Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur, les chercheurs ont examiné la capacité réplicative de sept isolats de coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) dans 17 lignées cellulaires pour comprendre leurs variations phénotypiques et leur gamme d’hôtes. Les variantes surveillées dans l’étude comprenaient la souche B.1 ancestrale du SRAS-CoV-2, les variantes préoccupantes (VOC) Alpha, Beta, Gamma, Delta, Omicron (BA.1) et une ancienne variante d’intérêt (VOI) Zeta.
Sommaire
Arrière plan
Le SRAS-CoV-2, l’agent étiologique de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), a fait preuve d’une grande plasticité génétique depuis qu’il a déclenché la première vague pandémique fin 2019. En 2020, le SRAS-CoV-2 avait donné lieu à plusieurs COV et VOI différant par leurs caractéristiques génétiques, cliniques et épidémiologiques.
Curieusement, la plupart des variantes du SRAS-CoV-2 n’ont pas évolué les unes des autres selon un schéma défini mais indépendamment de la souche ancestrale. Par exemple, Omicron VOC qui a émergé en 2022 ressemblait le plus génétiquement à une souche de SRAS-CoV-2 qui circulait à la mi-2020. Un autre exemple est le VOI Zeta, qui est apparu aux côtés du Gamma VOC en Amérique du Sud pendant une brève période.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé des tissus tridimensionnels (3D) différenciés des voies respiratoires humaines et des organoïdes pour récapituler le in vivo situation. De plus, ils ont utilisé une gamme de lignées cellulaires immortalisées d’espèces domestiques et sauvages, notamment d’origine européenne.
Ces lignées cellulaires comprenaient des cellules épithéliales primaires des voies respiratoires humaines (AOH) dérivées de l’épithélium nasal et des lignées cellulaires dérivées des poumons. Ils ont utilisé des lignées cellulaires animales dérivées de chauves-souris, de rongeurs, d’insectivores et d’espèces de carnivores. De plus, les chercheurs ont obtenu tous les isolats de SARS-CoV-2 après un passage dans des cellules Vero-E6. Comme Vero-E6 était moins permissif au Beta VOC, ils l’ont isolé dans la lignée cellulaire A549-ACE-2 après le deuxième passage dans des cellules mixtes Vero-E6:A549-ACE-2 (1:1). Ces isolats ont infecté des cultures cellulaires à une multiplicité d’infection (MOI) de 0,1 à 37°C et 33°C. L’équipe a réalisé toutes les cultures cellulaires à 37 °C sous 5 % de CO2. Dans des conditions similaires, ils ont effectué tous les tests d’infection par le SRAS-CoV-2.
L’équipe a quantifié la charge d’acide ribonucléique (ARN) du SRAS-CoV-2 dans des échantillons à l’aide de la réaction en chaîne par polymérase de la transcriptase inverse quantitative en temps réel (qRT-PCR) et a présenté les résultats sous forme de log moyendix Nombre de copies d’ARN/mL (ARNc/mL).
Résultats de l’étude
Les auteurs ont observé un phénotype Omicron BA.1 distinct avec des capacités de réplication plus courtes mais plus rapides et plus efficaces et une excrétion virale infectieuse dans le modèle de cellules nasales HAE. Toutes ces propriétés, en plus de leurs propriétés d’évasion immunitaire, contribuent probablement à l’infectiosité d’Omicron et à son taux d’attaque secondaire élevé dans des contextes réels.
La réplication moins efficace dans les voies respiratoires inférieures explique la gravité clinique réduite d’Omicron BA.1, tandis que la réplication efficace précoce contribue probablement à sa propagation communautaire efficace. En outre, une meilleure liaison de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE-2) et une endocytose plus efficace contribuent à l’entrée et à la réplication efficaces des cellules d’Omicron. Le modèle HAE a permis d’étudier la phase précoce de la réplication du SRAS-CoV-2 qui reste non détectée par les tests de diagnostic, qui utilisent des échantillons cliniques collectés après l’apparition des symptômes. De plus, l’immunité adaptative qui atténue la réplication virale faisait défaut dans le modèle HAE.
Notamment, les niveaux d’ARN d’Omicron et le titre d’unités formant plaque (PFU) ont rapidement diminué dans les cellules HAE par rapport à Delta en 96 heures. Chez l’homme ex vivo bronchus, Omicron BA.1 a de nouveau montré une réplication précoce et rapide mais pas dans le parenchyme pulmonaire. L’efficacité réplicative globale du SRAS-CoV-2 était plus faible dans les cellules dérivées des poumons que dans les cultures d’AOH. La souche SARS-CoV-2 ancestrale avec la mutation D614G S a montré une réplication plus efficace dans les modèles in vitro nasaux et pulmonaires. Les COV alpha et bêta et le VOI zêta se répliquent mieux et éliminent davantage les virions infectieux à une température plus basse que Delta et Omicron.
La conservation du récepteur hôte ACE-2 à travers les espèces de mammifères a facilité la transmission inter-espèces du SRAS-CoV-2. C’est peut-être la raison pour laquelle il continue d’établir de plus en plus de nouveaux réservoirs animaux. Cependant, il est également inquiétant car il augmente le risque de nouvelles mutations du virus et de retombées sur l’homme. Dans ce contexte, les chercheurs ont noté que Delta et Omicron BA.1 n’ont pas montré d’augmentation de la gamme d’hôtes dans les lignées cellulaires animales dérivées de plusieurs petits mammifères européens (par exemple, les chauves-souris de la famille Rhinolophidés). De plus, ils n’ont montré aucun signe de réplication dans les cellules dérivées d’une chauve-souris non Rhinolophidae plus omniprésente, P. pipistrellus.
Seule une lignée cellulaire dérivée de rein de lapin était sensible à la réplication d’Omicron, B.1 et Delta. Étonnamment, aucune autre lignée cellulaire de lapin ou cellule provenant de visons et de furets n’a montré de sensibilité au SRAS-CoV-2, bien qu’il infecte les deux espèces. Il peut y avoir plusieurs explications aux écarts observés entre in vitro découvertes et infections naturelles et études animales. Par exemple, les modèles de culture cellulaire ne reflètent pas avec précision le site de in vivo réplication et ont une expression réduite des récepteurs.
De plus, le SRAS-CoV-2 utilise différents récepteurs chez certaines espèces animales. Bien que ne reflétant pas parfaitement la in vivo sensibilité, l’évaluation phénotypique dans les lignées cellulaires pourrait compléter les études bioinformatiques visant à identifier les espèces animales sensibles en comparant les séquences ACE-2.
conclusion
Les données de l’étude ont démontré qu’Omicron présente les différences phénotypiques les plus distinguées par rapport à toutes les autres variantes du SARS-CoV-2. De plus, il a une origine humaine car le SRAS-CoV-2 ne se réplique pas facilement dans les cellules de chauve-souris ayant des séquences de domaine de liaison aux récepteurs divergentes, comme RaTG13.
En outre, l’étude a souligné comment les modèles de culture cellulaire pourraient aider à mieux comprendre les différences phénotypiques et l’infectiosité des variants du SRAS-CoV-2 chez l’homme. Malgré leur capacité limitée à réfléchir in vivo environnements, ces modèles sont pertinents pour évaluer le risque de retour zoonotique du SARS-CoV-2.
*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.
