Développement d'un outil de normalisation populationnel pour l'analyse du SRAS-CoV-2 dans les eaux usées

Chartrand, Elliott Omer Holland (2025). Développement d'un outil de normalisation populationnel pour l'analyse du SRAS-CoV-2 dans les eaux usées. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 95 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : L'épidémiologie basée sur les eaux usées (ÉBEU) peut être utilisée, entre autres, pour estimer les nouveaux cas cliniques de COVID-19 dans des villes ou des municipalités. Quoique cette approche comporte plusieurs avantages comparés au dépistage clinique, sa performance d'estimation dépend grandement des méthodes utilisées, particulièrement la méthode de normalisation des concentrations du SRAS-CoV-2 dans les eaux usées. Le virus de la marbrure légère du poivron (PMMoV) fut populaire comme biomarqueur pour normaliser les concentrations du SRAS-CoV-2, mais produit des résultats mitigés. Notre objectif est donc d'identifier et quantifier différents biomarqueurs pouvant avoir une meilleure performance dans la normalisation des concentrations du SRAS-CoV-2 dans les eaux usées. Six critères ont été utilisés pour la sélection des biomarqueurs : la voie d'excrétion, la détectabilité, la stabilité, l'unicité, la variation spatio-temporelle et la méthode d'analyse. Les biomarqueurs sélectionnés sont le gène de la sous unité 5 du NADH déshydrogénase de l'ADN mitochondrial humain (mth-ND5), le gène CPQ_056 du virus bactériophage Carjivirus communis (CrAss), la caféine et l'acide hydroxyindoleacétique (5-HIAA). Ces biomarqueurs ont le potentiel d'avoir une meilleure performance que le PMMoV. Les biomarqueurs ainsi que le SRAS-CoV-2 ont été analysés par réaction en polymérase en chaine quantitative en temps réel et par chromatographie gazeuse couplée avec un spectromètre de masse. Les cas cliniques utilisés pour vérifier la performance des biomarqueurs ont été fournis par l'hôpital régional de Rimouski. En utilisant les concentrations de SRAS-CoV-2 dans les eaux usées, les biomarqueurs, le débit journalier de la station d'épuration d'eau de Rimouski et une estimation du taux d'excrétion virale, 11 modèles d'estimation de nouveaux cas actifs ont été créés avec des régressions linéaires. La performance des modèles est calculée et comparée en utilisant des corrélations de Spearman. Ces modèles démontrent que le CrAss, le mth-ND5, le 5-HIAA et le débit journalier sont tous capables de mieux normaliser les concentrations du SRAS-CoV-2 lorsque comparé au PMMoV. L'utilisation de ces nouveaux biomarqueurs en ÉBEU mènerait à une estimation plus exacte des cas actifs de COVID-19 dans la population. Ceci aiderait les autorités de santé publique dans la prise de décision rapide et la bonne gestion de pandémies futures. -- Mot(s) clé(s) en français : SRAS-CoV-2, COVID-19, Épidémiologie basée sur les eaux usées, Modélisation, RT-qPCR, Traceurs chimiques. --
ABSTRACT : Wastewater-based epidemiology (WBE) can be used, among other things, to estimate new active cases of COVID-19 in cities and smaller municipalities. While this approach does have many advantages compared to clinical testing, its performance in estimating cases varies greatly based on methods used, specifically which normalisation method is used to model the SARS-CoV-2 concentrations in wastewater. The pepper mild mottle virus (PMMoV) has been a popular biomarker to normalise SARS-CoV-2 concentrations, with mitigated success. Our objective is to identify and quantify different biomarkers with a more promising performance regarding normalising the SARS-CoV-2 concentrations in wastewater. Six criteria were used for the selection of these biomarkers: excretion pathway, detectability, stability, uniqueness, spatial-temporal variability, and method of analysis. The chosen biomarkers are the gene for the human mitochondrial DNA sub-unit 5 of the NADH dehydrogenase (mth-ND5), the CPQ_056 gene from the bacteriophage Carjivirus communis (CrAss), caffeine, and hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA). These biomarkers have the potential to outperform PMMoV. The biomarkers and SARS-CoV-2 were analysed using real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR) and gas chromatography in tandem with a mass spectrometer (GC-MS). Clinical cases used to verify the performance of the biomarkers were provided by the Rimouski regional hospital. Using the biomarker and SARS-CoV-2 concentrations, daily flowrate from the Rimouski wastewater treatment plant, and a basic model to estimate viral shedding rate, 11 models were constructed using linear regressions. The performance of each model was checked using Spearman correlations and compared between each other. These models demonstrate that CrAss, mth-ND5, 5-HIAA, and daily flowrate all outperform PMMoV in normalising the SARS-CoV-2 viral concentrations in wastewater. The use of these new biomarkers in WBE would lead to a more accurate estimate of new active cases of COVID-19 in the population. This would help health authorities in their timely decision making and management of all present and future pandemics. -- Mot(s) clé(s) en anglais : SARS-CoV-2, COVID-19, Wastewater-based epidemiology, Modelling, RT-qPCR, Chemical markers.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	St-Louis, Richard
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Rioux, Marc-Denis
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en chimie de l'environnement et modélisation environnementale en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés :	Eaux usées - Analyse; Eaux usées - Québec (Province) - Rimouski - Analyse; SRAS-CoV-2 - Épidémiologie; Marqueurs biologiques; Traceurs (Chimie); Réaction en chaîne de la polymérase; Chromatographie en phase gazeuse; Spectrométrie de masse; Modèles mathématiques; Épidémiologie basée sur les eaux usées; Ébeu; RT-qPCR.
Départements et unités départementales :	Département de biologie, chimie et géographie > Chimie de l'environnement et des bioressources
Date de dépôt :	09 oct. 2025 18:59
Dernière modification :	09 oct. 2025 18:59
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3323