vendredi 22 mai 2020

Généralités sur le coronavirus

I) Le coronavirus

1) Qu'est-ce qu'un virus ?

Un virus est constitué d'une enveloppe protégeant une séquence génétique, et d'un spicule permettant de s'accrocher à une cellule ciblée pour y injecter son matériel génétique.
Ce matériel génétique peut être sous forme d'ADN, comme l'ADN présent dans toutes nos cellules, ou sous forme d'ARN, qui est une transcription d'une partie de l'ADN, servant de support pour fabriquer la protéine correspondante.
En temps normal, une cellule n'utilise pas les milliers de gènes inscrits dans l'ADN, mais en transcrit seulement une partie en ARN, qui sort alors du noyau pour être pris en charge par une véritable chaîne de production de protéines, les ribosomes.
Le matériel génétique du virus peut être soit directement lu dans le cytoplasme (ARN), soit intégré dans le noyau (ADN) pour y être traité comme le génome habituel de la cellule. Il code pour la fabrication de virus : ainsi, une cellule infectée devient une usine de fabrication de virus.

2) Comment l'organisme se défend-il ?

Le système immunitaire est organisé de façon à reconnaître le "soi" du "non-soi". Lorsqu'une cellule est infectée, ou lorsque des débris de virus sont amassés par les cellules responsables du ménage dans l'organisme, des fragments sont présentés et reconnus par notre système immunitaire comme étant du "non-soi".
Le système immunitaire - 3e - Cours SVT - Kartable
Ainsi après une certaine phase de prolifération du virus, et lorsque le système immunitaire a enfin détecté le virus, s'enclenche une bataille dont l'issue est le plus souvent favorable à l'organisme. Dans cette lutte, des signaux sont émis pour augmenter la réaction immunitaire, cet appel au secours se fait par le biais de cytokines, les interleukines et les chemokines.

3) Particularités du coronavirus

Voici une comparaison des différents coronavirus qui ont émergé, selon le récepteur ciblé par le virus et le signal envoyé. Le récepteur ciblé par le sars-cov-2 est ACE2, situé dans le foie, les reins, les poumons, le coeur et les intestins.

On note que le récepteur est le même que celui du premier sars-cov mais n'est pas celui du mers-cov. Par contre, les molécules signal envoyées par l'organisme pour se défendre diffèrent beaucoup des anciens virus.

L'ARN du virus va produire une grosse protéine qu'il faut cliver en petites unités capables de réaliser plusieurs fonctions :

E : protéine constituant l'enveloppe
N : nucléocapside, permettant de replier ce long ARN pour le faire tenir dans une petite enveloppe
S : spicule permettant la fixation à la cellule cible
M : matrice permettant l'assemblage du virus
Les autres éléments (en bleu) sont également utiles pour la réplication de l'ARN viral.

On peut ainsi résumer l'action de ces différents éléments par un schéma :


II) Comment détecter le virus ?

1) La PCR (polymerase chain reaction)

L'histoire de cette technique est en soi fantastique, Kary Mullis ayant eu l'idée sous LSD.  Et il a encore récemment des idées très originales et révolutionnaires.
La technique utilise le fait que certaines bactéries résistent à de très hautes températures et se divisent à de telles températures. Leur polymérase, qui recopie l'ADN, est donc capable de fonctionner à des températures inhabituellement élevées.
Or la chaleur permet de séparer les double-brins d'ADN. On va donc chauffer pour séparer les double-brins et n'obtenir que des simple brins, puis refroidir à une température ne permettant pas à des longs double-brins de se recoller, mais permettant à de courtes séquences appelées "amorces" de se fixer si leur code est bien complémentaire de la région ciblée. Ainsi, la polymérase va pouvoir recopier le matériel génétique (bleu foncé) à partir de l'amorce (vert) sélectionnée :
En choisissant intelligemment ses amorces, on va pouvoir encadrer une région de l'ADN à amplifier. Chaque cycle double le nombre de copies présentes.
La longueur d'une amorce est d'environ 20 bases, pour qu'elle soit totalement spécifique du virus et qu'elle ne puisse pas s'hybrider par hasard sur un autre matériel génétique.
Ainsi, si le virus est présent, son ARN sera recopié, et la quantité de matériel génétique doublera à chaque cycle. S'il est absent, pas de matériel génétique.
Comme les fragments recopiés auront tous la longueur comprise entre les deux amorces, tout le matériel génétique recopié aura la même longueur.
Un gel d'Agarose permet de séparer l'ADN selon sa longueur. Ainsi, on peut vérifier la présence ou l'absence de copie du matériel génétique sur un gel (R pour présent, S pour absent), accompagné d'ADNs de taille connue comme "échelle" (M) :
Analyse sur gel d'agarose 2 % révélé au bromure d'éthidium (BET ...

Ce résultat de type "présent" ou "absent" présente l'inconvénient de ne donner aucune indication sur la quantité de virus présent dans l'échantillon. On sait s'il y est, ou s'il n'y est pas, mais on n'a aucune idée de la quantité.

2) La PCR quantitative

Reprenant le principe de la PCR, qui double le matériel génétique à chaque cycle, une technique un peu plus élaborée a vu le jour. Il s'agit cette fois-ci d'utiliser une sonde fluorescente, qui détecte la région recopiée, à chaque cycle. Ainsi, on peut mesurer un signal fluorescent à chaque tour. Mais en plus, on y associe une quantité connue de matériel génétique, par exemple avec une gamme : un million de copies donne telle intensité lumineuse, 10 millions telle intensité lumineuse etc...
Ainsi il devient possible de dénombrer le nombre de copies présentes au départ.
Comme la sonde peut toujours se fixer par accident de façon non spécifique, et qu'il y aura un bruit de fond dépendant de la quantité de matériel génétique, si on continue à répliquer le matériel génétique indéfiniment, on finira toujours par avoir un signal positif. On va donc fixer un seuil de fluorescence qu'on considère comme "positif". Et ensuite déterminer combien de cycles permettent d'obtenir ce signal : c'est le Ct.
qPCR - Biomnigene

Dans cet exemple, comme il y avait davantage de copies dans le rouge que dans le bleu, le Ct1 est inférieur au Ct2. Le vert est peut-être devenu positif de façon erronée car il lui a fallu beaucoup de cycle pour qu'un signal apparaisse...

Il faudra donc fixer un Ct seuil, à partir duquel on considérera que l'échantillon est négatif. Celui-ci devra être confirmé par un contrôle positif et un contrôle négatif.

3) Le test ELISA

Il s'agit cette fois-ci non pas de détecter le matériel génétique, mais de détecter le virus entier, grâce à un anticorps. Pour cela, il faut développer un anticorps dont la forme épouse bien celle du spicule, et le coupler à un réactif permettant une réaction chimique changeant la couleur d'un liquide. On pourra alors tout simplement reconnaître les échantillons positifs sur des petites plaques permettant de tester de nombreux patients en même temps, en regardant la couleur obtenue :
Vég-Di@g - Test ELISA


Il existe d'autres méthodes encore, comme la détection d'anticorps dans l'organisme qui consiste à ne plus détecter le virus ou son matériel génétique, mais à détecter les anticorps que le corps aurait pu développer contre le virus.

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