VirWaTest, une méthode de point d'utilisation pour la détection des virus dans les échantillons d'eau
Summary
Nous présentons ici VirWaTest, qui est une méthode simple, abordable et portable pour la concentration et la détection des virus à partir d’échantillons d’eau au point d’utilisation.
Abstract
Les virus excrétés par les humains et les animaux peuvent contaminer les sources d’eau et présenter un risque pour la santé humaine lorsque cette eau est utilisée pour boire, irriguer, laver, etc. L’indicateur classique des bactéries fécales ne vérifie pas toujours la présence d’agents pathogènes viraux, de sorte que la détection des agents pathogènes viraux et des indicateurs viraux est pertinente afin d’adopter des mesures d’atténuation des risques, en particulier dans les scénarios humanitaires et dans les zones où les flambées virales d’origine hydrique sont fréquentes.
À l’heure actuelle, plusieurs tests commerciaux permettant la quantification des bactéries indicateurs fécales (FIB) sont disponibles pour des tests au point d’utilisation. Cependant, de tels tests commerciaux ne sont pas disponibles pour la détection des virus. La détection des virus dans les échantillons d’eau de l’environnement nécessite de concentrer plusieurs litres en plus petits volumes. De plus, une fois concentrés, la détection des virus repose sur des méthodes telles que l’extraction de l’acide nucléique et la détection moléculaire (p. ex., les essais en chaîne de polymérase (PCR] des génomes viraux).
La méthode décrite ici permet la concentration de virus à partir d’échantillons d’eau de 10 L, ainsi que l’extraction d’acides nucléiques viraux au point d’utilisation, avec un équipement simple et portable. Cela permet de tester des échantillons d’eau au point d’utilisation de plusieurs virus et est utile dans les scénarios humanitaires, ainsi que dans n’importe quel contexte où un laboratoire équipé n’est pas disponible. Alternativement, la méthode permet de concentrer les virus présents dans les échantillons d’eau et l’expédition du concentré à un laboratoire à température ambiante pour une analyse plus approfondie.
Introduction
Pendant les premières phases de toute urgence humanitaire, l’accès à l’approvisionnement en eau potable, à l’assainissement et à l’hygiène est essentiel à la survie des personnes touchées. Par conséquent, la surveillance de la qualité de l’eau est une priorité pour prévenir les flambées d’origine hydrique. Il est bien connu que l’eau contaminée est souvent à l’origine de maladies, mais il est souvent difficile de déterminer les sources d’éclosions virales telles que le virus de l’hépatite E (VHE), même avec la disponibilité de méthodes de laboratoire conventionnelles. Le contrôle de la qualité de l’eau est basé sur la quantification de FIB1,2,3,4. Cependant, il a été largement documenté qu’il n’y a aucune corrélation entre l’absence de FIB et la présence d’agents pathogènes d’origine hydrique virale tels que le rotavirus (RoV), le norovirus (NoV), ou le VHE5,6. Ainsi, l’utilisation des critères de qualité de l’eau basés sur la FIB pourrait entraîner une sous-estimation des risques associés à la présence d’agents pathogènes viraux d’origine hydrique. La surveillance de virus indicateurs, tels que les adénovirus humains (HAdV), ou d’agents pathogènes spécifiques serait utile pour définir l’exposition aux agents pathogènes viraux et identifier la source potentielle de l’infection humaine7,8, 9,10 et en validant l’efficacité des mesures d’assainissement11.
Jusqu’à présent, la détection des virus dans ces scénarios reposait sur un personnel qualifié et une logistique complexe. VirWaTest (virwatest.org) vise le développement d’une méthode simple, abordable et portable pour la concentration et la détection subséquente des virus à partir d’échantillons d’eau au point d’utilisation.
La concentration du virus est basée sur le principe de la flocculation organique de 10 Échantillons d’eau L, par lequel les virus sont récupérés en plus petits volumes12,13. Les flocs sont recueillis et ajoutés à un tampon qui lyse les virus et empêche les acides nucléiques de se dégrader lorsqu’ils sont stockés à température ambiante pendant au plus 2 semaines.
La méthode d’extraction de l’acide nucléique est basée sur l’utilisation de particules magnétiques auxquelles les acides nucléiques obtiennent adsorbed. Ils peuvent être transférés d’un tampon de lavage à un autre et enfin dans le tampon d’élution à l’aide d’une pipette magnétique à laquelle les particules se fixent. Les suspensions d’acide nucléique viral obtenues peuvent être expédiées à un laboratoire de référence où la détection peut être effectuée à l’aide de méthodes moléculaires basées sur pcR. Pour chaque extraction d’acide nucléique, deux quantités différentes sont testées pour exclure l’inhibition enzymatique provenant de l’échantillon. Alternativement, avec une disponibilité minimale de l’équipement, les tests PCR peuvent être exécutés au point d’utilisation. L’ensemble du processus est conçu pour être exécuté indépendamment d’une alimentation électrique (figure 1).
Un essai quantitatif de PCR pour détecter le HAdV, excrété par l’homme et trouvé dans des échantillons d’eaux usées en concentrations élevées, a été adapté pour être exécuté au point d’utilisation. Le VHA est utilisé comme indicateur viral fécal humain. Un PCR pour la quantification du bactériophage MS2 a également été adapté puisque MS2 est utilisé dans VirWaTest comme contrôle des processus. La méthode peut être personnalisée pour la détection de tout virus d’intérêt.
Après le développement, la méthode VirWaTest a été appliquée par les utilisateurs dans deux contextes différents en République d’Afrique centrale (RCA) et en Equateur, fournissant des commentaires sur l’application du protocole dans des situations réelles.
À notre connaissance, il s’agit de la première procédure qui permet la concentration et la détection des virus au point d’utilisation, indépendamment de toute alimentation électrique, de gros équipements et de conditions de congélation/refroidissement. Il est recommandé de prélever deux répliques de chaque échantillon d’eau afin d’obtenir des résultats robustes.
Protocol
Representative Results
Discussion
La méthode VirWaTest permet la concentration de virus et l’extraction d’acide nucléique à partir d’échantillons d’eau au point d’utilisation par des utilisateurs non expérimentés. Il s’agit d’un protocole abordable, rapide et simple. La concentration est basée sur le principe de la flocculation organique à l’aide de lait écrémé, par lequel le pH faible et les conditions de conductivité élevée font des protéines de lait écrémés agréger en flocs les virus adsorb à. Lorsque les flocs se sédimentent, il …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
VirWaTest était un projet de recherche financé par le programme HIF (Fonds humanitaire d’innovation) de l’ELHRA (Améliorer l’apprentissage et la recherche pour l’aide humanitaire). Les auteurs reconnaissent les équipes wash qui ont gentiment collaboré à cette étude. L’analyse des échantillons en Equateur a été financée par Oxfam Equateur et Direccion de Investigaciones de la Universidad de las Americas (AMB. BRT.17.01). S. Bofill-Mas est boursier Serra-Hunter à l’Université de Barcelone.
Materials
| 5x HOT FIREPol Probe qPCR Mix Plus (ROX) | Solis BioDyne | 08-14-00001 | Includes Solis Biodyne's 5x HOT FIREPol Probe qPCR Mix Plus (qPCR Mix), 50 Reactions |
| 8-Microtube Strips with Caps | dD Biolab | 840637 | Low Profile, Thin Walls, Adapted for Quantitative and Qualitative PCR |
| Aquagenx CBT E. coli Kit | Aquagenx, LLC | ECCBT10 | 10 Tests per Kit |
| Batteries and Power Adapters for Magnetic Stirrer | GenIUL | 900011674 | Includes 12V car power adapter |
| Bucket Support | GenIUL | 900011648 | Aluminium support |
| Bucket, 10 L | Cater4You | 10LTR | Polypropilene, Tamperproof, Clear color |
| Centrifuge Tube, 50 mL | LabBox | CTSP-E50-050 | Polypropylene, Sterile, Graduated, With Skirt |
| Citric Acid 1-Hydrate, 500 g | PanReac AppliChem | 1410181211 | Pure, Pharma Grade, 1 Kilogram |
| Clear PET Bottle | LabBox | FPET-500-088 | Clear Color, PET, Cap Not Included |
| Difco Skim Milk, 500 g | Becton Dickinson | 232100 | Dehydrated |
| DNA/RNA Shield, 250 mL | Zymo Research | R1100-250 | DNA/RNA Preservation Medium, 250 mL |
| Easy9 Pipette Controller | LabBox | EAS9-001-001 | 0.3 μm filter, Pipettes from 0.1 to 100 mL, Autoclavable silicone pipette holder |
| Eppendorf Tube, 0.5 mL | Eppendorf | 0030121023 | Polypropilene, Safe-Lock |
| Eppendorf Tube, 2 mL | Eppendorf | 0030120094 | Polypropilene, Safe-Lock |
| Eppendorf Tube, 5 mL | dD Biolab | 999542 | Polypropylene, Sterile, Graduated |
| Ethanol 96% V/V, 1 L | Panreac AppliChem | 361085-1611 | For UV, IR and HPLC |
| Laboratory Tweezers | LabBox | FORS-007-002 | Thin, Curved End, L= 120 mm |
| Magnetic Stirrer | GenIUL | 900017000 | Battery-powered |
| Marker | dD Biolab | 929203 | Black, Extra fine Tip, Water Resistant, Fast Drying, For Plastic and Glassware |
| Micro Rota-Rack for Microtubes | dD Biolab | 37782 | 4 Modules, L x W x H= 208 x 100 x 100 mm |
| Mini8 Real-Time PCR Cycler | Coyote Biosciences, China | Mini-8 | Portable, Works with 12V Power Supplies or External Batteries, Two channels, Capacity for 8 Tubes |
| NucliSens Lysis Buffer | Biomerieux | 200292 | Reagents for up to 48 Isolations, Store at Ambient Temperature |
| Open Tip Serological Pipette, 10 mL | Deltalab | 900136N | Sterile, Individually Wrapped (Paper/Plastic) |
| PE Screw Cap PP28 | LabBox | TP28-004-020 | For PET Bottles |
| pH Indicator Strip | LabBox | WSPH-001-001 | Range pH 2.8 to pH 4.4, 50 Strips per Pack |
| Plastic Test Tube | Quimikals | 300913 | Includes Cap |
| Polyethylene Pasteur Pipette | LabBox | PIPP-003-500 | Graduated, 7 mL Overall Volume, Non-Sterile |
| Polypropylene Screw Flask With Screw Cap, 150 mL | Deltalab | 409726 | Screw cap, Sterile, graduated up to 100 mL |
| Polypropylene Screw Flask With Screw Cap, 60 mL | Deltalab | 409526G | Screw cap, Sterile, Graduated up to 50 mL |
| Powder Powder Detergent | – | – | Regular Powder Soap for washing clothes |
| Power Cables for Magnetic Stirrer | GenIUL | 900011692 | Connection between batteries and magnetic stirrers |
| QuickPick Magnetic Tool | BioNobile | 24001 | Hand-held tool for magnetic particles |
| QuickPick Tips in Box | BioNobile | 24296 | RNase-Free, Autoclaved, 96 Units |
| QuickPick XL gDNA Magnetic Particles | BioNobile | SN51100 | 3.2 mL |
| Sea Salts | Sigma-Aldrich | S9883-500G | An artificial salt mixture closely resembling the composition of the dissolved salts of ocean water |
| Silicone Tubing | LabBox | SILT-006-005 | Roll of 5 Meters, Inner ø x Outer ø= 6 x 10 mm |
| Sodium Hydroxide Pellets, 98.5 – 100.5% | VWR Chemicals | 28244295 | Pellets, 1 Kg |
| Solar Rotary Platform | SOL-EXPERT Group | 70020 | Acrylic Plate, 10 RPM, Supports up to 300 Grams |
| SOLIScript 1-step Probe Kit | Solis BioDyne | 08-57-00250 | Includes Solis Biodyne's 5x One-Step Probe Mix (qPCR Mix) and 40x One-Step SOLIScript Mix (Reverse Transcriptase Enzyme), 250 Reactions |
| SPEEDTOOLS RNA Virus Extraction Kit | BioTools | 21.141-4197 | Includes BioTools's BAW Buffer (Washing Buffer 1), BAV3 Buffer (Washing Buffer 2 and 3) and BRE Buffer (Elution Buffer). |
| SpinBar Octhaedral Stirring Magnet | dD Biolab | 045926 | Pivot Ring, L x ø = 38 x 8 mm, Blue |
| Tape-End Serological Pipette, 10 mL | Deltalab | PN10E1 | Sterile, Individually Wrapped (Paper/Plastic) |
| Tape-End Serological Pipette, 50 mL | Deltalab | 900043 | Sterile, Individually Wrapped (Paper/Plastic) |
| Termi-DNA-Tor – Nucleic Acid Remover | BioTools | 22001-4291 | Remover of nucleic acids, bacteria, fungi and mycoplasma from material and surfaces, 450 mL |
| Water Molecular Biology Reagent, 1L | Sigma-Aldrich | W4502-1L | Nuclease and Protease Free, 0.1 μm Filtered |
| Whirl-Pak Bag, 540 mL | Deltalab | 200361 | Stable bottom |
| Zip Lock Plain Bag | LabBox | BZIP-080-100 | Polyethylene, L x W= 120 x 80 mm |
References
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