible d'obtenir des conclusions reproductibles et comparables sur la concentration de virus de l'échantillon original que lorsque ces incertitudes seront plus réduites.
Une propagation très improbable par l'eau potable ou les eaux usées
Même si les scientifiques peuvent détecter le nouveau coronavirus, ou du moins son matériel génétique, dans les eaux usées, rien ne permet de penser, en l'état actuel des connaissances, qu'il puisse se propager par l'eau ou les effluents. L'eau potable distribuée en Suisse est d'une qualité microbiologique irréprochable et elle peut être bue sans inquiétude même pendant la pandémie.
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Tamar Kohn Directrice du Laboratoire de Chimie Environnementale (LCE)
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Xavier Fernandez Cassi Biologiste environnemental LCE
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