Monitoring SARS-CoV-2 variants alterations in Nice neighborhoods by wastewater nanopore sequencing

Description

Background: Wastewater surveillance was proposed as an epidemiological tool to define the prevalence and evolution of the SARS-CoV-2 epidemics. However, most implemented SARS-CoV-2 wastewater surveillance projects were based on qPCR measurement of virus titers and did not address the mutational spectrum of SARS-CoV-2 circulating in the population.Methods: We have implemented a nanopore RNA sequencing monitoring system in the city of Nice (France, 550,000 inhabitants). Between October 2020 and March 2021, we monthly analyzed the SARS-CoV-2 variants in 113 wastewater samples collected in the main wastewater treatment plant and 20 neighborhoods.Findings: We initially detected the lineages predominant in Europe at the end of 2020 (B.1.160, B.1.177, B.1.367, B.1.474, and B.1.221). In January, a localized emergence of a variant (Spike:A522S) of the B.1.1.7 lineage occurred in one neighborhood. It rapidly spread and became dominant all over the city. Other variants of concern (B.1.351, P.1) were also detected in some neighborhoods, but at low frequency. Comparison with individual clinical samples collected during the same week showed that wastewater sequencing correctly identified the same lineages as those found in COVID-19 patients.Interpretation: Wastewater sequencing allowed to document the diversity of SARS-CoV-2 sequences within the different neighborhoods of the city of Nice. Our results illustrate how sequencing of sewage samples can be used to track pathogen sequence diversity in the current pandemics and in future infectious disease outbreaks.

Abstract (French)

Contexte : La surveillance des eaux usées apparait comme un outil épidémiologique prometteur pour définir la prévalence et suivre l'évolution des épidémies de SRAS-CoV-2 sur un territoire. Jusqu'à présent, la plupart des projets de surveillance du SRAS-CoV-2 dans les eaux usées reposaient sur une mesure des titres de virus par PCR quantitative et ne fournissaient pas une vision exhaustive de toutes les mutations du SRAS-CoV-2 pouvant circuler dans la population. Méthodes : Nous avons mis en place un système de surveillance par séquençage de l'ARN viral sur séquenceur Oxford Nanopore à l'échelle de toute la ville de Nice (France, 550 000 habitants). Entre octobre 2020 et mars 2021, nous avons analysé chaque mois les différents variants du SRAS-CoV-2 à partir de 113 échantillonnages d'eaux usées collectés au niveau de la station centrale d'épuration et de 20 quartiers différents de la ville.Résultats : Nous avons initialement détecté les lignées prédominant en Europe à la fin de 2020 (B.1.160, B.1.177, B.1.367, B.1.474 et B.1.221). En janvier, l'émergence d'un variant de la lignée B.1.1.7 s'est produite dans un des quartiers de la ville, caractérisé par une mutation A522S sur la spicule. Ce variant s'est rapidement répandu dans toute la ville où il est devenu dominant à partir du mois de février. D'autres variants préoccupants (B.1.351, P.1) ont également été détectés dans certains quartiers, mais toujours à une faible fréquence. La comparaison avec les échantillons cliniques individuels collectés au cours de la même semaine a montré que le séquençage des eaux usées identifiait correctement les mêmes lignées que celles trouvées chez des patients COVID-19.Interprétation : Le séquençage des eaux usées a permis de documenter de façon très précise la diversité des séquences du SRAS-CoV-2 présentes dans les différents quartiers de la ville de Nice. Nos résultats illustrent comment le séquençage des échantillons d'eaux usées peut être utilisé comme outil « micro-épidémiologique » pour suivre la dissémination d'agents pathogènes lors d'épisodes pandémiques et/ou épidémiques, présents ou futurs.

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