Le séquençage génomique montre les profils de propagation du COVID-19

Une nouvelle étude montre le rôle que le séquençage génomique viral peut jouer dans la pandémie actuelle de COVID-19.

La pandémie du virus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SARS-CoV-2) s'est propagée rapidement à travers le monde, infectant plus de 2,6 millions de personnes et tuant plus de 183 000. La seule intervention actuellement possible est sous la forme de mesures non pharmacologiques, principalement la recherche des contacts, les mesures de quarantaine, l'éloignement social et les fermetures.

Comment ça marche? En l'absence de tests universels, il est difficile de le dire car de nombreux cas sont asymptomatiques. C'est là que le séquençage peut jouer un rôle important.

Particules du virus MERS Micrographie électronique à balayage colorisée des particules du virus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (jaune) attachées à la surface d'une cellule VERO E6 infectée (bleu). Image capturée et rehaussée de couleurs au NIAID Integrated Research Facility à Fort Detrick, Maryland. Crédits: NIAID

Le début de la surveillance génomique

En Chine, les scientifiques ont rapidement séquencé le génome viral et l'ont identifié comme un bétacoronavirus similaire au virus qui a provoqué l'épidémie de SRAS en 2002. Tout au long de la propagation du virus, le séquençage génomique a joué un rôle dans le suivi épidémiologique des souches virales véhiculées dans le monde entier. Ces souches remontent à leur origine par leurs mutations uniques et aident à relier les infections à distance.

Cette méthode a été considérablement avancée par le développement de protocoles de séquençage ciblés, le référentiel GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data), qui permet un partage ouvert et en temps réel des séquences, et Nextstrain. Cette plate-forme analytique permet de retracer rapidement les mutations d'une souche virale donnée. Tous ces éléments ont été mis à profit pour visualiser les voies probables de la propagation du virus.

Certaines découvertes inattendues incluent la découverte d'une séquence génétique chez un patient dans la région de Seattle, sans antécédents de voyage vers un hotspot ou de contact avec un cas COVID-19, qui était liée à celle trouvée chez un voyageur 5 semaines auparavant – montrant que la propagation de la communauté s'est produite de façon intensive mais silencieuse tout ce temps.

Un écran d'ordinateur montre le séquençage de l'ADN. D-VISIONS / Shutterstock

New York – le nouvel épicentre

New York a connu un enfer de maladies et de décès depuis le premier cas confirmé le 3 mars 2020. Cette affaire solitaire a explosé en plus de 250 000 cas dans l'État de New York seulement, ce qui est juste un dixième du total des cas dans la monde.

Cependant, la ville de New York représente à elle seule plus de la moitié du nombre total de cas dans l'État avec plus de 142 000 cas confirmés. À l'heure actuelle, l'épicentre de l'épidémie de NY alimente le système hospitalier de NYU Langone Health. L'étude actuelle visait à enregistrer les caractéristiques de la propagation précoce du COVID-19 dans une grande ville et à retracer les souches jusqu'à leurs origines les plus anciennes connues.

Comment l'étude a-t-elle été réalisée?

Les chercheurs voulaient voir comment le virus se propageait dans la zone de chalandise du réseau d'hôpitaux NYU Langone Health à Brooklyn, Manhattan et le comté de Nassau. Ils ont d'abord mis en place un flux de travail conçu de manière optimale pour le séquençage et l'analyse génomiques. Ils ont échantillonné au hasard une population de cas confirmés testés entre le 12 mars et le 1er avril 2020.

L'ARN a été séquencé et une bibliothèque robotique a été construite. Les méthodes de séquençage du fusil de chasse ont été utilisées pour générer directement des séquences de haute qualité. L'analyse des génomes viraux a été effectuée avec 156 séquences qui ont réussi tous les tests de qualité. Les dossiers médicaux ont été analysés pour identifier les expositions.

Qu'est-ce que l'étude a montré?

Les chercheurs ont découvert que les échantillons provenaient de toute la zone mentionnée ci-dessus, mais la plupart provenaient de Brooklyn et de Manhattan. La plupart d'entre eux étaient situés dans la zone de chalandise des hôpitaux de la région métropolitaine de New York.

Cependant, une région, le comté de Westchester, située au nord de la ville et à l'extérieur de la zone desservie par l'hôpital, n'était pas représentée, bien qu'elle ait connu la première épidémie régionale.

Plus de 50% des cas n'avaient aucun antécédent d'exposition. Les chercheurs ont donc effectué un séquençage et une analyse phylogénétique des séquences d'échantillons pour découvrir à quel point elles étaient liées les unes aux autres. Si les cas se propagent à partir d'un ou de quelques cas index, les virus doivent être presque identiques.

Ils ont coloré chaque séquence selon l'endroit où vivait le patient. Cela a montré qu'il y avait plusieurs souches du coronavirus circulant dans la région d'échantillonnage datant de la première semaine de mars.

Ils ont ensuite comparé les génomes à plus de 7 600 séquences collectées dans le monde en utilisant le référentiel GISAID EpiCov. Après avoir tracé la phylogénie, ils ont coloré chaque séquence selon la séquence la plus similaire d'une autre région. Étonnamment, les chercheurs ont découvert que plus de 41% des échantillons étaient les plus étroitement liés à l'Europe, tandis que 46% provenaient des États-Unis ou du Canada.

Lorsqu'ils ont examiné la date de collecte de la dernière souche commune, stratifiée par région, ils ont constaté qu'environ 66% étaient similaires aux échantillons européens dès la dernière semaine de février 2020.

Peu de données sont disponibles concernant la propagation précoce de la pandémie en janvier et février en particulier, car peu de séquences ont été collectées sur la voie de transmission. En conséquence, disent les enquêteurs, trouver un lien avec des échantillons européens ne signifie pas à eux seuls qu'ils soupçonnent un événement de transmission spécifique ou qu'ils ont trouvé une chronologie.

Dans l'ensemble, ils ont trouvé près de 190 variantes de nucléotides et 97 acides aminés altérés. On continue d'en trouver plus à mesure que l'on effectue un séquençage des échantillons. Cela signifie que la surveillance doit être persistante, aux niveaux local, régional et national et même international, pour que la pandémie soit correctement surveillée.

En quoi l'étude est-elle importante?

Les mutations du virus de la grippe qui causent la grippe saisonnière sont essentielles pour la virulence, permettant au virus de s'échapper du système immunitaire même après la vaccination. Il permet également au virus de développer une résistance au médicament antiviral oseltamivir. Cependant, ce n'est pas le cas de la plupart des mutations du virus du SRAS-CoV-2, qui devraient être non fonctionnelles. Ce sont le résultat d'une dérive génétique, disent les chercheurs.

Encore une fois, le traçage génomique peut aider à suivre la propagation virale indépendamment des antécédents médicaux. C'est ainsi que l'échantillonnage actuel de la région de New York a montré qu'un spectre de transmission beaucoup plus large s'était produit que ce que l'on pensait à Seattle. Ce type d'analyse devra peut-être être fait rétrospectivement, pour savoir comment la propagation se produit de manière invisible dans la communauté de chaque région.

Cela mettra également en lumière les effets des politiques de santé publique et les changements de comportement tels que la distanciation sociale et la quarantaine. Il contribuera également à façonner la gestion prospective des épidémies actuelles.

Mais une telle surveillance n'est pas facile à mettre en place instantanément. Ainsi, au vu de ces fonctions critiques, les scientifiques affirment: «Compte tenu des obstacles logistiques et réglementaires à l'établissement d'une telle surveillance, il est essentiel de disposer de cette infrastructure déjà en place pour les futures vagues de COVID-19».