Un génome plus court ne comprenant qu’une partie du génome de l’ARN du SRAS-CoV-2 entre en compétition avec le virus normal pour la croissance et peut potentiellement empêcher la réplication virale.
L’impact dévastateur de la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), causé par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), a conduit à des efforts importants pour enrayer sa transmission. Lorsque des virus à ARN, comme le SARS-CoV-2, se répliquent, il peut y avoir des versions du virus qui présentent de grandes délétions dans le génome viral, ce qui rend le virus défectueux. Ces génomes défectueux peuvent encore se répliquer en présence du virus de pleine longueur. Parce qu’ils sont plus courts, ils peuvent se répliquer plus rapidement que le virus d’origine et entrer en compétition avec le virus complet pour la réplication, perturbant la croissance et la propagation du virus.
Rendu 3D du microbe SRAS-CoV-2 avec molécule d’ARN à l’intérieur. Crédit d’image: Vchal / Shutterstock
Ces génomes interférents défectueux (DI) sont courants dans les coronavirus, mais la DI n’a pas encore été signalée pour le SRAS-CoV-2. On pense généralement que les particules DI sont le résultat d’une réplication inefficace ou ont des fonctions de régulation. Des chercheurs de l’Université d’État de Pennsylvanie, aux États-Unis, ont développé une construction DI synthétique pour le SRAS-CoV-2 et ont rapporté leurs résultats dans une nouvelle étude publiée sur le bioRxiv * serveur de pré-impression.
Un génome interférent défectueux synthétique
Ils ont préparé des génomes DI synthétiques à partir de parties du génome du SRAS-CoV-2 et ont testé si les génomes DI pouvaient se répliquer dans des cellules infectées à la fois par le génome synthétique et le virus de type sauvage (WT).
Ils ont fait leur construction en utilisant trois parties du génome du virus: la partie 5 ‘UTR et la partie 5’ de la protéine non structurelle 1 (nsp1) dans ORF1a, une partie de nsp15 avec le signal d’encapsidation et la séquence du 3 ‘ partie de la séquence N, ORF10 et 3’UTR. Le génome DI synthétique mesurait 2 882 nucléotides (nt), environ 9,6% de la longueur du génome du virus WT. En outre, les auteurs ont également préparé un deuxième génome synthétique plus court d’environ 800 nt de long sans la partie d’emballage.
L’équipe a préparé les deux génomes sous forme d’ADN et les a insérés dans des plasmides, les transcrivant in vitro pour fabriquer les ARN. Les ARN préparés ont été insérés dans des cellules Vero-E6 infectées par SARS-CoV-2.
Parce que les génomes synthétiques de DI se dégradent rapidement et ne se répliquent pas bien, les auteurs n’ont pas été en mesure d’étudier comment ils se répliquaient. Cependant, le génome DI avec les trois portions a réduit la réplication du SARS-CoV-2 d’environ la moitié, 24 heures après la transfection. Le génome DI plus court n’a eu aucun effet sur la croissance du SRAS-CoV-2.
DI réduit de moitié la quantité de SRAS-CoV-2; il se réplique 3 fois plus vite; et il est transmis avec la même efficacité. Jaune: DI dans les coinfections; bleu: WT dans les coinfections; gris: WT dans les infections sans DI. a: Taux de croissance (montant absolu par rapport à la quantité à 4 heures) de WT dans les contrôles et dans les co-infections; croissance par rapport aux témoins au même moment; et détail à 24 heures. b: 24 heures après l’infection, le surnageant a été utilisé pour infecter de nouvelles cellules. L’efficacité de transmission est la quantité mesurée par qRT-PCR immédiatement avant le passage divisée par la quantité moyenne mesurée presque immédiatement (4 heures) après le passage. c: taux de croissance (montant absolu par rapport à la quantité à 4 heures) de WT dans les contrôles et dans les co-infections; croissance par rapport aux témoins au même moment; et détail à 24 heures. Taux de croissance (montant absolu par rapport au montant à 4 heures) de WT et DI dans les co-infections; croissance par rapport à celle du WT dans les co-infections au même moment; et détail à 24 heures.
Un jour après la transfection, l’équipe a infecté de nouvelles cellules en utilisant le surnageant. Le virus WT et le génome DI ont été observés à partir de quatre heures après l’infection, mais ils n’ont pas vu le génome DI sans la partie d’encapsidation. Il n’y avait aucune différence entre le taux de transmission du génome DI et le virus WT, ce qui suggère que le génome DI plus court est aussi infectieux que le virus WT.
Dans les échantillons infectés à la fois par le génome DI et le virus régulier, le nombre de virions réguliers a diminué de moitié en 24 heures. Le génome DI a augmenté environ trois fois plus vite que le virus WT. Les résultats suggèrent que même une petite quantité de génome DI peut fortement affecter la réplication du virus WT.
Le génome défectueux entre en concurrence avec le virus normal pendant la croissance
Les auteurs ont également modélisé la dynamique du système pour comprendre la compétition intra-cellulaire entre le génome DI et le virus normal. Semblable aux prédictions des modèles précédents, le génome DI et le virus WT coexistent si l’avantage de réplication du génome DI est inférieur à un seuil critique. Au-dessus de ce seuil, les génomes DI tueront tous les virus WT. Ce seuil dépend du nombre de génomes dans la gamme de la protéine virale produite par le virus régulier.
Ainsi, le modèle suggère que le génome DI augmentera avec le temps et tuera le génome du virus WT. Cependant, comme les auteurs n’ont mesuré que cinq passages, où ils ont vu une augmentation du ratio génome DI / WT, ils écrivent qu’ils n’ont pas été en mesure de vérifier si cette réduction précoce conduirait à l’extinction du virus WT.
«L’interférence avec le virus WT est l’effet le plus remarquable de notre construction DI», écrivent les auteurs. Les particules DI ne servent à rien pour le virus WT; ils existent plutôt en tant que parasites du virus normal. Parce qu’ils peuvent se répliquer plus rapidement que le virus complet lorsqu’ils sont co-infectés avec le virus, ils conviennent comme antiviraux potentiels.
Au fur et à mesure que la réplication se poursuit, le génome DI continue d’augmenter en fréquence, et le processus devient plus efficace, conduisant finalement à la mort du virus normal et du génome DI. Bien que les constructions DI aient un potentiel d’antiviraux, elles n’ont pas été beaucoup explorées. Le VIH et les virus grippaux ne sont pas des candidats idéaux pour cette approche car ils ont des génomes courts et des cycles de vie complexes. Cependant, les coronavirus sont idéaux pour cette approche car ils ont un long génome d’ARN simple brin et des cycles de vie simples et pourraient être explorés plus avant pour le SRAS-CoV-2.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / les comportements liés à la santé ou être traités comme des informations établies.