Méthodes novatrices de détection des agents pathogènes et d’évaluation des indices fécaux de la pollution microbienne

Chercheur principal - Pierre Payment, professeur, Institut Armand-Frappier, Institut national de la recherche scientifique (INRS) (2001-2004)

Enjeu

Les coliformes fécaux ont été largement utilisés à titre d’indicateurs de la qualité de l’eau et ont joué historiquement un rôle central dans le concept de la protection de la santé publique. Mais, de nos jours, ce rôle a été fortement remis en question. La multitude de résultats faussement négatifs et d’éclosions sans détection de coliformes fécaux prouve qu’il est nécessaire d’élaborer de nouvelles approches.

L’évaluation de la qualité de l’eau est devenue une tâche ardue étant donné que les paramètres actuels de la surveillance et de la réglementation ne protègent pas complètement la santé publique. De faibles concentrations de pathogènes comme les virus Giardia et Cryptosporidium peuvent franchir les barrières des usines de traitement de l’eau et survivre à la désinfection. Certains des nouveaux pathogènes émergents n’ont pas encore fait l’objet d’une évaluation complète quant à la menace qu’ils poseront pour la population. Les méthodes actuelles de mesure de l’indice fécal et de détection de bactéries indicatrices sont relativement lentes (1-3 jours), tandis que la détection des pathogènes est relativement onéreuse et exige des laboratoires spécialisés.

Ce projet, dirigé par le professeur Pierre Payment, a élaboré des méthodes quantitatives rapides et sensibles permettant de détecter et d’étudier des micro-organismes et des pathogènes repères présents dans l’eau, de valider et d’utiliser ces méthodes sur le terrain en employant des échantillons prélevés dans diverses villes du Canada et, enfin, d’analyser les données en vue de fournir des critères pour la surveillance réglementaire et une meilleure protection de la santé publique.

Projet

Cette étude menée dans trois laboratoires visait à examiner la détection de micro-organismes par des méthodes moléculaires (réaction de polymérisation en chaîne quantitative, hybridation in situ en fluorescence, cytométrie à balayage laser en phase solide (ScanRDI) et puces à ADN. Ces méthodes permettent une détection spécifique, fiable et rapide sans avoir besoin de faire appel à l’étape de la culture. Tous les laboratoires en ont évalué la sensibilité, la spécificité et la vitesse. En ce qui concerne la sensibilité, les méthodes ont pu détecter et quantifier des micro-organismes en présence de fortes concentrations de contaminants de fond. En termes de spécificité, les méthodes permettent de minimiser les échantillons faux-positifs et les faux-négatifs. Pour ce qui est de la vitesse, les résultats étaient disponibles en moins de 24 heures.

Jusqu’à présent, la technologie des puces à ADN avait été presque exclusivement réservée aux études comparatives de l’expression visant la recherche pharmaceutique. Cependant, elle sert à détecter des pathogènes dans le cadre de ce projet. Pour ce faire, ce chercheur a développé des méthodes de préparation de l’ADN et de l’ARN, de robustes technologies de marquage pouvant surmonter les inhibiteurs connus ainsi que des sondes permettant d’identifier les genres, les espèces et les agressines au sein de mélanges complexes de microbes pathogènes et non pathogènes.

Ces méthodes d’échantillonnage ont été utilisées dans huit usines de traitement des eaux usées et six prises d’eau potable situées le long de la rivière des Mille Îles. Les résultats de l’étude ont confirmé que la plupart des usines de traitement des eaux usées rejettent encore de fortes concentrations de pathogènes et que certaines d’entre elles ne satisfont pas aux critères d’évacuation établis par le ministère de l’Environnement.

Produits

• Mise au point de méthodes de détection directe de pathogènes et de micro-organismes repères dans l’environnement.

Publications :

• Baudart J., Coallier J., Laurent P. et Prevost M. 2002. “Rapid and sensitive enumeration of viable diluted cells of members of the family enterobacteriaceae in freshwater and drinking water.” Appl Environ Microbiol. 68(10):5057-63.
• Baudart J., Olaizola A., Coallier J., Gauthier V. et Laurent P. 2003. “Assessment of a new technique combining a viability test, whole-cell hybridization and laser-scanning cytometry for direct counting of viable cell of members of the family Enterobacteriaceae in drinking water.” Applied and Environmental Microbiology (soumission)
• Payment P., M. Waite et A. Dufour. 2003. “Introducing parameters for the assessment of drinking water quality”, p. 47-77, dans Assessing microbial safety of drinking water: Improving approaches and methods, OCDE-OMS, Paris, France
• Medema GJ, P. Payment, A. Dufour, W. Robertson, M. Waite, P. Hunter, R. Kirby et Y. Andersson. 2003. “Safe Drinking Water: An Ongoing Challenge”, p. 11-46, dans Assessing microbial safety of drinking water: Improving approaches and methods, OCDE-OMS, Paris, France
• Köster W., T. Egli, N. Ashbolt, K. Botzenhart, N. Burlion, T. Endo, P. Grimont, E. Guillot, C. Mabilat, L. Newport, M. Niemi, P. Payment, A. Prescott, P. Renaud, and A. Rust. 2003. “Analytical methods for microbiological water quality testing.”, pp. 237-295, dans Assessing microbial safety of drinking water: Improving approaches and methods, OCDE-OMS, Paris, France
• Maynard C., Berthiaume F., Lemarchand K., Harel J., Payment P., Bayardelle P., Masson L. et Brousseau R. 2005. “Waterborne pathogen detection by use of oligonucleotide-based microarrays.” Appl Environ Microbiol. 71(12):8548-57.
• Lemarchand K., Berthiaume F., Maynard C., Harel J., Payment P., Bayardelle P., Masson L. et Brousseau R. 2005  “Optimization of microbial DNA extraction and purification from raw wastewater samples for downstream pathogen detection by microarrays.” J Microbiol Methods. 63(2):115-26
• Lemarchand K., Masson L., Brousseau R. 2004. “Molecular biology and DNA microarray technology for microbial quality monitoring of water.” Crit Rev Microbiol. 2004;30(3):145-72

Rapports :

Quatre rapports – Lemarchand K., Masson L., Brousseau R., Payment P., Bayardelle P., Harel J. 2002. “Application of DNA microarray technology for wastewater analysis. Bibliographic review”.

• Rapport n^o 1 à la Water Environment Research Foundation (WERF) pour le projet 01-HHE-1, août 2002.
• Rapport n^o 2 à la WERF pour le projet 01-HHE-1, novembre 2002.
• Rapport n^o 3 à la WERF pour le projet 01-HHE-1, février 2003.
• Rapport n^o 4 à la WERF pour le projet 01-HHE-1, avril 2003.

Résultats

• Les résultats de cette étude apprennent aux instances législatives et au secteur concerné que la majorité des usines de traitement des eaux usées ont besoin d’apporter des améliorations importantes à la qualité de leurs décharges afin de mieux protéger la santé publique. Les résultats laissent entendre que, quoique les coliformes thermotolérants soient en grande partie éliminés, il sera nécessaire d’apporter des modifications significatives au traitement en vue d’éliminer d’autres pathogènes des eaux usées.
• Il est prévu que le développement de méthodes de détection directe de pathogènes et de micro-organismes repères dans l’environnement ait une valeur commerciale substantielle.
• Le développement plus poussé de la technologie devrait mener à la création d’appareils de détection de pathogènes en temps réel qui faciliteront la conception et le développement d’installations contrôlées à distance particulièrement adaptées à la purification de l’eau potable et au traitement des eaux usées dans les collectivités isolées. De tels systèmes revêtiraient une grande importance commerciale aux niveaux local et international. En outre, des méthodes rapides et sensibles de détection de micro-organismes particuliers donneront de précieuses données rehaussant la protection de la santé publique.
• Ce projet offre d’excellentes perspectives de transfert de technologie. La technologie des biopuces pour la détection des pathogènes fait l’objet d’une forte demande dans l’industrie, et ce, aussi bien au Canada qu’à travers le monde. D’autres méthodologies conçues grâce à ce projet peuvent également être transférées à l’industrie et générer de vastes retombées.
• Ce projet a aidé à former un certain nombre d’étudiants de 2^e cycle et de techniciens, ce qui a procuré un personnel hautement qualifié au secteur.