Au cours de la pandémie de COVID-19, le monde a pris conscience de l’intérêt d’utiliser des analyses des eaux usées pour surveiller le développement de la maladie dans une zone. Cependant, au DTU National Food Institute, un groupe de chercheurs utilise la surveillance des eaux usées du monde entier depuis 2016 comme un outil efficace et peu coûteux pour surveiller les maladies infectieuses et la résistance aux antimicrobiens.
En analysant des échantillons d’eaux usées reçus par DTU de 243 villes dans 101 pays entre 2016 et 2019, les chercheurs ont maintenant cartographié où dans le monde l’occurrence des gènes de résistance est la plus élevée, comment les gènes sont localisés et dans quels types de bactéries ils se trouvent .
Les résultats de la nouvelle étude métagénomique, qui viennent d’être publiés dans Communication Nature—ont surpris les chercheurs. En fait, l’étude montre que les gènes sont apparus dans de nombreux contextes génétiques et types bactériens différents, indiquant une transmission plus importante que ce à quoi les chercheurs s’attendaient.
« Nous avons trouvé des gènes de résistance similaires dans des types bactériens très différents. Nous trouvons inquiétant que des gènes puissent passer d’un groupe très large de bactéries à un groupe complètement différent avec lequel il n’y a aucune ressemblance. Il est rare que ces transmissions génétiques se produisent sur C’est un peu comme si des espèces animales très différentes produisent une progéniture », explique le professeur adjoint Patrick Munk.
Si les gènes se trouvent dans des bactéries qui ne rendent généralement pas les gens malades, comme les bactéries lactiques, c’est moins préoccupant. Cependant, si les gènes de résistance se retrouvent dans des bactéries importantes pour la santé humaine, comme la salmonelle, c’est une toute autre histoire.
« Cela rend beaucoup plus probable que la bactérie tue réellement des gens, par exemple dans un hôpital, car aucun traitement n’est disponible », explique Patrick Munk.
Comme un puzzle complexe
Le groupe de recherche en épidémiologie génomique du DTU National Food Institute a développé et gère l’une des bases de données de résistance les plus complètes au monde. Il comprend actuellement 3 134 gènes de résistance connus.
Les chercheurs ont utilisé la base de données pour cartographier les gènes de résistance dans les échantillons d’eaux usées de la nouvelle étude.
Les échantillons contiennent un très grand nombre de micro-organismes provenant de différentes sources, y compris les matières fécales humaines. Les échantillons d’eaux usées congelés ont été envoyés au DTU, où les techniciens du laboratoire extraient toutes les bactéries des échantillons décongelés.
Les bactéries sont ensuite décomposées et leur ADN collectif est divisé en plus petits morceaux, que l’équipement de séquençage d’ADN de pointe peut lire en une seule fois.
Un superordinateur peut alors comparer les milliards de séquences d’ADN enregistrées avec des gènes connus et construire de plus grands morceaux des génomes originaux contenus dans les échantillons.
Ce processus donne un aperçu de plusieurs domaines tels que les bactéries et les quartiers génétiques où se trouvent les gènes de résistance.
Hotspots pour la transmission des gènes
Dans différents endroits d’Afrique subsaharienne, les chercheurs ont trouvé le même gène de résistance dans un certain nombre de bactéries différentes.
« Nous interprétons cela comme signifiant que nous pouvons être assez proches d’un point chaud de transmission, où il y a une transmission de gène de l’un à l’autre à une troisième bactérie. C’est pourquoi nous voyons le gène dans tant de contextes différents précisément là », Patrick Munk explique.
Il ajoute que bon nombre des transmissions surprenantes semblent se produire en Afrique subsaharienne. Ce sont aussi les pays où les programmes de surveillance de la résistance sont les moins développés, ce qui signifie qu’il existe très peu de données sur la situation de la résistance.
« Nous risquons de négliger des tendances importantes parce que nous n’avons pas de données », suggère-t-il, soulignant que des données solides sont exactement ce qui est nécessaire pour développer des stratégies efficaces de lutte contre la résistance :
« À l’heure actuelle, nous avons d’énormes connaissances sur le comportement de la résistance en Occident et, sur la base de ces connaissances, nous planifions comment combattre la résistance. Il s’avère maintenant que si nous examinons de nouveaux endroits, les gènes de résistance peuvent se comporter très différemment… probablement parce qu’ils ont des conditions de transmission plus favorables. Par conséquent, la manière dont vous combattez la résistance doit également être ajustée et adaptée aux conditions locales.
Successeur
Le projet mondial sur les eaux usées, soutenu par la Fondation Novo Nordisk et le projet de recherche VEO, s’achève en 2023. Les chercheurs constatent qu’il s’est avéré être un bon complément aux initiatives de surveillance existantes, qui fonctionnent principalement au niveau national ou régional et mesurent résistance des bactéries des personnes malades.
Ils espèrent donc qu’un successeur au projet verra le jour, afin que le monde puisse continuer à bénéficier des importantes connaissances générées par le programme de surveillance. Cela s’applique également aux pays qui ont mis en place des programmes de surveillance et des stratégies de contrôle solides.
« Il y a beaucoup d’analogies avec le changement climatique, où ce qui se passe de l’autre côté du globe n’est pas sans importance pour vous. Un jour ou l’autre, le problème reviendra nous ronger, comme on l’a vu maintes et maintes fois. » Patrick Munk souligne.
Données réutilisables
Contrairement aux données des méthodes d’analyse conventionnelles, les données brutes des études métagénomiques peuvent être réutilisées pour éclairer d’autres problèmes. Par exemple, les chercheurs du projet sur les eaux usées ont utilisé leur ensemble de données pour analyser la présence d’autres micro-organismes pathogènes dans les eaux usées.
L’ensemble des données de la surveillance des eaux usées a été mis gratuitement à la disposition des chercheurs du monde entier. Par exemple, il a déjà été utilisé pour détecter de nombreux nouveaux virus dans le monde et pour cartographier la composition ethnique de différentes populations.
Au fur et à mesure que de nouveaux gènes de résistance seront découverts, même dans un avenir lointain, les chercheurs pourront réutiliser les données brutes pour déterminer rapidement où ils sont apparus et comment ils se sont propagés.
Dans l’étude, les chercheurs ont analysé 757 échantillons d’eaux usées de 243 villes dans 101 pays. Les échantillons ont été collectés et envoyés au campus de DTU à Lyngby entre 2016 et 2019.
L’analyse génomique des eaux usées est rapide et relativement peu coûteuse par rapport au nombre de personnes que vous pouvez couvrir. Les analyses des eaux usées ne nécessitent pas d’approbation éthique, car le matériel de l’échantillon ne peut pas être lié à des individus.
Plus d’information:
Patrick Munk et al, L’analyse génomique des eaux usées de 101 pays révèle le paysage mondial de la résistance aux antimicrobiens, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-34312-7