Traveler-based Genomic Surveillance: A Scalable Approach to Early Pathogen Detection and Global Biosecurity

Le programme de surveillance génomique basée sur les voyageurs (TGS) du CDC, mis en œuvre de 2021 à 2024, a utilisé avec succès des échantillons nasaux anonymes provenant de voyageurs internationaux et des eaux usées de l'aviation pour permettre une détection précoce et évolutive ainsi qu'une surveillance génomique des menaces infectieuses mondiales telles que le SRAS-CoV-2, la grippe et la variole du singe avant qu'elles ne se propagent largement aux États-Unis.

L'essentiel

Imaginez que les États-Unis disposent d'un gigantesque « système d'alerte précoce » invisible, construit directement à leurs portes d'embarquement. Il ne s'agit pas d'un système de gardes de sécurité vérifiant les passeports, mais d'une équipe scientifique à la recherche de germes invisibles avant qu'ils ne se propagent dans la population générale. Ce document décrit comment les CDC ont mis en place et géré ce système, appelé Surveillance génomique basée sur les voyageurs (TGS), entre 2021 et 2024.

Voici comment cela fonctionne, décomposé en concepts simples :

1. Les deux « capteurs » : le nez et l'évier

Le système utilise deux méthodes différentes pour attraper les germes, un peu comme avoir deux types de détecteurs de fumée différents dans une maison.

• Le nez (prélvements nasaux volontaires) : Imaginez un bénévole sympathique à l'aéroport demandant aux voyageurs : « Hé, seriez-vous d'accord pour un rapide prélèvement nasal afin de nous aider à protéger tout le monde ? » Environ 700 000 personnes ont dit oui. Ils n'avaient pas besoin d'être malades ; ils devaient simplement arriver sur un vol international.

  • Fonctionnement : Le laboratoire prend ces prélèvements et les mélange par groupes (comme mélanger 10 tasses de café pour tester le goût). Si la « tasse de groupe » a un mauvais goût (résultat positif), ils testent les tasses individuelles pour voir qui a le « mauvais café ».
  • Avantage : Cela leur fournit une liste de personnes spécifiques et de leur lieu d'origine, mais cela repose sur la volonté des gens de participer.

• L'évier (eaux usées) : C'est le capteur « sans contact ». Chaque fois qu'un avion atterrit, l'équipage peut prélever un échantillon des déchets des toilettes de l'avion (ou de la canalisation principale de l'aéroport qui collecte les déchets de plusieurs avions).

  • Fonctionnement : C'est comme vérifier l'évacuation d'une cuisine de restaurant très fréquentée. Vous ne savez pas exactement qui a utilisé l'évier, mais vous savez ce que tous ceux qui y ont mangé ont laissé derrière eux. S'il y a des germes dans l'évacuation, la cuisine est infectée.
  • Avantage : Cela attrape les germes de tous les passagers de l'avion, même ceux qui ne voulaient pas être prélevés ou qui ne savaient pas qu'ils étaient malades.

2. Le « super-scanner » (séquençage génomique)

Une fois que le système détecte un germe (comme le virus responsable de la COVID-19, de la grippe ou du VRS), il ne se contente pas de dire : « Oh, il y a un virus ». Il agit comme un scanner d'empreintes digitales haute technologie.

Il lit le code génétique du virus pour voir exactement quelle « version » ou quel « variant » il s'agit. Pensez-y comme à l'identification d'un modèle spécifique de voiture. Est-ce une Ford 2020 ? Une Ford 2024 avec un nouveau moteur ? Cela aide les scientifiques à savoir si une nouvelle version, plus rusée, d'un virus arrive d'un autre pays avant qu'elle ne commence à se propager localement.

3. Ce qu'ils ont découvert

Le document rend compte de trois années de données :

• Cela a fonctionné rapidement : Ils ont pu informer le public d'un nouveau variant viral environ 11 jours après le prélèvement de l'échantillon.
• Cela a capturé les grandes vagues : Ils ont vu les différentes versions de la COVID-19 (comme Delta, Omicron et ses nombreuses variantes) arriver aux États-Unis juste au moment où elles changeaient dans le monde.
• Cela a attrapé d'autres microbes : Ils ne cherchaient pas seulement la COVID. Ils ont également trouvé la grippe, le VRS (un virus respiratoire courant) et des virus gastro-intestinaux dans les eaux usées.
• Cela a servi de radar pour les problèmes :
  • La flambée en Chine (2022) : Lorsque la Chine a soudainement mis fin à ses confinements stricts et que les cas ont augmenté, les États-Unis ne disposaient pas de beaucoup de données provenant de l'intérieur de la Chine. Le système TGS a servi de fenêtre, montrant aux États-Unis exactement quelles versions du virus sortaient de la Chine avant que le reste du monde ne le sache.
  • La variole du singe et la pneumonie : Lorsqu'il y avait des rapports inquiétants sur de nouvelles épidémies en Afrique ou en Chine, le système a rapidement changé ses « capteurs » pour rechercher ces germes spécifiques. Ils n'ont rien trouvé pour la variole du singe dans les eaux usées, ce qui était une bonne nouvelle.

4. Pourquoi cela compte

Le document soutient que ce système est un modèle pour l'avenir.

• Le volontariat est préférable à la contrainte : Ils ont prouvé qu'il n'est pas nécessaire de forcer les gens à se faire tester pour obtenir de bonnes données. Les gens étaient heureux d'aider volontairement.
• Combler les angles morts : De nombreux pays ont cessé de tester les virus après le pic de la pandémie. Ce système agit comme une « caméra de recul » pour le monde, repérant les germes dans des endroits où d'autres pays ne regardent plus.
• Vitesse : Parce qu'ils observent les voyageurs, ils voient les germes avant qu'ils n'atteignent les quartiers locaux, offrant aux responsables de la santé publique une longueur d'avance.

Les limites (les petites caractères)

Les auteurs sont honnêtes sur ce que le système ne peut pas faire :

• Ce n'est pas un recensement. Il ne leur dit pas exactement combien de personnes dans un pays entier sont malades, seulement ce qui arrive à l'aéroport.
• Il ne peut pas retracer une personne malade spécifique jusqu'à son adresse (car les prélèvements nasaux sont anonymes).
• Il ne fonctionne que si les compagnies aériennes et les aéroports coopèrent pour leur permettre de prélever les échantillons d'eaux usées.

En bref : Ce document décrit une expérience réussie où les États-Unis ont construit un « radar à germes » à leurs aéroports en utilisant des prélèvements nasaux volontaires et de l'eau de toilettes d'avion. Il a détecté avec succès de nouvelles versions de virus et des épidémies du monde entier, prouvant qu'un tel système d'« alerte précoce » est possible, rapide et efficace sans avoir besoin de forcer quiconque à participer.

Résumé technique

1. Énoncé du problème

La propagation mondiale rapide des maladies infectieuses via les voyages internationaux rend nécessaire la mise en place de systèmes de détection précoce capables d'identifier les pathogènes avant qu'ils ne s'établissent dans une transmission communautaire généralisée. La surveillance clinique traditionnelle est souvent insuffisante car elle repose sur des individus symptomatiques cherchant des soins, ce qui entraîne des retards significatifs et des « angles morts », en particulier dans les régions disposant d'une capacité limitée de séquençage génomique.

• Contexte : Pendant la pandémie de COVID-19, le séquençage et les tests mondiaux du SARS-CoV-2 ont diminué d'environ 95 % après janvier 2022, créant des lacunes dans le suivi mondial des pathogènes.
• Défi : Il existe un besoin d'un système de surveillance multimodal évolutif capable de détecter les variants et les pathogènes émergents en temps quasi réel, sans recourir à des tests obligatoires ni perturber les voyages.

2. Méthodologie

L'étude décrit le programme de Surveillance génomique basée sur les voyageurs (TGS), un partenariat public-privé entre les CDC, Ginkgo Biosecurity et XpresCheck. Le programme a fonctionné de septembre 2021 à août 2024 dans huit aéroports internationaux des États-Unis.

A. Modalités de collecte de données

1. Prélèvements nasaux volontaires :
   • Population : Participation anonyme et volontaire de voyageurs internationaux (âgés de ≥18 ans), indépendamment des symptômes.
   • Processus : Les participants ont auto-prélevé des écouvillons nasaux antérieurs et rempli un bref questionnaire concernant la démographie et l'itinéraire de voyage.
   • Stratégie d'échantillonnage : Initialement, des écouvillons uniques ont été collectés. Par la suite, deux écouvillons ont été collectés (un pour un test en pool, un conservé pour un test réflexe).
   • Tests : Les échantillons ont été mis en pool (5–25 écouvillons) et testés par RT-PCR. Si un pool s'est révélé positif pour le SARS-CoV-2, la grippe A/B ou le VRS, les écouvillons individuels ont fait l'objet d'un test réflexe.
2. Surveillance des eaux usées aéronautiques :
   • Sources : Échantillons prélevés sur les ports de service des toilettes d'avion individuels et sur les « triturateurs » aéroportuaires (échantillons composites provenant de plusieurs vols).
   • Avantage : Ne nécessite pas le consentement individuel des voyageurs ; capture un composite des voyageurs d'un vol.
   • Tests : RT-PCR (phase précoce) et RT-PCR numérique (phase ultérieure) pour les pathogènes respiratoires et gastro-intestinaux.

B. Séquençage génomique et analyse

• Séquençage : Tous les échantillons positifs au SARS-CoV-2 (nasaux et eaux usées) ont fait l'objet d'un séquençage du génome entier. Les échantillons nasaux individuels positifs à la grippe et au VRS ont également été séquencés.
• Déconvolution des lignées : Les échantillons d'eaux usées ont subi une déconvolution pour identifier plusieurs lignées co-circulantes.
• Délai de traitement : Défini comme le nombre de jours entre la collecte de l'échantillon et la soumission du résultat/séquence.
• Portée : Le programme a surveillé le SARS-CoV-2, la grippe A/B, le VRS, Mycoplasma pneumoniae et d'autres pathogènes (par exemple, la variole du singe, le norovirus) en fonction des menaces mondiales émergentes.

3. Contributions clés

• Première mise en œuvre à grande échelle : Il s'agit du premier système de surveillance multi-pathogènes réel, anonymisé et mis en œuvre dans plusieurs aéroports américains, mobilisant près de 700 000 voyageurs.
• Intégration multimodale : Intégration réussie des écouvillons nasaux (granularité élevée, métadonnées des voyageurs) et des eaux usées aéronautiques (couverture large, pas de métadonnées individuelles) dans une plateforme unifiée.
• Évolutivité et adaptabilité : Le système a démontré sa capacité à pivoter rapidement en réponse à des événements mondiaux spécifiques (par exemple, l'expansion des opérations lors de la flambée de COVID en Chine, l'ajout de tests pour M. pneumoniae, le dépistage de la variole du singe).
• Modèle volontaire : Il a prouvé qu'une surveillance des pathogènes à grande échelle et efficace pouvait être réalisée par le biais d'une participation volontaire sans tests obligatoires, maintenant la confiance du public et un engagement élevé.

4. Résultats clés

• Participation et volume :
  • Écouvillons nasaux : 694 798 voyageurs ont participé ; 67 308 pools ont été testés.
  • Eaux usées : 495 échantillons d'avion et 443 échantillons de triturateurs ont été collectés.
• Détection du SARS-CoV-2 :
  • Nasal : 20,8 % (13 990/67 308) des pools étaient positifs.
  • Eaux usées : 80,8 % des échantillons d'avion et 96,6 % des échantillons de triturateurs étaient positifs.
  • Séquençage : Le délai médian de soumission à GISAID était de 11 jours (ICQ 10–13).
  • Suivi des variants : Suivi réussi de l'évolution du Delta aux sous-lignées Omicron (BA.1 à JN.1, KP.2, KP.3).
• Autres pathogènes :
  • Respiratoires : Forte positivité pour la grippe A/B et le VRS en décembre/janvier ; H3N2 était le sous-type de grippe A prédominant en 2024.
  • Gastro-intestinaux : Le norovirus et l'adénovirus F ont été fréquemment détectés dans les eaux usées tout au long de l'année.
• Réponse à des événements spécifiques :
  • Flambée en Chine (décembre 2022–janvier 2023) : Le TGS a détecté la hausse des cas et identifié les variants BA.5.2 et BF.7 une semaine avant que les chiffres de cas rapportés par l'OMS n'augmentent, comblant une lacune critique de données.
  • M. pneumoniae : Détecté chez des voyageurs en provenance d'Amérique du Sud mais pas de Chine ; confirmation de la sensibilité aux macrolides.
  • Variole du singe (Clade I) : Aucune détection positive dans les échantillons d'eaux usées provenant de voyageurs en provenance d'Afrique centrale.

5. Signification et implications

• Système d'alerte précoce : Le programme TGS sert de « sentinelle » critique pour la biosécurité mondiale, détectant les pathogènes entrant aux États-Unis avant qu'ils ne se propagent localement. Il atténue efficacement les angles morts causés par le déclin des efforts de séquençage mondial.
• Utilité en santé publique : Les données générées ont éclairé les réponses de santé publique, telles que l'évaluation de l'impact des politiques de tests avant le départ et la surveillance de la réémergence de pathogènes résistants aux antimicrobiens.
• Reproductibilité mondiale : Le programme offre un modèle viable pour une réplication mondiale. Il démontre que l'intégration de la surveillance volontaire des voyageurs avec l'épidémiologie des eaux usées peut être un élément central de la préparation aux pandémies.
• Limites : Le système est sujet à un biais de participation (volontaire), ne fournit pas d'estimations de prévalence représentatives au niveau national, et les données sur les eaux usées ne peuvent pas être liées à des voyageurs individuels pour le traçage des contacts. La couverture géographique est limitée par les volumes de vols directs.

Conclusion : Le programme TGS a réussi à passer d'un projet pilote à un système de surveillance national, prouvant qu'une approche agile et multimodale combinant écouvillons de voyageurs et eaux usées aéronautiques peut fournir des données génomiques de haute qualité et opportunes, essentielles pour la sécurité sanitaire mondiale.