Au fur et à mesure que la pandémie COVID-19 progresse, il est crucial de suivre les changements viraux afin de relier les caractéristiques cliniques et épidémiologiques de la maladie à ces mutations. Une nouvelle étude publiée sur le serveur de pré-impression bioRxiv * en septembre 2020, un rapport sur une mutation commune du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), D614G, et ses effets sur le virus.
Au début de la pandémie, une nouvelle mutation est apparue, à savoir le D614G, dans la protéine de pointe, remplaçant la plupart des souches locales partout où elle est apparue. L'étude actuelle est basée sur l'incorporation de cette mutation dans une souche de SARS-CoV-2 de type sauvage afin de comprendre comment elle affecte les interactions virus-hôte.
Les résultats qu'ils ont mesurés comprenaient la réplication virale sur les cellules épithéliales pulmonaires humaines et les tissus des voies respiratoires humaines primaires, la capacité virale dans les voies aériennes supérieures du hamster et la sensibilité à la neutralisation. Cette étude devrait contribuer à comprendre le rôle joué par cette mutation dans la transmission du virus, l'efficacité de divers vaccins et du plasma convalescent riche en anticorps.
Sommaire
Spike Mutations et leur importance
Même si la plupart des cas de COVID-19 ne développent qu'une maladie bénigne, la pandémie a fait près de 900 000 morts dans le monde au cours des huit derniers mois. Notamment, le COVID-19 sévère est lié à une réponse immunitaire dérégulée, avec une inflammation excessive et systémique. Cependant, des facteurs viraux tels que la virulence pourraient également jouer un rôle dans l'évolution de la maladie.
Les chercheurs ont découvert des mutations qui codent pour des acides aminés d'un type différent dans la séquence de la protéine de pointe du SRAS-CoV-2. Cette protéine est essentielle pour l'entrée virale dans la cellule hôte via l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2). Ces mutations peuvent entraîner des altérations de la gamme d'hôtes, de la pathogenèse et du tropisme tissulaire.
Lors de la première épidémie de SRAS de 2002, une seule mutation dans la protéine de pointe a permis à l'infection de se propager du réservoir d'origine à l'hôte civette intermédiaire et aux humains.
La mutation D614G
Dans la pandémie actuelle, la mutation D614G est devenue dominante après mars, pour couvrir ~ 75% de toutes les séquences virales publiées d'ici juin 2020. Il y avait également trois mutations d'accompagnement.
Cet ensemble de mutations est devenu le prédominant à la fois dans le monde et dans des localités distinctes après l'introduction, montrant qu'il peut avoir conféré un avantage de fitness et pas seulement en raison de l'effet fondateur ou de la dérive génétique. Un avantage particulier semble être un potentiel infectieux accru, soutenu par la découverte que ce mutant est associé à des charges virales plus élevées dans le nasopharynx chez les patients COVID-19.
Les pseudovirus montrent une infection améliorée de la souche mutante
La transmissibilité est un facteur clé de l'aptitude virale, mais des mesures directes étaient nécessaires pour confirmer le rôle de la mutation dans l'amélioration de l'aptitude. Les chercheurs ont d'abord décrit le phénotype de la mutation D614G dans les pseudovirus. Ils ont trouvé des titres viraux plus élevés dans de nombreux types de cultures cellulaires lorsqu'ils étaient infectés par le variant G614. Cela a indiqué que la variante pourrait peut-être provoquer une entrée virale plus élevée dans les cellules et une réplication dans les voies respiratoires.
Pour confirmer cela, ils ont utilisé un virus de type sauvage avec la mutation de pointe pour infecter une culture cellulaire, un tissu 3D des voies aériennes humaines primaires et des hamsters expérimentaux. Ils ont également utilisé des tests de neutralisation pour les échantillons de sérum et les anticorps monoclonaux (mAbs), basés sur des virus rapporteurs SARS-CoV-2 portant soit D614 ou G614, marqués avec mNeonGreen.
Conception expérimentale de l'infection de hamster et prélèvement d'échantillons. (a) Vue d'ensemble graphique de l'expérience pour évaluer l'impact de la mutation G614 sur la réplication dans le système respiratoire des hamsters. (b) Échantillons schématiques récoltés les jours 2, 4 et 7 après l'infection. Illustration du poumon de hamster adaptée de Reznik, G. et al. Anatomie clinique du hamster européen. Cricetus cricetus, L.
Réplication et infectiosité accrues de la souche mutante
Les chercheurs ont observé que la substitution D614G dans la protéine de pointe dans les cellules épithéliales pulmonaires humaines provoquait une réplication virale et une infectivité plus importantes en comparant les deux variantes, d'abord dans la culture de cellules Vero. Ils ont trouvé des plaques d'aspect similaire, mais avec un titre infectieux plus élevé avec le virus G614 après 12 heures; plus tard, les deux affichent des titres similaires. La même chose a été observée pour les charges d'ARN viral extracellulaire. Cela a montré que la mutation n'affectait pas ces deux paramètres sur les cellules Vero.
L'étape suivante consistait à répéter l'expérience sur des cellules épithéliales pulmonaires Calu3 humaines. Ils ont constaté que le virus G614 avait des titres viraux infectieux légèrement plus élevés jusqu'à un maximum de 2,4 fois plus élevés au cours des 48 heures suivantes. Pourtant, la charge d'ARN viral était inférieure ou équivalente au cours de la même période avec ce variant. Cela indique que la mutation D614G rend le virus de la lignée cellulaire pulmonaire humaine plus infectieux.
Comment est-ce arrivé? Pour en savoir plus, les chercheurs ont ensuite examiné comment la protéine de pointe était traitée dans les deux variantes. Ils ont découvert que la protéine de pointe pleine longueur obtenue à partir des virions cultivés dans des cellules épithéliales pulmonaires humaines était presque entièrement transformée en forme de clivage dans les deux variantes. Cependant, ceux obtenus à partir de cellules Vero ont montré des efficacités de clivage nettement inférieures de 20% et 30% de moins pour le D614 et le G614, respectivement.
Ceci suggère l'influence de la culture cellulaire sur l'efficacité de clivage, mais aucun effet différentiel n'a été observé entre les deux virus.
La mutation améliore la condition physique des voies respiratoires supérieures du hamster
La mutation D614G a ensuite été testée dans le modèle de hamster syrien doré, où il a été constaté que l'une ou l'autre variante présentait des caractéristiques pathologiques similaires, y compris une perte de poids, mais sans autres symptômes visibles. Les titres viraux infectieux des voies respiratoires supérieures et inférieures étaient similaires pour les deux virus le deuxième jour, mais les différences étaient plus apparentes dans les voies aériennes supérieures que inférieures. La différence la plus significative entre le titre de virus infectieux pour les deux variantes a été observée au jour 4 après l'infection, dans les voies aériennes supérieures, en particulier dans l'épithélium nasal.
Même si le titre viral infectieux était plus élevé pour G614 que pour D614 chez les hamsters, la charge en ARN viral était presque identique. Ainsi, le rapport ARN / PFU pour G614 est resté plus bas dans toute la gamme des tissus des voies respiratoires.
Les chercheurs commentent: «Si le rapport ARN viral / PFU inférieur du virus G614 pouvait être extrapolé aux patients COVID-19, les différences modestes dans les valeurs de seuil de cycle (Ct) de RT-qPCR dans les prélèvements nasopharyngés des patients se traduiraient par un virus G614 infectieux ≥ 10 fois , soulignant le potentiel d'amélioration de la transmission et de la propagation.»En fait, il a été observé que si le même patient a deux souches différentes, l'une dans les prélèvements de gorge et l'autre dans les crachats, la première seule est la cause de la propagation.
Le septième jour après l'infection, aucun virus infectieux n'a pu être détecté. Cependant, des copies d'ARN viral étaient encore abondamment trouvées dans les échantillons de lavage nasal, ce qui indique que l'ARN viral persiste après l'élimination des virions infectieux. Cela explique les résultats positifs de la RT-PCR chez certains patients COVID-19, même lorsque le virus infectieux est indétectable. De plus, il reflète la découverte clinique selon laquelle la gravité de la maladie n'est pas corrélée à la mutation dominante.
Une comparaison directe de la condition physique a été réalisée à l'aide d'une expérience de compétition. Cela permet l'élimination des variations hôte-hôte tout en utilisant des contrôles internes, avec une quantification plus précise du rapport des souches virales que celle obtenue en trouvant les titres individuellement. En utilisant l'inoculation intranasale, ils ont infecté des hamsters avec 104 PFU chacun pour chaque virus. Pour compenser les cellules Vero d'origine, elles ont également reçu de l'ARN viral à des niveaux équivalents à ceux ci-dessus. Ils ont constaté que dans tous les tissus des voies respiratoires, le virus G614 est supérieur au D614G614 / D614, ce qui indique son avantage de réplication.
Réplication virale renforcée
Les chercheurs ont ensuite évalué la réplication des virus D614 et G614 dans un modèle 3D de tissu des voies aériennes primaires. Ils ont constaté que les titres de virus infectieux étaient beaucoup plus élevés pour ce dernier, à 2 à 8 fois, mais pas les charges d'ARN viral. Cela confirme l'effet de la substitution sur la réplication en augmentant la réplication virale dans le tissu des voies aériennes supérieures humaines.
Des expériences de compétition pour comparer l'aptitude à la réplication ont montré que même lorsque le rapport infectieux initial de D614 et G614 passait de 1: 1 à 9: 1, ce dernier augmentait encore jusqu'à cinq fois le titre viral infectieux du premier dans les cinq jours. La souche G614 peut ainsi surpasser l'autre à grande vitesse pour obtenir l'avantage numérique, même lorsqu'elle est présente pour la première fois en tant que variante mineure dans une population virale mixte.
Susceptibilité à la neutralisation
Le test de neutralisation d'un ensemble de sérums prélevés sur des hamsters qui avaient été infectés par la souche D614 a montré que dans tous les cas, le titre de neutralisation requis pour G614 était 1,4 à 2,3 fois plus élevé que pour D614, montrant que cette mutation peut augmenter la sensibilité. à la neutralisation. Ainsi, tout vaccin efficace contre le premier ne perdra pas son efficacité contre le second.
Les chercheurs ont ensuite examiné 11 mAbs anti-RBD contre les deux virus. Ils ont constaté qu'un seul présentait une puissance doublée contre G614 par rapport au D614, mais les 10 autres présentaient une efficacité de neutralisation similaire aux deux. La mutation peut réduire l'efficacité de neutralisation en fonction de la conformation de la protéine de pointe, sur la base de l'épitope présenté au mAb.
Conclusion
Le chercheur résume ses conclusions en démontrant que «substitution de pic D614G améliore la réplication virale dans les voies respiratoires supérieures et augmente la sensibilité à la neutralisation. » Cela pourrait aider à développer de meilleurs vaccins et anticorps pour contenir la pandémie à l'avenir.
*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 traités comme des informations établies.
