Comment l'épidémiologie génomique suit-elle la propagation du COVID-19 au niveau local et mondial ?

Le nouveau coronavirus défie la technologie de séquençage du génome et le traitement des données comme jamais auparavant.

En décembre 2019, de nouveaux cas de pneumonie grave ont été détectés pour la première fois à Wuhan, en Chine, et la cause était résolument un nouveau coronavirus bêta lié au coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS) qui a émergé d'un réservoir de chauve-souris en 2002. Au cours de la premier mois de l'épidémie, 2 641 cas de COVID-19 ont entraîné 1 832 hospitalisations, 207 admissions en soins intensifs et 126 décès. La maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), la maladie causée par le SRAS-CoV-2, a été déclarée par l'Organisation mondiale de la santé urgence de santé publique de portée internationale le 30 janvier 2020 et pandémie le 11 mars 2020. Covid 19 a créé des blocages mondiaux, des perturbations économiques et sociales conduisant à un dépassement du secteur de la santé.

Les flambées multiples suggèrent que les stratégies de préparation et de réponse doivent être modernisées. Les avancées modernes dans le séquençage de l'ADN, la génomique, l'épidémiologie et les analyses de données volumineuses offrent de nouveaux modèles pour tracer les réseaux de transmission symptomatiques et asymptomatiques et identifier les sites de propagation et les populations à risque, permettant ainsi d'interrompre ou de retarder la transmission du virus pour réduire les risques sociaux et économiques. perturbations et réduire la morbidité et la mortalité.

Échantillons et données épidémiologiques

Les généticiens sont capables de séquencer des génomes viraux depuis des décennies, mais les dernières avancées technologiques impliquent qu'ils peuvent désormais le faire en quelques heures ou quelques jours. Tout aussi rapidement, les scientifiques du monde entier peuvent partager ce qu'ils apprennent via un réseau open source mondial appelé Nextstrain. Cette rapidité et cette collaboration ont changé la donne, permettant à cette « épidémiologie génomique » d'être utilisée en temps réel à mesure que la pandémie de COVID-19 se déroule. Une grande partie de la puissance de l'épidémiologie génomique découle du fait que la plupart des virus commettent de nombreuses erreurs lorsqu'ils copient leurs génomes, de sorte que des variations dans la séquence - c'est-à-dire de nouvelles mutations - apparaissent relativement souvent. C'est particulièrement vrai des virus qui utilisent l'ARN comme matériel génétique, comme le font les coronavirus. Très peu de ces mutations influencent la façon dont le virus agit - la plupart n'ont aucune conséquence apparente - mais les chercheurs peuvent les utiliser comme marqueurs pour faire un arbre généalogique du virus et voir comment le virus a changé au fil du temps et comment il s'est étendu de locale à locale.

Au début de l'épidémie de COVID-19, des chercheurs du monde entier ont commencé à séquencer des virus testés sur des patients et à construire un arbre généalogique du virus sur Nextstrain. Presque instantanément, ils ont pu voir que l'arbre était petit - les séquences virales n'avaient pas encore acquis de nombreuses mutations distinctes, ce qui signifie que le nouveau coronavirus, le SRAS-CoV-2, n'infectait pas les humains depuis longtemps. De plus, l'arbre avait un seul tronc, ce qui indique que chaque virus infectant les humains est probablement tombé d'un seul cas au début de décembre 2019. La mutabilité génétique du virus SRAS Cov-2 signifie également que les épidémiologistes peuvent utiliser ces variations dans leur génome pour suivre la vitesse de le virus lors d'une épidémie. En effet, la plupart des mutations sont essentiellement aléatoires, de sorte que chaque branche de l'arbre viral est susceptible d'avoir son propre ensemble unique de mutations. Si le virus d'une personne contient les mutations A, B et C, par exemple, cette personne pourrait l'avoir attrapé par quelqu'un dont le virus porte A et B ou A et C, mais pas par quelqu'un dont le virus a A, B, C et D .

Suivre la piste génétique

Au début de la pandémie actuelle, Nextstrain a enregistré la présence de génomes de coronavirus identiques ou presque identiques provenant de personnes dans des pays aussi espacés que le Canada, l'Australie et le Royaume-Uni. Les génomes étaient si semblables que les scientifiques ont conclu qu'ils devaient partager une source commune. Ce drapeau rouge a provoqué un nouvel interrogatoire, qui a révélé que tous les malades s'étaient récemment rendus en Iran. Pour le virus Covid-19, chaque lignée virale accumule environ 30 nouvelles mutations par an, ce qui équivaut à environ une nouvelle mutation pour deux maillons de la chaîne de transmission. En conséquence, la même séquence du génome viral peut être trouvée chez différentes personnes, de sorte que les traqueurs de génome peuvent réduire la transmission à une poignée de suspects seulement. Une incertitude supplémentaire vient du fait que les chercheurs ne peuvent probablement pas séquencer les virus de chaque individu infecté dans une pandémie généralisée.

Arbre généalogique viral

Les génomes peuvent être très efficaces pour répondre à une question clé de santé publique au début d'une épidémie : les nouvelles infections dans une localité donnée sont-elles importées par les voyageurs ou sont-elles d'origine locale ? Ce dernier - le résultat du virus circulant au sein de la communauté - créerait un besoin pour les mesures de distanciation sociale désormais familières à tant d'entre nous.

Fin février, par exemple, des séquenceurs ont trouvé des patients en Allemagne et en Italie qui partageaient la même mutation virale inhabituelle. Le patient allemand étant tombé malade plus tôt, cela a conduit certains chercheurs à suggérer que le virus s'était propagé de l'Allemagne à l'Italie. En réalité, cependant, les patients allemands et italiens auraient pu attraper le virus d'une tierce personne, pourtant mystérieuse, dont le virus n'a pas été séquencé. Pourtant, ces limites n'ont pas empêché l'épidémiologie génomique de jouer un rôle clé dans la pandémie de COVID-19. L'approche a aidé les responsables de la santé publique à identifier l'agent pathogène, à retracer ses déplacements et à reconnaître rapidement la propagation dans la communauté. Et dans les mois à venir, la méthode aura peut-être plus à apporter. Une contribution proviendra probablement d'études à plus long terme sur l'emplacement des mutations dans le génome. La plupart des changements génétiques, rappelez-vous, ne font que peu ou pas de différence pour le virus : ils sont « neutres », dans le langage des biologistes évolutionnistes. Mais les mutations qui modifient la forme des protéines clés, telles que la protéine de pointe à la surface du virus qui se lie aux récepteurs de nos cellules, sont plus susceptibles d'avoir de l'importance.

En utilisant la chapelure génomique pour suivre la transmission du virus, les épidémiologistes espèrent reconnaître quelles activités sont les plus susceptibles de propager le virus. La communauté scientifique se concentre sur la recherche d'autant de données génomiques que possible. La prochaine étape pourrait être de découvrir des liens entre les séquences génomiques du SRAS-CoV-2 et ses propriétés virales. Cela pourrait aider les scientifiques à comprendre si une mutation particulière conduit à une infection plus grave ou à un ensemble de symptômes.