La nouvelle plate-forme alimentée par l'IA pourrait aider les scientifiques et les responsables de la santé à attraper la prochaine variante Covid-19 avant de se propager, offrant au monde une longueur d'avance cruciale dans la lutte contre les futures pandémies.
Étude: La surveillance génomique in silico par la couverture prédit et caractérise les variantes d'intérêt SRAS-COV-2. Crédit d'image: Peterschreiber.Media/ShutterStock.com
Des chercheurs du Helmholtz Center for Infection Research et du Centre allemand pour la recherche sur les infections ont développé une plate-forme Web pour identifier et caractériser les variantes du syndrome respiratoire aigu sévère 2 coronavirus 2 (SARS-COV-2) au début de leur développement. L'étude est publiée dans Communications de la nature.
Sommaire
Arrière-plan
SARS-COV-2, l'agent pathogène causal de la pandémie de la maladie du coronavirus 2019 (Covid-19), est un virus d'ARN de sens positif à sens positif avec une grande capacité d'acquérir des mutations pendant son évolution. Ces mutations peuvent potentiellement augmenter la transmissibilité, la pathogénicité ou la capacité d'échappement immunitaire du virus, conduisant à l'émergence de variantes plus infectieuses ou plus nocives, désignées comme variantes de préoccupation (COV) ou variantes d'intérêt (VOI) par l'Organisation mondiale de la santé (OMS).
Une capacité d'échappement immunitaire élevée permet au SARS-COV-2 d'échapper à l'immunité antivirale développée par une infection ou une vaccination précédente. Cela met en évidence la nécessité de mettre à niveau fréquemment les vaccins Covid-19 pour maintenir leur efficacité contre les variantes circulantes.
Des programmes de surveillance génomique viraux à grande échelle ont été mis en œuvre dans plusieurs pays à travers le monde pour surveiller en continu l'évolution et l'adaptation du SAR-COV-2 et l'identification en temps opportun de nouveaux COV. Cela a conduit à la génération d'une grande quantité de données de séquençage du génome viral dans la base de données GISaid. Bien que la base de données GISaid ait énormément aidé les chercheurs et les responsables de la santé publique à caractériser l'évolution virale, des méthodes restent nécessaires pour interpréter en permanence ces séquences et garantir rapidement l'efficacité continue des vaccins.
Dans la présente étude, les chercheurs ont développé une méthode d'analyse en ligne, le système de couverture, pour la surveillance génomique du SARS-COV-2.
Le système de couverture
Le système de couverture analyse les données de séquence génomique SARS-COV-2 de la base de données GISAW, qui contient plus de 16,5 millions de séquences. Le système prédit et caractérise en permanence les VO potentiels émergents par le pays d'origine pour la dynamique des déformations et les changements antigéniques.
Le système comprend une suite de méthodes statistiques et bioinformatiques, y compris le test exact et la correction de Fisher pour des comparaisons multiples, qui compare les mutations survenant dans la protéine de pointe à la surface de différentes souches virales au cours d'un mois donné. Les souches virales avec des mutations significativement plus élevées que la moyenne devraient avoir une transmissibilité ou une capacité d'échappement immunitaire plus élevée. Ils sont ensuite affichés sur la plate-forme de couverture dans des graphismes spéciaux appelés « marques thermiques » afin que les utilisateurs puissent voir quand et où des changements importants dans le virus se produisent.
Validation du système
Les chercheurs ont testé la fiabilité du système de couverture en analysant les données de séquence du génome des COV connus, y compris la variante omicron de SARS-COV-2. Ils ont observé que le système peut identifier ces séquences comme des COV en moyenne 79 jours avant la désignation de l'OMS.
Le système a utilisé une méthode qui marque les changements d'acides aminés basés sur une capacité d'évasion immunitaire virale pour identifier les variantes SAR-COV-2 avec des altérations antigéniques. Ces scores d'altération antigénique sont calculés à l'aide d'une matrice qui pèse les mutations sur toute la protéine de pointe, pas seulement sur des sites antigéniques auparavant connus. Ils sont comparés contre les données de neutralisation expérimentale pour la validation.
Dans les cartes thermiques, ces scores d'altération antigénique ont augmenté dans un ordre clair, affichant tout d'abord des variantes qui ne sont surveillées, suivies par VOIS, et enfin, plus fortement, les COV, qui sont considérés comme particulièrement nocifs.
Étude de signification
L'étude décrit le développement et la validation d'une plate-forme de surveillance génomique, la couverture, qui surveille en continu les données de séquence du génome SARS-CoV-2 SARS-COV-2 pour identifier et caractériser les VOS potentiels à partir de souches virales circulantes en temps opportun. Il suggère également leur degré de modifications antigéniques et les allèles de protéine de pointe avec des changements d'acides aminés spécifiques qui peuvent fournir un avantage sélectif.
Le système de couverture comprend trois nouvelles méthodes: une méthode détecte des VOS potentiels avec une transmissibilité plus élevée; Une deuxième méthode analyse la dynamique des changements d'acides aminés à travers les principales protéines de pic de surface pour identifier celles qui peuvent conférer un avantage sélectif; et une troisième méthode qui marque le degré d'altération antigénique de chaque variante à l'aide d'une matrice d'échappement immunitaire unidirectionnelle.
L'évaluation systémique de la couverture indique que le système peut identifier 88% des VOI et COV désignés par l'OMS, avec une précision de 79% et un rappel de 72%, plus de deux mois avant leur désignation officielle de l'OMS. Aucun COV n'avait manqué et la plupart des lignées manquées étaient une pertinence de santé publique plus faible (variantes sous surveillance).
Les prédictions faites par la couverture dépendent de l'étendue et de la qualité des programmes de surveillance génomique virale en cours pour les pays individuels. L'analyse est effectuée en termes de pays et peut également être affectée par les effets génétiques de la population lorsque le nombre de cas est faible. Toute réduction de la surveillance génomique peut ainsi affecter sa capacité prédictive.
Plusieurs autres plates-formes Web, notamment NextStrain, Covariants, CoVIDCG, EeScape et SpikePro, surveillent les variantes SARS-COV-2 et caractérisent leurs fréquences mutagènes. Cependant, aucune de ces plates-formes ne marque en permanence toutes les variantes circulantes pour un avantage potentiel et un changement antigénique en temps réel. Ils ne fournissent pas non plus de comparaison contre les données expérimentales de l'antigénicité comme le fait la couverture.
En outre, le système de couverture combine des données GISAid avec des liens vers des ressources Web alternatives. Il propose des analyses reproductibles en libre accès pour des informations supplémentaires sur des variantes sélectionnées, fournissant une ressource complète pour la surveillance génomique virale.
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