Les chercheurs du BioCenter de Vienne ont conçu un protocole de test pour le SRAS-CoV-2 qui peut traiter des dizaines de milliers d’échantillons en moins de 48 heures. La méthode, appelée SARSeq, est publiée dans la revue Communications de la nature et pourrait être adapté à de nombreux autres agents pathogènes.
La pandémie du COVID-19 a duré plus d’un an et continue d’avoir un impact considérable sur nos vies. Bien que certains pays aient lancé des campagnes de vaccination rapides, beaucoup attendent encore des programmes de vaccination à grande échelle et des thérapies antivirales efficaces – avant que cela ne se produise, le monde doit de toute urgence retrouver un semblant de normalité.
Une façon de nous rapprocher de ce point est des tests parallèles massifs. Les tests moléculaires qui détectent la présence du SRAS-CoV-2 sont devenus le meilleur moyen d’isoler les cas positifs et de contenir la propagation du virus. Plusieurs méthodes ont été mises au point, certaines qui détectent les protéines virales à partir d’écouvillons nasopharyngiens (tels que les tests d’antigène), et d’autres qui détectent la présence d’ARN viral à partir d’écouvillons, d’échantillons de gargarisme ou d’échantillons de salive (tels que les tests de transcription inverse et de réaction en chaîne par polymérase, ou RT-PCR).
Bien que les tests antigéniques facilitent certains aspects logistiques des tests de masse, leur pouvoir de détection est relativement faible – les individus infectés porteurs de faibles quantités de virus ne sont pas détectés et peuvent continuer à infecter d’autres personnes. Les tests PCR, en revanche, sont plus sensibles car ils multiplient les fragments du génome viral avant de scanner les échantillons pour le virus. Cependant, ils reposent sur la détection de marqueurs fluorescents qui marquent les séquences virales, ce qui signifie que le regroupement d’échantillons provenant de différentes personnes rend le processus plutôt inefficace: si un pool est positif, tous les échantillons du pool doivent être testés à nouveau individuellement pour identifier le source du signal fluorescent. Trop de machines nécessaires, trop chères, trop lentes.
Lors du tout premier verrouillage, les scientifiques du BioCenter de Vienne réfléchissaient à la situation: il devait y avoir un moyen d’intensifier les tests. Ulrich Elling, chef de groupe à l’Institut de biotechnologie moléculaire de l’Académie autrichienne des sciences (IMBA), et Luisa Cochella, chef de groupe à l’Institut de recherche en pathologie moléculaire (IMP), ont décidé de canaliser leur frustration vers une solution innovante. Le chef du groupe IMP Alexander Stark et le post-doctorant IMBA Ramesh Yelangandula ont joint leurs efforts et le projet a décollé.
Combinant leur expertise en génomique, en biochimie de l’ARN et en analyse de données, ils ont développé une méthode qui pourrait permettre à de grands groupes d’être testés pour le SRAS-CoV-2 avec la même sensibilité que les tests PCR classiques. SARSeq, ou «analyse de la salive par séquençage d’ARN», atteint une sensibilité, une spécificité et la puissance de traiter jusqu’à 36 000 échantillons en moins de 48 heures. La méthode est maintenant publiée dans la revue Communications de la nature.
Le principe du test est conceptuellement simple: des échantillons de patients individuels sont collectés dans les puits d’une plaque de test – un puits pour chaque échantillon. Ensuite, un fragment d’ARN viral unique au SARS-CoV-2 – le gène de la nucléocapside – est sélectivement converti en ADN et amplifié par PCR dans tout puits qui le contient.
L’amplification du matériel viral à partir d’échantillons individuels à un maximum homogénéise sa quantité à travers les échantillons positifs, ce qui rend SARSeq très sensible. Parmi les milliers d’échantillons que nous avons pu tester simultanément, certains peuvent contenir jusqu’à 10 millions de fois plus de particules de coronavirus que d’autres – si nous regroupions ces échantillons avant l’amplification, ceux contenant de grandes quantités de matériel viral pourraient masquer d’autres cas positifs.. «
Luisa Cochella, chef de groupe, Institut de recherche en pathologie moléculaire, Institut de biotechnologie moléculaire de l’Académie australienne des sciences
Ce qui distingue cette première étape du test PCR habituel, c’est que chaque échantillon reçoit un ensemble unique de courtes séquences d’ADN – ou codes-barres – qui se fixent à l’ADN viral amplificateur. Dans une deuxième étape d’amplification, tous les échantillons d’une plaque sont regroupés dans un puits, qui reçoit un deuxième ensemble de codes-barres ADN uniques.
Le contenu de plusieurs plaques peut être regroupé une fois de plus, car les molécules d’ADN de chaque échantillon portent une combinaison unique de deux ensembles de codes-barres. Cette stratégie de mise en commun et de codes-barres rend SARSeq hautement spécifique et évolutif.
«Nous combinons la sensibilité de la PCR avec le haut débit de la technologie de séquençage de nouvelle génération, ou NGS, la même que celle utilisée pour séquencer le génome humain. La machine NGS traite les échantillons regroupés et nous indique quels échantillons contenaient un matériau SARS-CoV-2. Les codes-barres nous permettent de distinguer chaque échantillon positif des autres, et de le retracer jusqu’à un patient », explique Ramesh Yelagandula, premier auteur de l’étude. De plus, la méthode basée sur le NGS permet de tester plusieurs ARN en parallèle, y compris les ARN qui contrôlent la qualité de l’échantillon ou les ARN d’autres pathogènes pour le diagnostic différentiel.
«L’installation de séquençage de nouvelle génération et d’autres collègues du BioCenter de Vienne ont été d’une aide précieuse pour développer et optimiser la méthode», déclare Alexander Stark. « Avec nos machines, nos enzymes artisanales et notre pipeline d’analyse, nous prévoyons que chaque test coûtera moins de cinq euros. »
La procédure de test peut s’exécuter en parallèle avec les diagnostics existants, tout en étant indépendante des goulots d’étranglement dans les chaînes d’approvisionnement. Par conséquent, il n’entre pas en concurrence avec d’autres méthodes de test pour les réactifs ou l’équipement.
«Nous avons développé SARSeq pour essayer de contourner les limites d’autres tests et pour traiter des milliers d’échantillons en parallèle. Non seulement c’est une excellente méthode pour détecter le SRAS-CoV-2, mais il peut également être appliqué à d’autres pathogènes respiratoires comme le virus de la grippe, les rhinovirus du rhume et potentiellement bien d’autres », déclare Ulrich Elling.
Les principes de SARSeq sont simples et adaptables à tout pathogène respiratoire. Alors que la population mondiale monte en flèche avec notre proximité avec les animaux, des méthodes de diagnostic de pointe comme SARSeq seront cruciales pour empêcher de futures maladies de se propager comme des incendies de forêt.
La source:
IMBA- Institut de biotechnologie moléculaire de l’Académie autrichienne des sciences
Référence du journal:
Yelagandula, R., et al. (2021) Détection multiplexée du SRAS-CoV-2 et d’autres infections respiratoires à haut débit par SARSeq. Communications de la nature. doi.org/10.1038/s41467-021-22664-5.
