Un nouveau rapport publié sur le serveur de préimpression bioRxiv en avril 2020, plusieurs espèces d'animaux peuvent être infectées relativement facilement par le virus du SRAS-CoV-2, qui est l'agent causal de la pandémie de COVID-19 qui fait actuellement rage. Cela jette beaucoup de lumière sur les hôtes naturels possibles et les voies de transmission de ce virus.
Le nouveau coronavirus 2019 a provoqué une infection généralisée dans le monde entier, à commencer par la Chine. Il a maintenant causé plus de 2,47 millions de cas et 170 000 décès, au 20 avril 2020. Les mesures de contrôle qui en résultent, ainsi que la préoccupation des soins de santé face à la pandémie, ont également provoqué un ralentissement économique alarmant.
Nouveau coronavirus SARS-CoV-2 Micrographie électronique colorisée à balayage d'une cellule apoptotique (bleue) infectée par des particules du virus SARS-COV-2 (rouge), isolée d'un échantillon de patient. Image capturée au NIAID Integrated Research Facility (IRF) à Fort Detrick, Maryland. Crédits: NIAID
Sommaire
D'où vient le virus?
Le virus, appelé le syndrome respiratoire aigu sévère Coronavirus 2 (SRAS-CoV-2), est encore un mystère à bien des égards. Personne ne sait d'où cela vient soudainement. Certains des premiers patients avaient des liens avec le marché des fruits de mer et des animaux sauvages de Huanan dans la ville de Wuhan, en Chine, ce qui a conduit à la théorie selon laquelle le virus était originaire d'animaux sauvages mais a franchi la barrière des espèces en acquérant des caractéristiques qui lui ont permis d'infecter et se répliquer avec succès chez l'homme.
Les études de séquençage montrent que le génome viral est étroitement lié à celui du SARS-CoV (infectant l'homme) et de divers coronavirus de chauve-souris. L'identité la plus proche est celle du virus des chauves-souris CoV RaTG13, à plus de 96%, ce qui indique que le virus actuel provenait probablement des chauves-souris.
En fait, les chauves-souris ont été le réservoir naturel d'un grand nombre de virus émergents qui se sont propagés des hôtes animaux à l'homme, y compris les premiers coronavirus humains qui ont causé le SRAS et le MERS en 2002 et 2012, respectivement.
Le défi consiste à découvrir à travers quels hôtes intermédiaires le virus de la chauve-souris s'est finalement propagé à l'hôte humain, car il est peu probable qu'il se soit produit en une seule étape, car l'espèce occupe des environnements largement séparés. Au moins une autre espèce doit avoir servi à permettre au virus d'origine d'acquérir certaines mutations clés qui améliorent l'efficacité de la transmission zoonotique à l'hôte humain, soit comme intermédiaire, soit comme hôte amplificateur.
Les pangolins étaient considérés comme les hôtes intermédiaires; cependant, le degré de chevauchement entre les coronavirus du pangolin et le SARS-CoV-2 humain est inférieur à 93%, ce qui suggère que le premier n'est pas le progéniteur direct du virus humain.
Pourquoi la molécule ACE2 est-elle importante?
Pour qu'un virus infecte un hôte, il doit être capable de reconnaître et de se lier à une molécule réceptrice appropriée sur la cellule hôte. La présence d'un tel récepteur est également essentielle à la cellule que le virus a tendance à infecter, aux tissus vers lesquels il est attiré et au processus de la maladie.
Pour le virus SARS-CoV-2, la protéine S est la principale protéine d'attachement qui se lie au récepteur sur la membrane de la cellule hôte. Celui-ci est divisé en deux sous-unités, S1 et S2, au site de clivage de la furine appelé RRAR.
La sous-unité S1 se lie au récepteur pendant le processus d'entrée cellulaire et déclenche la série d'événements qui provoquent le récepteur S2 à déclencher la fusion membrane-virus cellulaire. La protéine porte en elle-même un domaine de liaison aux récepteurs (RBD).
Ce clivage n'est pas essentiel pour que le virus fusionne à la membrane de la cellule hôte mais est principalement pour une efficacité virale accrue. Dans les coronavirus affectant d'autres espèces, il augmente la pathogénicité, améliore la fusion et rend le virus plus apte. Ce site de clivage de la furine est absent du virus du SRAS et d'autres coronavirus animaux.
Le récepteur cellulaire humain du SRAS et du SARS-CoV-2 est la protéine ACE2 (enzyme de conversion de l'angiotensine 2). ACE2 dans d'autres espèces comme la chauve-souris et la civette en fer à cheval chinois remplissent également cette fonction.
Comment l'étude a-t-elle été réalisée?
La présente étude visait à étudier l'activité des récepteurs de l'ACE2 chez 14 espèces de mammifères. Ceux-ci ont été choisis comme étant des hôtes naturels potentiels pour le SRAS-CoV-2, des hôtes intermédiaires pour le SARS-CoV, des animaux de laboratoire couramment utilisés ou des animaux domestiques.
Les enquêteurs ont utilisé un virus VIH pseudotypé, exprimant les récepteurs humains ACE2. Ce virus a été introduit dans des cultures cellulaires transfectées avec un vecteur ou des plasmides vides, qui exprimaient l'un des quatre récepteurs: l'ACE2 humain, ACE1, DDP4 pour le virus MERS ou APN pour un autre coronavirus.
La fusion membranaire entraîne la formation de syncytia. Cela a également été testé dans un essai, qui a cherché l'étendue de la fusion membranaire résultant de la liaison de la protéine S au récepteur ACE2 humain.
Qu'ont montré les résultats?
L'étude a montré que de nombreuses enzymes animales ACE2 étaient des récepteurs potentiels du SARS-CoV-2 et de son mutant. L'activité de récepteur la plus élevée se trouvait dans l'enzyme ACE2 humaine et de singe rhésus, et la plus faible dans l'enzyme de rat et de souris. Les dix autres avaient une activité intermédiaire. Quatre des dix (canins, félins, pangolins et lapins) avaient un virus lié à plus de la moitié des récepteurs.
Singes rhésus. Crédit d'image: Jeannette Katzir / Shutterstock
Deux jours après avoir mélangé le virus pseudotypé avec les cellules, les chercheurs ont observé que seules les cellules exprimant l'ACE2 humain permettaient une entrée efficace du virus. Lorsque le récepteur était bloqué par un anticorps, le SARS-CoV-2 ne pouvait pas pénétrer dans la cellule, contrairement à l'autre coronavirus et au virus de la grippe.
Lors du test d'immunoprécipitation, pour tester la liaison aux récepteurs, l'ACE2 humain, ainsi que les quatre récepteurs les plus efficaces de la catégorie intermédiaire, se sont révélés être associés de manière significative et cohérente aux parties S1 et RBD du virus.
Le test de formation de syncytia a montré que seules les cellules qui expriment le récepteur humain ACE2 formaient des syncytia. Les résultats montrent que le récepteur humain ACE2 est le point d'entrée du virus SARS-CoV-2 dans la cellule humaine.
Ensuite, une forme mutante du génome viral a été produite pour éliminer le site de clivage de la furine (le rendant plus similaire à l'un des CoV de chauve-souris, SL-CoV CZ45). Lorsque des virus pseudotypés avec la protéine S mutante ont été autorisés à infecter des cellules exprimant des récepteurs humains ACE2, l'efficacité de l'infection est restée la même ou a augmenté dans toutes les espèces animales sauf trois. L'ACE2 dérivé du pangolin permettait désormais l'entrée du virus aussi facilement que l'ACE2 humain.
Le pourcentage d'utilisation des récepteurs par le virus du SRAS a également été testé parmi les 14 espèces. La plus mauvaise utilisation a été faite par la chauve-souris et le rat ACE2 à moins d'un cinquième de l'enzyme humaine. Concernant les autres, ils ont permis l'entrée virale à plus de la moitié du taux de l'ACE2 humain, alors que pour le lapin et le pangolin, l'ACE2 avait une efficacité plus élevée que l'ACE2 humaine.
Pourquoi certains récepteurs ACE2 n'autorisent-ils pas la liaison du virus?
Les chercheurs ont comparé les séquences de la protéine ACE2, en particulier en ce qui concerne 23 acides aminés critiques qui sont étroitement liés à la RBD du nouveau coronavirus. Ils n'ont trouvé aucune différence à aucun moment entre l'homme et le singe rhésus ACE2, alors qu'il y avait trois substitutions uniques chez le rat et la souris. Ceux-ci pourraient expliquer la faible efficacité de ce dernier, suggèrent-ils, en raison des changements structurels qui en résultent, qui inhibent l'interaction correcte de l'enzyme avec le récepteur.
En quoi l'étude est-elle importante?
Les chercheurs affirment que leurs résultats ont des implications importantes en termes d'identification du réservoir naturel, de la propagation du virus à travers les frontières des espèces, de sa transmission de l'homme aux animaux et de la modélisation animale du virus. Ils suggèrent: « Il est donc raisonnable de supposer que le SRAS-CoV-2 pourrait infecter tous ces animaux. »
Le CoV de Pangolin et un type de CoV de chauve-souris sont susceptibles de pouvoir utiliser à la fois de l'ACE2 humain et d'autres animaux pour pénétrer dans les cellules hôtes. De plus, le virus SARS-CoV-2 peut se lier à plusieurs ACE2 animales même si le site de clivage de la furine est supprimé. Ainsi, bon nombre de ces animaux sauvages peuvent être des hôtes naturels ou des hôtes intermédiaires pour le nouveau coronavirus et son progéniteur.
Un Pangolin à la recherche de fourmis. Crédit d'image: 2630ben / Shutterstock
Les humains peuvent également transmettre le virus à leurs chiens et chats de compagnie, et encore plus efficacement aux lapins de compagnie. Un chien de compagnie de Hong Kong a été testé positif pour un virus avec seulement 3 changements de nucléotides par rapport au virus isolé des deux personnes infectées dans le même ménage. En raison de la possibilité théorique que les animaux de compagnie infectés puissent propager le virus à des humains en bonne santé, les chercheurs disent: «Par prudence, il serait préférable, lorsque l'on est infecté, de mettre en quarantaine à la fois les humains et les animaux de compagnie, et les animaux de compagnie également testés. . «
Les résultats sont également importants pour les scientifiques travaillant sur des modèles animaux. Des modèles de souris transgéniques ont été développés au cours de l'épidémie de SRAS, mais ceux-ci pourraient être à court en raison de la baisse de la production après sa disparition et en raison de la demande accrue pour ces modèles. Au lieu de cela, les chercheurs suggèrent, étant donné la grande efficacité des récepteurs ACE2 du lapin pour le SARS-CoV et le SARS-CoV-2, « il peut être utile d'évaluer les lapins comme un modèle animal utile pour d'autres études. »
