Décodage des génomes du SRAS-CoV-2 – Tests de diagnostic

« Tester, tester, tester ! est un slogan largement vanté pour contrôler la pandémie de COVID-19. L'Organisation mondiale de la santé et d'autres agences fédérales/étatiques dans le monde ont toutes publié ce slogan familier. En effet, tester rapidement les populations humaines est la pierre angulaire du contrôle d'une pandémie comme le COVID-19.

Des tests approfondis fournissent une base rationnelle pour la mise en œuvre de stratégies de santé publique qui peuvent empêcher la propagation de la maladie. Il permet aux autorités de prendre des décisions éclairées sur les politiques d'atténuation telles que la distanciation sociale, le maintien à domicile et, dans les cas extrêmes, le couvre-feu. À la suite d'une maladie aéroportée comme le COVID-19, ces initiatives cruciales de santé publique sont vitales pour réduire la pression sur les systèmes de santé et sauver des vies humaines.

L'analyse basée sur le génome est la clé pour concevoir un kit de test spécifique au SARS-CoV-2. C'est le cas que nous concevions des kits à base d'ADN (PCR, amplification isotherme, CRISPR) ou que nous générions des antigènes pour la détection sérologique . Une organisation mondiale à but non lucratif a rassemblé une liste de tous les tests SARS-CoV-2 disponibles dans le commerce. Nous aborderons ici les deux principales techniques actuellement utilisées :les tests basés sur l'ADN et les tests basés sur les anticorps.

Tests basés sur l'ADN

Les tests actuels de COVID-19 effectués sur du matériel génétique viral à partir d'écouvillons nasaux et pharyngés utilisent une technique de biologie moléculaire courante appelée réaction en chaîne par polymérase par transcription inverse (RT-PCR). Un autre test utilise la technologie d'amplification d'acide nucléique isotherme la plus récente développée par Abbot Labs ¹ . Les deux tests sont très sensibles. Ils fonctionnent en amplifiant une région du génome spécifique du virus SARS-CoV-2. Cette amplification est amorcée par une paire d'oligonucléotides (également appelés amorces) complémentaires des séquences virales.

La méthode actuelle de RT-PCR comprend l'extraction de l'ARN viral à partir d'écouvillons du nez et de la gorge et la transcription inverse de l'ARN en ADN, suivie d'une réaction PCR. La méthode PCR utilise une stratégie de cycle de température qui implique la dénaturation de la matrice et l'hybridation d'amorces courtes à des séquences complémentaires sur la matrice. L'extension du complexe amorce-matrice, facilitée par l'enzyme polymérase, conduit à une amplification exponentielle des amplicons cibles. Les résultats sont obtenus en quelques heures. Des protocoles détaillés sur la méthode PCR sont partagés par l'OMS et les CDC. Au contraire, la méthode isotherme d'Abbott labs n'est pas limitée par la contrainte de cyclage thermique et les résultats positifs pour COVID-19 sont obtenus en 5 minutes, tandis que les résultats négatifs sont obtenus en 13 minutes ¹ .

Les régions uniques du SRAS-CoV-2 identifiées par des analyses comparatives du génome servent de marqueurs distinctifs pour la conception d'amorces ou de sondes utilisées dans les kits à base d'ADN. Le SRAS-CoV-2 est un virus à ARN simple brin avec un génome de près de 30 000 bases. Le génome viral code quatre protéines structurelles, à savoir les protéines de l'enveloppe (E), de la membrane (M), de la nucléocapside (N) et des pointes (S).

Des analyses comparatives du génome ont identifié différentes régions uniques au SRAS-CoV-2. L'unicité de la séquence est validée en recherchant des séquences similaires à l'aide de l'algorithme BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) dans la base de données GenBank, un référentiel mondial de tous les génomes séquencés. Les régions uniques des gènes tels que ORF1ab, N, RdRp et S sont actuellement utilisées comme amorces dans le diagnostic RT-PCR du SRAS-CoV-2 ² , tandis que le test rapide ID NOW™ COVID-19 d'Abbott cible le gène RdRp.

De nouvelles méthodes à l'horizon

CRISPR, une technologie d'édition de gènes populaire, est considérée comme une option évolutive pour les tests de population. Cette méthode utilise la capacité de la machinerie CRISPR à reconnaître des séquences génétiques spécifiques et à les couper. CRISPR coupe également une molécule rapporteur ajoutée à la réaction qui peut rapidement révéler la présence de matériel génétique viral. Le SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing) basé sur CRISPR est décrit comme une méthode de bandelette sur papier qui peut produire des résultats en une heure. SHERLOCK a été co-développé par Feng Zhang du Broad Institute du MIT et de Harvard ³ . Une autre méthode développée par Jennifer Doudna à l'Université de Californie à Berkeley, usurpe la pré-amplification isotherme avec l'ADN Endonucléase Ciblée CRISPR Trans Reporter (DETECTR) pour le coronavirus. DETECTR peut fournir des résultats en 30 minutes ⁴ .

Les méthodes basées sur la séquence fournissent des informations essentielles sur la présence ou l'absence du virus chez un patient, informations particulièrement précieuses lors de l'élaboration de politiques de santé et de sécurité publiques. Aux États-Unis, nous ne testons actuellement que les personnes qui présentent des symptômes de COVID-19. Cependant, avec une maladie telle que COVID-19, il existe une menace sérieuse que des personnes asymptomatiques puissent propager le virus dans la communauté.

Comment savoir si une personne a déjà été infectée par le SRAS-CoV-2 et a développé une immunité ?

Tests basés sur les anticorps

Les tests d'anticorps identifient les personnes asymptomatiques qui ont déjà eu une infection et sont probablement immunisées. Le dépistage des anticorps est également la meilleure stratégie pour dépister l'ensemble de la population et atténuer la peur de la propagation dans la communauté. Les personnes dont les résultats d'anticorps sont positifs pourraient également être une source potentielle de plasma pouvant être injecté aux patients atteints de COVID-19, une approche actuellement testée aux États-Unis.

Les tests d'anticorps nécessitent une certaine connaissance des protéines qui sont cruciales pour le virus, par exemple, la protéine d'enveloppe virale. Idéalement, les protéines virales qui déclenchent le système immunitaire sont les meilleurs candidats, car elles initient la production d'anticorps qui signalent ou neutralisent le virus. Il est ensuite nécessaire de produire ces portions ou sections de la protéine virale en laboratoire et de les transfecter dans des lignées cellulaires pour les inclure dans un test immunologique tel qu'ELISA qui détecte la présence d'anticorps.

De tels dosages immunologiques peuvent potentiellement constituer la base de kits de test à domicile pour détecter l'immunité contre des maladies comme le COVID-19. Cependant, le développement de ces kits prend du temps. Le goulot d'étranglement le plus difficile dans ce processus est d'exprimer la protéine ou le segment de protéine dans la bonne conformation.

La protéine de pointe SARS-CoV-2 présente une avenue potentielle pour le développement de diagnostics car elle possède peu de régions uniques. Plusieurs équipes testent le domaine de liaison au récepteur de la protéine S, tandis que quelques-unes étudient l'ensemble de la protéine de pointe ² . D'autres candidats potentiels incluent la protéine de nucléocapside et la protéine S. La FDA évalue différentes méthodes de test des anticorps et a récemment approuvé le premier test, qui aidera à déterminer combien de personnes dans la population sont immunisées ⁵ .

Au milieu de la pandémie actuelle de COVID-19, les tests de diagnostic basés sur l'ADN et les anticorps font une différence cruciale dans les initiatives de santé publique que nous adoptons pour contenir et atténuer le virus SARS-CoV-2. Alors que nous nous efforçons d'« aplatir la courbe », les tests rapides sont importants.

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La modélisation et la simulation proposent de nouvelles perspectives pour le SARS-CoV-2 Décodage des génomes du SARS-CoV-2 – Origine