Seuls 2 % des positifs au SARS-CoV-2 portent 90 % du virus en circulation

Source : PNAS
Traduit par les lecteurs du site Les-Crises

Durant l’automne 2020 à l’Université du Colorado à Boulder, plus de 72 500 échantillons salivaires ont été testés pour le SARS-Cov-2 par qRT-PCR, dont 1 405 étaient positifs. Tous les échantillons ont été collectés sur des individus n’ayant pas signalé de symptôme associé à la Covid-19 le jour du prélèvement. La répartition des charges virales chez ces asymptomatiques est identique à ce qui avait précédemment été observé chez les personnes symptomatiques. Indépendamment de la présence ou pas de symptômes, environ 50 % des personnes testées positives semblent être dans des phases non contagieuses de la maladie, d’après leur charge virale basse. Seules 2 % des personnes portent 90 % des virions en circulation dans la population. Ils jouent le rôle de « super porteurs » de virus et potentiellement aussi de « super contaminateurs ».

L’une des raisons principales de la difficulté à contenir la propagation du SARS-Cov-2 est que les personnes asymptomatiques et présymptomatiques peuvent transmettre le virus. Ce qui rend nos données uniques, c’est qu’aucune personne positive au SARS-Cov2 ne présentait de symptôme au moment de la collecte de salive. Ils étaient donc infectés mais asymptomatiques ou présymptomatiques.

Résultats

Dépistage à l’Université du Colorado à Boulder

Nous avons analysé les résultats des tests réalisés à l’automne 2020 à l’Université du Colorado à Boulder. Les étudiants en résidence universitaire ont été testés chaque semaine et des sites de prélèvement salivaires étaient présents sur le campus pour tous les affiliés au campus qui souhaitaient être testés. Les participants devaient confirmer qu’ils ne présentaient pas de symptôme. Notons que les prélèvements ont été analysés avant que le variant « anglais » B.1.1.7 ne soit documenté aux États-Unis.

72 500 échantillons salivaires ont été testés pour le SARS-Cov-2 par qRT-PCR, la salive étant ajoutée sans purification de l’ARN. Les tests ciblaient 2 régions du génome, correspondant aux protéines E et N. Des courbes standards ont été créées pour convertir le nombre de cycles d’amplification Ct de chaque amorce de la PCR en charge virale dans l’échantillon de salive. 1 405 échantillons positifs au SARS-Cov2 ont été identifiés, la grande majorité provenant d’individus uniques parce qu’ils étaient ensuite redirigés vers les services de santé pour passer d’autres tests et recevoir des soins.

Le nombre de cycles Ct de la PCR pour chacune des 2 amorces apparaît sur la figure 1A. La répartition de la charge virale suit une loi log-normale centrée sur une moyenne de 21 millions de virions par millilitre pour les amorces correspondant à la protéine E, ou 5,9 millions de virions par millilitre pour les amorces correspondant à la protéine N. La médiane est de 1,1 million de virions par millilitre pour les amorces E et de 250 000 virions par millilitre pour les amorces N. La plus forte charge virale observée a dépassé les 6 100 milliards de virions par millilitre, ce qui n’a été observé que chez un individu. Il est remarquable que cette personne n’ait pas signalé de symptôme à notre site de test. La charge virale la plus basse détectée a été de 8 virions par millilitre. Les tests de surveillance montrent donc des variations extrêmes de charge virale chez les personnes infectées mais en apparente bonne santé (asymptomatiques).

[Note : Une modélisation de la transmission par aérosol estime qu’il suffit de recevoir une dose de l’ordre de 10 virions pour être contaminé. https://www.les-crises.fr/covid-19-nouvelle-application-de-recommandations-pour-limiter-la-transmission-du-virus-en-interieur/ ]

On s’attend à ce que des jeux d’amorces différents pour la qRT-PCR produisent des valeurs Ct légèrement différentes sur un même échantillon, à cause d’une efficacité différente des amorces et une erreur de manipulation avant la réaction. Nous avons trouvé une corrélation forte entre les amorces N et E dans les échantillons avec des nombres de cycles Ct inférieurs à 30, mais cette corrélation s’effondre dans les échantillons avec des valeurs plus hautes. Pour des faibles charges virales, il y a probablement une part aléatoire lors des premiers cycles. Les amorces E ayant démontré la plus grande conformité avec les autres jeux d’amorces, nous avons utilisé les valeurs Ct de ces amorces pour calculer les charges virales dans la salive.

Figure 1. Charge virale dans la salive de la population de notre campus. (A) Distributions mesurées dans 1 405 échantillons positifs à l’automne 2020. Chaque histogramme montre les cycles d’amplification Ct obtenus en utilisant des amorces [primers] ciblant le gène E ou N du SARS-Cov-2. Les amorces correspondantes sont nommées CU-E ou CU-N avec le préfixe CU pour Université du Colorado. Les axes horizontaux indiquent à la fois le nombre de cycles Ct et la charge virale correspondante calculée d’après la courbe standard de chaque jeu d’amorce. ND correspond à une charge virale sous le seuil de détection. (B) Les cycles d’amplification Ct correspondant aux 2 jeux d’amorces dans A sont étroitement corrélées, en particulier dans les échantillons avec une forte charge virale (Nombre de cycles d’amplification Ct inférieur à 30). PCC est le coefficient de corrélation. (C) Pour 105 échantillons de salive, nous avons utilisé 8 jeux différents d’amorces couramment utilisées pour le diagnostic du SARS-Cov-2. Ici la même analyse que dans B avec les amorces du CDC américain.

Les populations ont une répartition de la charge virale similaire, indépendamment de la présence ou pas de symptôme.

Nous avons ensuite comparé les charges virales des asymptomatiques de notre campus à des mesures similaires dans la salive de personnes avec des symptômes, d’après des données publiées d’études de patients hospitalisés (et donc symptomatiques). Après une recherche, nous avons trouvé 404 études rapportant les charges virales, parce que le nombre de cycles d’amplification Ct dépend du test utilisé et du laboratoire.

Notons que les prélèvements de notre campus ont probablement été faits plus tôt par rapport à l’infection que ceux qui ont été prélevés dans les hôpitaux principalement après l’apparition de symptômes. Néanmoins, la charge virale des asymptomatiques sur le campus (21 millions de virions par millilitre en moyenne, médiane de 1,1 million de virions par millilitre) était similaire à la charge virale dans la salive des patients avec des symptômes, qui suivait une loi log-normale de moyenne 21 millions de virions par millilitre (médiane de 940 000 virions par millilitre).

Nous avons tracé le cumul de la charge virale dans les deux populations (Figure 2B). Elle représente deux extrêmes : un groupe est principalement hospitalisé tandis que l’autre l’autre représente une population universitaire jeune et en bonne santé, mais infectée. Les individus ont une charge virale salivaire extrêmement similaire quel que soit leur état, symptomatique ou non. Cela a également été observé dans d’autres études de la charge virale dans des prélèvements nasopharyngés.

Figure 2. La répartition des charges virales est similaire dans les populations asymptomatiques et symptomatiques. (A) Histogramme des charges virales salivaires dans notre population asymptomatique du campus en bleu comparé au même histogramme des charges virales salivaires des personnes symptomatiques en rouge. (B) Fonctions de répartition empirique de la charge virale salivaire chez les personnes asymptomatiques en bleu et symptomatiques en rouge.

Un petit nombre d’individus porte la plupart des virions en circulation.

Nous avons ensuite analysé la répartition du virus au sein des populations en commençant par les individus avec les charges virales les plus élevées. Nous constatons que seulement 2 % des individus hébergent 90 % des virions en circulation (Figure 3). C’est le cas à la fois dans la population universitaire (asymptomatique) et dans les populations hospitalisées (symptomatiques).

En outre, 99 % des virions en circulation sont produits par seulement 10 % de la population asymptomatique et 14 % de la population symptomatique. Dans les populations asymptomatiques et symptomatiques, un seul individu présentant la charge virale salivaire la plus élevée portait plus de 5 % du total des virions en circulation. En revanche, tous les individus ayant une charge virale salivaire inférieure à 106 virions par mL réunis (environ 50 % des individus infectés) hébergent moins de 0,02 % des virions, dans les deux populations. La distribution des virus au sein des deux populations est hautement asymétrique, un petit nombre de personnes étant porteur de la grande majorité des virus. On ignore encore s’il s’agit d’individus particuliers capables d’héberger des charges virales extraordinairement élevées ou si de nombreux individus infectés passent par une période très brève de charge virale extrêmement élevée.

Des virions infectieux ont rarement été isolés à partir d’échantillons cliniques de personnes ayant une charge virale inférieure à 106 virions par mL. L’une des hypothèses est que les personnes ayant une charge virale aussi faible excrètent simplement du génome viral provenant de tissus endommagés en cours de réparation, et pour cette raison ils ne ne présenteraient pas de risque important de contaminer d’autres personnes. Avec ce raisonnement, nos distributions suggèrent qu’environ la moitié des personnes avec un test positif ne seraient peut-être pas contagieuses (Figure 3).

Figure 3. Un petit pourcentage d’individus sont des super-porteurs de virus. Les histogrammes présentés (axes y de droite) sont les mêmes que ceux de la figure 2. En partant de la gauche de chaque histogramme (c’est-à-dire les individus présentant les charges virales les plus élevées), nous avons calculé le pourcentage cumulé de virions totaux en fonction de la charge virale de la salive (lignes bleues et rouges, et axes y de gauche). Chez les populations asymptomatiques (ligne bleue) et symptomatiques (ligne rouge), la part de la population qui héberge 90 % et 99 % du virus en circulation est mise en évidence par les lignes pointillées. Nous indiquons à titre d’exemple la plage limite de détection des tests courants de diagnostic du SRAS-CoV-2 (qRT-PCR, test antigénique et RT-LAMP). Les tests permettent tous de détecter pratiquement tous les individus contagieux et les virions infectieux, tant dans les populations présymptomatiques que dans les populations symptomatiques.

Discussion

Bien que l’on ne sache pas encore exactement comment relier la probabilité de transmission à la charge virale, il est fort probable que les super-porteurs de virus soient également des super-propagateurs. Il a été démontré que des charges virales plus élevées augmentent la probabilité de transmission, en Chine, en Espagne et entre camarades de chambre sur notre campus universitaire. Un taux plus élevé de propagation par des super-porteurs viraux serait cohérent avec les récentes analyses de recherche de cas-contacts qui suggèrent que 80 à 90 % des infections seraient causées par 10 à 20 % des individus infectés. Un taux plus élevé de propagation par les super-porteurs pourrait s’expliquer par le fait que seule une petite fraction des personnes infectées aurait une charge virale suffisamment élevée pour faciliter une transmission active.

L’une des explications possibles des différences de charges virales entre les individus est que ceux-ci ont simplement été testés à des stades différents pour des infections similaires. Cependant, des analyses longitudinales d’infections individuelles montrent que les pics de charge virale varient considérablement entre les individus. L’explication la plus simple est donc que les individus produisent des niveaux différents de virus. Il reste à déterminer si cela est dû à une variation de la réponse immunitaire, à une variation de facteurs chez l’hôte favorisant la réplication du virus comme le récepteur ACE2, à un variant viral spécifique ou encore au lieu de contamination ou à la dose infectieuse.

La concentration d’une majorité du virus dans une petite fraction de la population à un moment donné est une observation critique qui peut permettre d’apporter des solutions concrètes. Le dépistage du public sera important pour identifier les super-porteurs du virus aux stades présymptomatique et asymptomatique de la maladie, car ces personnes continueront à soutenir et à alimenter l’épidémie si elles ne sont pas identifiées. La découverte des super-porteurs de virus aura un impact disproportionné sur la réduction des nouvelles infections par la Covid-19. Mais les personnes ne présentant pas de symptômes n’ont pas tendance à chercher à se faire dépister, de sorte que le dépistage devra cibler les populations saines. Les approches de modélisation montrent que l’un des facteurs les plus importants du dépistage du SRAS-CoV-2 sera la rapidité avec laquelle les personnes infectées recevront le résultat de leurs tests. Plus les gens attendent de recevoir leurs résultats, plus il le temps s’écoule et ils peuvent infecter d’autres personnes sans le vouloir. Il est donc impératif de trouver les super-porteurs de virus et de les informer de leur statut d’infection de manière rapide, facile et accessible. Bien que les limites de détection varient entre les tests de surveillance et de diagnostic, tous sont plus que capables de trouver la majorité des individus infectés et la grande majorité des virions en circulation (Figure 3).

Source : PNAS – 25-05-2021
Traduit par les lecteurs du site Les-Crises