La détection du coronavirus dans les eaux usées, une piste pour mieux gérer l'épidémie ?

Atlantico : En quoi la détection de traces du CoVid-19 dans les eaux usées peut-il permettre une meilleure gestion de la crise du coronavirus ?

Stéphane GAYET : Ce SARS-CoV-2 n'a pas fini de nous étonner. Ce n'est décidément pas un virus banal. En pathologie humaine, on distingue habituellement les virus respiratoires, qui sont typiquement des virus à ARN enveloppés (virus de la grippe ; virus respiratoire syncytial ou VRS : agent de la bronchiolite aiguë du nourrisson, etc.) et les virus entériques, qui sont typiquement des virus à ARN nus, c'est-à-dire non enveloppés (rotavirus, norovirus, etc.).

Virus enveloppés et virus nus : quelques explications

Toute infection virale commence obligatoirement par une reconnaissance du virus par la cellule, qui dès lors peut adsorber (adhésion) la particule virale ou virion. Cette adsorption ou adhésion se produit entre un récepteur qu'elle possède sur la face externe de sa membrane plasmique (ACE-2 dans le cas de SARS-CoV-2) et l'antigène S de surface du virus SARS-CoV-2. Si cette première étape ne se produit pas, il n'y a pas d'infection (rappelons qu'un virus est totalement inerte) ; c'est pourquoi l'ARN viral seul n'est pas infectieux : il ne peut fonctionner que s'il se trouve au sein d'une particule virale.

Or, quel que soit le type de virus, l'antigène de surface reconnu par la cellule est porté par l'enveloppe virale dans le cas des virus enveloppés, ou porté par la capside virale dans le cas des virus nus ou non enveloppés. Étant donné que l'enveloppe virale – qui est donc une structure inconstante chez les virus ; c'est un critère de classification – est un élément fragile (sensible à la chaleur, aux rayons ultra-violets, à la dessiccation, aux détergents…), il en découle que les virus enveloppés sont plus fragiles que les virus nus, au contraire généralement résistants, voire très résistants sur le plan physique.

Or, les muqueuses respiratoires sont des muqueuses humides et non chimiquement agressives pour les virus, alors que le tube digestif (estomac, intestins) est un milieu agressif (acidité gastrique, enzymes gastriques et pancréatiques, bile…). C'est pourquoi les virus enveloppés ne résistent pas en général dans le tube digestif (leur enveloppe est rapidement altérée).

Ce qui est vrai du tube digestif l'est également de l'environnement (au sens large) : les virus enveloppés ne résistent pas dans l'environnement habituellement. Or, les coronavirus sont des virus à ARN enveloppés qui résistent relativement bien dans le tube digestif et que l'on retrouve dans les matières fécales sous forme infectieuse (active). On explique cela par le fait que les protéines S de surface (schéma ci-après : en forme de crocus non ouvert) ont un ancrage profond et ne font que traverser l'enveloppe : si l'enveloppe est altérée, mais que les protéines S de surface sont préservées, le pouvoir infectieux est maintenu.

Effectivement, les coronavirus et en particulier le SARS-CoV-2 sont retrouvés dans les matières fécales, mais en quantité modérée qui n'a rien à voir avec la concentration fécale du rotavirus ou du norovirus (virus à ARN nus, agents de gastroentérite aiguë virale ou GEAV, appelée communément « gastro »).

Distinction fondamentale entre l'ARN viral et le virion infectieux

Avec l'essor phénoménal de la biologie moléculaire, la détection des ADN bactériens et des ARN et ADN viraux est devenue plus accessible, plus rapide et moins coûteuse. Et en effet, les applications pratiques des techniques de détection des ADN et des ARN se multiplient en microbiologie. Mais encore faut-il en interpréter correctement et honnêtement les résultats.

Détecter la présence d'un ADN bactérien ou d'un ADN ou ARN viral dans un milieu, ne signifie pas que ce milieu contient les microorganismes correspondants sous forme infectieuse. Par exemple, on peut détecter dans l'eau du réseau la présence d'ADN de légionelle (bactérie aquatique, potentiellement pathogène) et quantifier cette présence, mais il peut ne s'agir que de bactéries mortes et donc sans danger infectieux. De la même façon, détecter sur une surface inerte, dans les selles ou dans les eaux usées, de l'ARN de SARS-CoV-2, ne signifie pas ipso facto qu'il y a là des virus infectieux. Cette notion est très importante, car, en virologie, la détection des ARN viraux par PCR (sigle anglais : réaction en chaîne par polymérase) et plus exactement par RT-PCR (RT : rétrotranscriptase, enzyme qui permet de synthétiser de l'ADN à partir d'ARN), est devenue une technique très accessible, mais elle ne détecte que l'acide nucléique. Alors que, pour prouver qu'il y a des particules virales infectieuses, il faut faire un ensemencement de l'échantillon au laboratoire, sur une culture de cellules, et observer les signes cellulaires de l'infection (cette technique est délicate, longue et coûteuse, beaucoup plus que la RT-PCR). Attention : dans certaines publications vulgarisées, on parle de détection du virus (sur des objets, des surfaces), alors qu'il ne s'agit que de détection d'ARN viral, ce qui n'a pas du tout la même signification.

La détection de l'ARN du SARS-CoV-2 dans les eaux usées et son intérêt

On considère que l'excrétion fécale d'ARN viral est constante en cas de CoVid-19 et probablement aussi l'excrétion fécale de virions infectieux. Étant donné que ce virus est étonnement résistant pour un virus à ARN enveloppé, on le retrouve encore dans les eaux usées contaminées par des matières fécales. En réalité, ce que l'on dose dans les eaux usées, c'est bien entendu l'ARN viral par RT-PCR.

Une étude menée parallèlement dans plusieurs pays (États-Unis, Australie, Europe) a montré que l'on pouvait détecter (et quantifier) de l'ARN viral de SARS-CoV-2 dans les eaux usées de quartiers de villes où il y avait des personnes infectées par le virus. Mais ce qui est plein d'intérêt, c'est que l'ARN viral apparaît dans les eaux usées avant le début apparent d'un foyer épidémique ; en effet, la maladie CoVid-19 commence doucement, graduellement, et au début, on ne se sent pas très malade, on n'éprouve pas le besoin de se faire prendre en charge médicalement ; pourtant, l'excrétion fécale de l'ARN viral commence déjà. Cette étude montre ainsi que la recherche d'ARN viral dans les eaux usées pouvait permettre d'anticiper l'éclosion apparente d'un foyer épidémique (alors que les premières hospitalisations n'ont lieu que des jours plus tard).

Ainsi, la recherche et le dosage de l'ARN viral dans les eaux usées pourrait permettre de gérer plus en amont et, partant, plus efficacement un foyer épidémique.

Aux États-Unis d'Amérique, d'ores et déjà plus de 170 stations de traitement des eaux usées dans 37 États (soit 13 % de la population américaine) envoient régulièrement des échantillons d'eaux usées pour dosage de l'ARN viral.

Cette stratégie devrait permettre d'endiguer un foyer épidémique débutant et d'adapter à temps l'offre de soins (lits d'hospitalisation tout particulièrement).

La surveillance des eaux usées peut-elle pallier l'absence de tests massifs de la population ?

La surveillance des eaux usées est une approche grossière. Elle permet d'étudier ce qui se passe sur le plan infectieux dans un ensemble d'habitations évacuant leurs eaux dans la même canalisation d'égouts. Elle est complémentaire des autres approches, mais ne peut en aucun cas pallier l'absence de tests de dépistage.

On peut dire, qu'en matière de gestion de l'épidémie, elle est un peu au dépistage de la population, ce que le confinement massif et non sélectif est à l'isolement des sujets diagnostiqués comme malades. D'un côté, on a des méthodes grossières et non sélectives (détection dans les eaux usées, confinement général), de l'autre, des méthodes précises et sélectives (détection des malades, isolement des sujets contagieux).

Comment la surveillance des eaux usées peut-elle être renforcée ?

Cette nouvelle approche a manifestement de l'intérêt, mais en complément des autres approches. Si l'on effectue un dosage de l'ARN viral dans les grands collecteurs d'eaux usées des villes, le résultat ne sera pas précis. Pour que cette méthode soit profitable, il faudrait établir un plan d'échantillonnage en fonction du plan du réseau de canalisations d'eaux usées. Par ailleurs, il va falloir trouver des laboratoires fiables pour effectuer ces analyses, ce qui suppose un cahier de charges précis pour les sélectionner ; il faudra également budgéter ces analyses ; surtout, on devra construire un guide détaillé d'actions, en fonction de tous les types de résultats possibles (algorithme).

Avant que la France ne se lance dans un tel programme, il faudrait bien des études ; le plan d'échantillonnage, les prélèvements, les analyses et leur interprétation comportent plusieurs biais et difficultés ; il n'est en fin de compte pas certain que cette approche soit une bonne option pour notre pays, mais il faut l'étudier avec intérêt.