Des chercheurs du Baylor College of Medicine ont développé une nouvelle technologie, tARC-seq, qui améliore la détection des mutations du SRAS-CoV-2, aidant ainsi à expliquer l'émergence rapide de variantes en identifiant les points chauds et les mécanismes tels que le changement de modèle qui contribuent à l'évolution du virus. . Crédit : Issues.fr.com
Une étude révèle qu'une nouvelle technique de séquençage, tARC-seq, peut suivre avec précision les mutations dans SRAS-CoV-2fournissant un aperçu de l'évolution rapide et du développement de variantes du virus.
Le virus SARS-CoV-2 qui cause le COVID a la capacité troublante de générer souvent des variantes de lui-même. D'autres virus mutent également, mais comme le SRAS-CoV-2 s'est rapidement propagé à l'ensemble de la population humaine pendant la pandémie, tuant des millions de personnes, l'évolution dynamique du virus a posé un problème sérieux : il a remis en question à plusieurs reprises la réponse immunitaire de notre corps combattant le virus et a entravé la processus de préparation des vaccins mis à jour.
Comprendre le mécanisme génétique qui alimente la capacité du SRAS-CoV-2 à générer des variantes peut grandement contribuer à maintenir le COVID à distance. Dans cette étude publiée aujourd'hui (22 avril) dans Microbiologie naturelle, des chercheurs du Baylor College of Medicine et des institutions collaboratrices ont développé une nouvelle technologie appelée tARC-seq qui a révélé un mécanisme génétique affectant la divergence du SRAS-CoV-2 et a permis à l'équipe de calculer le taux de mutation du SRAS-CoV-2. En utilisant tARC-seq, les chercheurs ont également capturé de nouvelles mutations du SRAS-CoV-2 dans des cellules infectées en laboratoire, récapitulant les observations révélées par les données de séquençage viral pandémique mondiales. Les résultats peuvent être utiles pour surveiller l’évolution virale dans la population humaine.
Avancées dans l’analyse de la réplication de l’ARN
« Le virus SARS-CoV-2 utilise ARNau lieu de ADN, pour stocker ses informations génétiques. Notre laboratoire s'intéresse depuis longtemps à l'étude de la biologie de l'ARN, et lorsque le SRAS-CoV-2 est apparu, nous avons décidé d'étudier son processus de réplication de l'ARN, qui est généralement sujet aux erreurs dans les virus à ARN », a déclaré l'auteur correspondant, le Dr Christophe Herman, professeur de génétique moléculaire et humaine et de virologie moléculaire et microbiologie à Baylor.
Les chercheurs voulaient suivre les erreurs de réplication de l'ARN car elles sont cruciales pour comprendre comment le virus évolue, comment il change et s'adapte à mesure qu'il se propage dans la population humaine, mais les méthodes actuelles manquaient de précision pour détecter de nouvelles mutations rares du SRAS-CoV-2, en particulier dans des échantillons contenant un faible nombre de virus, comme ceux provenant de patients.
« Étant donné que les échantillons de patients contiennent très peu de copies de l'ARN du SRAS-CoV-2, il est difficile de faire la distinction entre les erreurs commises par l'ARN polymérase ARN-dépendante du SRAS-CoV-2 (RdRp), l'enzyme qui copie l'ARN de ce virus, et les erreurs des autres enzymes utilisées dans l'analyse de séquence », a déclaré Herman, membre du Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center. «Nous avons développé une technique que nous appelons séquençage ciblé et précis de consensus d’ARN (tARC-seq), qui nous permet de mesurer les erreurs réelles lors de la copie d’ARN spécifiques présents en très faibles quantités.»
Aperçu de la formation de variantes
À l’origine, l’idée était que, comme le SRAS-CoV-2 dispose d’un mécanisme interne pour réparer les erreurs commises par RdRp, le virus ne devrait pas évoluer ou muter très rapidement.
« Cette idée contrastait avec le fait que pendant la pandémie, de nouveaux variants du COVID sont souvent apparus dans le monde », a déclaré Herman. « Depuis le début de la pandémie, nous avons observé un certain nombre de variantes importantes, notamment Alpha, Beta, Delta et Omicron, ainsi que des variantes au sein de ces groupes. »
Avec leur outil analytique amélioré en main, Herman et ses collègues ont déterminé avec précision la fréquence de mutation du SRAS-CoV-2 et les types de mutations, à la fois dans les cultures cellulaires en laboratoire et dans les échantillons cliniques. « Nous avons constaté que le taux de mutation était plus élevé que prévu initialement, ce qui contribue à expliquer l’apparition fréquente de variantes du COVID », a déclaré Herman.
Ils ont également découvert qu’il existe des points chauds dans l’ARN du SRAS-CoV-2, des emplacements plus sujets aux mutations que d’autres. « Par exemple, nous avons identifié un hotspot sur la région ARN correspondant à la protéine Spike, la protéine qui permet au virus d’envahir les cellules. En outre, l’ARN de la protéine Spike constitue de nombreux vaccins », a déclaré Herman.
La méthode tARC-seq a également révélé que la génération de nouvelles variantes impliquait un changement de modèle. « Nous avons déterminé que, lorsque RdRp copie un modèle ou une séquence d'ARN, il passe à un autre modèle sur un virus voisin, puis continue de copier l'ARN, de sorte que la nouvelle copie d'ARN résultante est un mélange des deux modèles d'ARN », a déclaré Herman. « Ce changement de modèle entraînera des insertions ou des suppressions de séquences qui entraînent une variabilité virale. Nous avons également observé des mutations complexes. Le SRAS-CoV-2 profite de ces deux puissants mécanismes biologiques, le changement de modèle et les mutations complexes, qui lui permettent d’évoluer rapidement, générant des variantes auxquelles s’adapter et persévérer dans les populations humaines.
« C'était intéressant et passionnant de voir que tARC-seq nous a permis de capturer dans des cultures cellulaires en laboratoire l'émergence de nouvelles mutations qui récapitulent les mutations observées avec les données de séquençage pandémique mondiales », a déclaré Herman. « Notre nouvelle technologie capture un instantané des nouvelles mutations dans des échantillons cliniques provenant de patients individuels et peut être utile pour surveiller l’évolution virale dans la population humaine. »
Premier auteur Catherine C. Bradley, Chen Wang, Alasdair JE Gordon, Alice X. Wen, Pamela N. Luna, Matthew B. Cooke, Brendan F. Kohrn, Scott R. Kennedy, Vasanthi Avadhanula, Pedro A. Piedra, Olivier Lichtarge, Chad A. Shaw et Shannon E. Ronca contribuent à ce travail. Les auteurs sont affiliés à une ou plusieurs des institutions suivantes : Baylor College of Medicine, Université de Washingtonet l'hôpital pour enfants du Texas.
L'étude a été soutenue par Instituts nationaux de la santé subventions R01GM088653, 3R01AG061105-03S1, 1R21CA259780 et 1R21HG011229, et par la subvention de la National Science Foundation DBI-2032904.