Virus entériques et système d'épuration des eaux usées de type " Boues Activées" : étude expérimentale comparative du comportement des phages phiX174 et MS2, du poliovirus, de l'hépatiteA et du rotavirus SA11 dans un dispositif de laboratoire : recherche épidémiologique moléculaire dans la station d'épuration de Clermont-Ferrand (France)

par Amira Arraj

Thèse de doctorat en Microbiologie environnementale

Sous la direction de Jacques Bohatier et de Ousmane Traore.

Le jury était composé de Hélène Peigue-Lafeuille, Christiane Forestier.

Les rapporteurs étaient Christophe Gantzer, Jean-Marc Crance.


  • Résumé

    1) La recherche systématique des virus entériques dans les milieux hydriques est très importante en terme de santé publique. Cependant la difficulté de leur détection et le coût des méthodes analytiques nécessaires ont conduit à rechercher des germes non pathogènes représentant un marqueur potenteil de la contamination fécale. Les bactériophages ont été proposés comme indicateurs de pollution liée au virus et comme modèle de leur élimination au cours du traitement des eaux usées. Dans la 1ère partie du travail, notre but a été de savoir si les phages ont un comportement similaire à celui des virus entériques au cours d'un traitment d'épuration biologique en condition xpérimentale. Nous avons comparé le comportement de 2 phages (phiX174 et MS2) appartenant à 2 familles proposées dans la littérature comme indicatrices virale et celui de certains virs entériques (poliovirus, hépatite A et rotavirus SA11). Ces expériences ont été réalisées dans un dispositif de laboratoire, à petite échelle, représentant un système biologique d'épuration à "boues activées". Six expériences ont été conduites en utilisant simultanément 2 pilotes, dont les bassins d'aération ont été contaminés par des suspensions virales à des concentrations connues. L'évolution des titres viraux a été étudiée dans les 2 phases, liquide et solique, de la liqueur mixte. Les résultats obtenus montrent que dès l'injection de virus, il y a une réduction virale immédiate dans la phase liquide variable selon le virus et la quantité virale introduite. Cette régression, pourrait être expliquée par une adsorption virale instantanée des particules virales aux matières en suspension, en des proportions variées selon le virus. Le titre viral, dans la phase liquide, est ensuite réduit plus lentement par rapport à la quantité détectée à 10 min après injection, pour se stabiliser 3 jours après l'expérience. Contrairement à tous les autres virus étudiés, le rotavirus n'a pas été détecté dans la phase solide. Dans nos conditions expérimentales, les bactériophages utilisés peuvent être proposés comme modèles de comportement des virus entériques. Cette conclusion n'est pas généralisable à tous les types de virus à transmission féco-orale, et à tous les types de traitement épuratoire. 2) La qualité microbiologique, en particulier virologique, de l'eau est un impératif majeur des hygiénistes et des biologistes. Les eaux usées sont traitées dans des stations d'épuration préconisées pour leur efficacité à réduire la charge polluante. Ces traitements n'éliminent pas complètement les virus, ce qui se traduit par une circulation virale continue dans l'environnement. Dans la 2ème partie de notre travail, nous avons voulu rechercher la présence et la fréquence saisonnière de virus entériques dans l'environnement. La station d'épuration de Clermont-Ferrand (Aulnat) à "boues activées" a été prélevée régulièrement pendant 18 mois (entre 2002-2003). La recherche des virus entériques (entérovirus, calicivirus, rotavirus, HAV et HAstV) dans les effluents d'entrée et dans les eaux épurées a été effectuée par RT-PCR après concentration des échantillonnes d'eaux. Après confirmation de l'identification par séquençage, une analyse phylogénétique a permis de comparer les différentes souches. Les rotavirus A et les astrovirus (proches de génotype 3, 2 et 8) ont été identifiés dans respectivement 24,1% et 29,3% des échantillons testés (29 entrée et sorties correspondant). Les eaux épurées étaient plus fréquement positives que les effluents d'entrées. Certaines souches de rotavirus isolées étaient identiques à des souches isolées de patients malades. L'absence de détection d'entérovirus, HAV et calicivirus dans notre étude est peut être expliquée par un volume analysé relativement faible (1 l), par le seuil de détection des méthodes utilisées ou par des contextes épidémiologiques liées au virus. La révélation fréquente d'ARN viraux, infectieux ou non, à la sortie du traitement montre un rejet de virus entériques dans l'environnement. Par conséquent, les risques de contamination virale liée à l'utilisation d'eaux issues de ces stations ne sont pas inexistants.

  • Titre traduit

    Enteric viruses and activated sludge wastewater epuration system : -Comparative experimental study of the bahaviour of phages FX174 and MS2, poliovirus, hepatitis A and rotavirus SA11 in pilot scale. -Molecular epidemiologic research in wastewater treatment plant of Cermont-Ferrand (France)


  • Résumé

    1) The routine detection of human enteric viruses in water is important to determine the public health risk. However, their detection is difficult and the cost of analytic process is expensive, leading to consider non-pathogenic germs as potential indicators of faecal pollution. Bacteriophages have been proposed as viral indicators and models for the enteric virus elimination during wastewater treatments. In the first part of the study, our goal was to determine if phages behavior was similar to that of enteric viruses during experimental biological treatment. We compared the removal of two phages (phiX174 and MS2) belonging to families considered as indicators, to that of enteric viruses (poliovirus, hepatitis A and rotavirus SA11). Six experiments were conducted in pilot scale activated sludge plants. Two pilots were used simultaneously whose aeration tanks were contaminated by known concentration of viral suspensions. Viral titre fate was studied in the liquid and solid phases of the mixed liquor. Our results show that viral concentrations decreased immediately in the liquid phase following viral injection in the pilots, depending on the virus and the viral concentration injected. This reduction could be explained by an instantaneous adsorption of viral particles to the suspended matter, in variable proportions according to the virus. Then, viral titre in the liquid phase was reduced more slowly as compared to the reduction observed within 10 min after the injection, and was stable within 3 days of experiment. Conversely to the other studied viruses, rotavirus was not detected in the solid phase. In our experimental conditions, the studied bacteriophages could be suggested like models of viral removal in this treatment system. These results should be confirmed by studies in activated sludge natural plant. 2) Microbiological, especially virological, water quality is a public health major concern. Wastewater treatment plants are an important step in reducing the viral pollution. Yet, these plants are not fully efficient to eliminate the viral pollution leading to continuous circulation of virus in the environment. In the second part of this study, we wanted to assess the presence and the seasonal frequency of various enteric viruses in wastewater treatment. Sewage samples (1 l) were collected regularly during 18 months (2002-2003) at the entrance and at the exit of the sewage treatment activated sludge plant of Clermont-Ferrand (France). The detection of enterovirus, calicivirus, rotavirus, HAV and astrovirus in water samples after concentration, was carried out by molecular analyses. The RT-PCR results were confirmed by sequencing, and comparative phylogenetic analysis was performed to evaluate the similarity between the isolated strains. Genomes of rotavirus and astrovirus (genotype 3, 2 and 8) were identified respectively in 24,1% and 29,3% of tested samples (29 influents and their corresponding effluents). The frequency of viral genomes was higher in the treated waters than in the raw sewage. Some identical rotavirus sequences were detected in both environmental and clinical samples. Enteroviruses, caliciviruses and HAV were not detected during the study period. This could be related to the small sample volume, to the sensitivity of the detection methods or to local epidemiological situations. Frequent detection of viral RNA, whether infectious or not, in the exit effluent of sewage treatment indicates an important dispesion of enteric viruses in the environment. Consequently, the risk of viral contamination related to the use of these treated waters must be considered.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (198 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.165-196

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