La transmission du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) entre les animaux et les humains créera des réservoirs sauvages de virus qui pourraient potentiellement entraver les efforts à long terme pour contrôler la pandémie de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) . Une surveillance robuste et de meilleures procédures de laboratoire pour valider le potentiel zoonotique nécessitent de prédire quelles espèces hôtes sont à haut risque. Un obstacle majeur à la réalisation de cet objectif est que seules quelques espèces ont des séquences génétiques connues pour le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2), un récepteur vital pour l’entrée du SARS-CoV-2 dans les cellules hôtes.
Étude : Prédire la capacité zoonotique des mammifères à transmettre le SARS-CoV-2. Crédit d’image : Cheewarat Khomkhum/Shutterstock
Cet obstacle peut être surmonté en utilisant l’apprentissage automatique en combinant les caractéristiques écologiques et biologiques des espèces avec une modélisation tridimensionnelle des interactions protéine-protéine hôte-virus. L’utilisation de cette approche permet de prédire la capacité zoonotique du SRAS-CoV-2 pour plus de 5 000 mammifères, un ordre de grandeur de plus d’espèces qu’auparavant.
Dans cette étude publiée dans Proc. Royal Soc. B, un groupe de chercheurs a identifié un sous-ensemble d’espèces dans lesquelles la menace d’infection de retour semble la plus importante en raison de l’emplacement et des contacts accrus avec les humains dans les zones à forte prévalence de SRAS-CoV-2. Les analyses effectuées dans cette étude étaient basées sur les variantes du SRAS-CoV-2 qui étaient initialement les plus dominantes chez l’homme. Cependant, ces méthodes sont facilement adaptables à toutes les nouvelles variantes qui peuvent survenir.
L’étude
Les séquences ACE2 utilisées par les auteurs provenaient de 326 espèces couvrant huit classes et 87 ordres. La plupart des séquences provenaient des classes Mammalia (46,6%), Aves (23,3%), et Actinopterygii (22,1%). Les auteurs ont prédit la force de liaison de 299 vertébrés, dont 142 mammifères. Parmi les ordres de mammifères analysés, des forces de liaison moyennes prédites plus fortes ont été montrées chez les carnivores et les primates par rapport aux chats domestiqués.
Pour prédire la capacité zoonotique chez les mammifères, les auteurs ont construit un modèle d’apprentissage automatique basé sur les traits. Les auteurs ont utilisé le modèle le plus performant pour générer des prédictions de la capacité zoonotique chez les espèces de mammifères. Le nombre de citations dans Web of Science, utilisé comme indicateur de l’effort d’étude, avait une importance relative d’environ 1 %, ce qui suggère une influence limitée sur le modèle en raison d’un biais d’échantillonnage parmi les espèces.
Le modèle utilisé dans cette étude a prédit que 540 espèces de 13 ordres auraient une capacité zoonotique dans les 90e centile. Il a été démontré que la majorité des primates avaient une capacité zoonotique élevée et, ensemble, présentaient une liaison virale plus forte que les autres groupes de mammifères. Les autres ordres prévus pour avoir une capacité zoonotique élevée comprenaient Pholidota, Hyracoidea, Scandentia, Perissodactyla, Pilosa et Artiodactyla non cétacé.
Résultats de plusieurs in vitro les études menées récemment ont affiché des résultats qui correspondaient aux prédictions du modèle de cette étude. Par exemple, des expériences réalisées sur des souris sylvestres ont confirmé l’infection par le SRAS-CoV-2 et la transmission à des congénères naïfs. Ce modèle a également prédit que les visons américains ont une capacité zoonotique élevée pour le SRAS-CoV-2, dans laquelle les animaux d’élevage présentent des signes d’infection grave et la capacité de transmettre l’infection aux congénères et aux humains. Ce modèle anticipait également que les grandes chauves-souris brunes avaient une faible capacité zoonotique.
Les résultats de ce modèle différaient considérablement de ceux d’enquêtes expérimentales déjà connues. Une capacité zoonotique élevée estimée pour les porcs a été détectée dans le modèle utilisé dans cette étude, bien que in vivo les études n’ont signalé aucune infection détectable ou transmission ultérieure. Des résultats similaires ont également été observés pour les bovins. Ce modèle a prédit une probabilité modérément élevée de capacité zoonotique, tandis que les expériences réalisées sur des animaux vivants ont montré que les bovins étaient sensibles mais sans transmission ultérieure aux congénères.
Implications
Cette étude a utilisé une combinaison de modèles de liaison virale basés sur la structure avec des données au niveau de l’espèce sur les traits écologiques et biologiques pour prédire si les espèces de mammifères peuvent devenir des hôtes zoonotiques du SRAS-CoV-2. Cette méthode, en particulier, élargit notre pouvoir prédictif au-delà du petit nombre d’espèces pour lesquelles les séquences ACE2 sont actuellement accessibles. On s’attend à ce que de nombreuses espèces de mammifères aient un potentiel zoonotique qui correspond ou dépasse la susceptibilité et la transmissibilité virales trouvées dans les infections expérimentales du SRAS-CoV-2. De nombreuses espèces à forte capacité zoonotique prédite par les modèles vivent dans des écosystèmes associés à l’homme et se chevauchent spatialement avec les points chauds mondiaux de COVID-19.