De nouvelles recherches de l'Université du Nebraska-Lincoln ont montré que les mutations survenant dans le virus du SRAS-CoV-2 à l'origine du COVID-19 semblent fonctionner dans la famille – ou du moins dans le genre de coronavirus le plus dangereux pour l'homme.
Après avoir comparé l'évolution précoce du SRAS-CoV-2 à celle de ses plus proches parents, les bêtacoronavirus, l'équipe du Nebraska a découvert que les mutations du SRAS-CoV-2 se produisent essentiellement aux mêmes endroits, à la fois génétiquement et structurellement.
Les similitudes mutationnelles entre le SARS-CoV-2 et ses prédécesseurs, y compris le SARS-CoV-1 et le MERS-CoV infectant l'homme, pourraient aider à prédire comment le virus à l'origine du COVID continuera d'évoluer, ont déclaré les chercheurs.
"Le problème de ne regarder qu'un seul virus à la fois, c'est que vous perdez la forêt pour les arbres", a déclaré Katherine LaTourrette, étudiante au doctorat dans le programme Complex Biosystems au Nebraska. « En regardant cette situation dans son ensemble, nous avons pu prédire la nature mutationnelle du SARS-CoV-2.
« Cela entre dans ces questions de : les vaccins vont-ils être efficaces à long terme ? Quelles variantes vont se faufiler ? Avons-nous besoin de ce rappel? Les personnes vaccinées vont-elles être infectées une deuxième fois ? »
« Vous êtes plus susceptible de toucher cet œil de bœuf »
Le code génétique d'un virus détermine sa capacité à infecter les cellules et à les diriger pour produire plus de copies de lui-même. Ce code se compose de composés fondamentaux, ou nucléotides, avec des mutations se produisant partout où ces nucléotides sont ajoutés, soustraits ou échangés les uns contre les autres. De nombreuses mutations ont peu ou pas d'effet, de la même manière qu'essayer de pirater un mot de passe complexe en modifiant un seul caractère échouera probablement.
Mais avec suffisamment de chances, un virus finira par se produire sur une ou plusieurs mutations qui modifient l'assemblage de ses articulations structurelles, ou acides aminés, suffisamment pour l'aider à mieux envahir les cellules et à se répliquer - des avantages qui l'aident à surpasser les autres souches. Dans certains cas, une nouvelle souche peut également échapper aux réponses immunitaires suscitées par les vaccins existants, ce qui nécessite le développement de nouveaux vaccins pour s'en protéger.
LaTourrette et son conseiller, Hernan Garcia-Ruiz, étaient occupés à comparer les schémas mutationnels de virus qui envahissent un royaume biologique différent – les plantes – lorsque la pandémie de SRAS-CoV-2 a frappé. Pour ce faire, les chercheurs analysaient des segments d'ADN séquencé à partir d'emplacements parallèles sur les génomes de tous les virus d'un genre. Ils recherchaient spécifiquement des mutations ponctuelles : des segments dans lesquels un seul nucléotide avait changé. En les localisant, l'équipe cherchait à déterminer si certaines mutations apparaissaient dans des virus végétaux apparentés, puis retraçait ces mutations aux changements fonctionnels d'acides aminés dans les virus.
"Souvent, les chercheurs étudient un virus végétal spécifique", a déclaré LaTourrette. « Ils le savent très bien. Mais notre question était : Vue d'ensemble, que fait le genre ? Nous savons que la variation n'est pas aléatoire. Il s'accumule dans des zones spécifiques du génome, et ces zones sont (parfois) cohérentes à travers le genre. Ceux-ci ont tendance à être des domaines importants pour des choses comme l'adaptation de l'hôte - en gros, des domaines qui devront continuer à changer afin de continuer à co-évoluer avec leur hôte.
« Donc, lorsque COVID-19 s'est produit, nous avons pensé, eh bien, nous pouvons télécharger les séquences (de bêtacoronavirus) et les exécuter dans le pipeline et voir où la variation se produit. »
Lorsqu'ils l'ont fait, LaTourrette et ses collègues ont découvert que la soi-disant protéine de pointe, qui dépasse des bêtacoronavirus et permet leur entrée dans les cellules hôtes en se liant à des récepteurs à la surface, mute rapidement sur tous les bêtacoronavirus connus, y compris le SRAS-CoV-2.
Bien qu'elle ne représente que 17% du génome du SRAS-CoV-2, la protéine de pointe "hyper-variable" a jusqu'à présent accumulé environ 50% des mutations totales du virus, ont découvert les chercheurs. Ces mutations émergent dans les mêmes régions du génome, et même dans les mêmes sous-unités de la protéine de pointe, comme elles l'ont fait dans tous les autres bêtacoronavirus à ce jour.
"Toutes nos analyses ont montré que c'est vraiment là que la variation se produit", a déclaré LaTourrette. "Peu importe quand nous l'avons regardé, quelle variante nous avons examinée - la protéine de pointe était la clé."
L'équipe a également conclu, comme d'autres virologues l'ont fait, que la protéine de pointe SARS-CoV-2 est désordonnée - que tandis que ses acides aminés s'assemblent dans la même architecture générale, cette architecture a ce que LaTourrette a appelé "une certaine marge de manœuvre" pour passer à légèrement différent configuration. C'est une mauvaise nouvelle, a-t-elle dit, étant donné que sa flexibilité structurelle lui donne probablement aussi une marge de manœuvre fonctionnelle.
"Les humains peuvent avoir des récepteurs cellulaires légèrement différents, d'une personne à l'autre", a déclaré LaTourrette. «Alors, vous devez avoir un récepteur (protéine de pointe) qui peut s'adapter à ces petits changements. S'il était très ordonné et qu'il ne pouvait pas bouger, alors peut-être qu'il ne pourrait pas infecter tout le monde. Mais en ayant cette flexibilité, c'est un bien meilleur virus.
« Fondamentalement, cette zone est hyper-variable et flexible. C'est donc le double coup dur.
Ces qualités continueront de faire du SARS-CoV-2 un ennemi redoutable qui nécessite de la vigilance pour parer dans un avenir prévisible, a déclaré LaTourrette. Mais connaître ses points forts et le fait que l'histoire évolutive d'autres bêtacoronavirus pourrait servir d'aperçu raisonnable de cet avenir devrait aider les virologues et les vaccinologues à élaborer des stratégies en conséquence.
Les vaccins devront peut-être continuer à cibler la protéine de pointe distinctive à mesure que le SRAS-CoV-2 évolue, mais la consultation des schémas mutationnels des bêtacoronavirus pourrait aider les chercheurs à prévoir quels domaines de la protéine sont les plus et les moins susceptibles de muter. Et cela pourrait rendre une cible en mouvement beaucoup plus facile à atteindre, a déclaré LaTourrette.
"Si vous fermez les yeux lorsque vous lancez une fléchette sur un jeu de fléchettes, cela pourrait aller n'importe où", a-t-elle déclaré. « Mais en regardant les autres espèces (de bêtacoronavirus), vous avez une idée de l'endroit où il est susceptible d'atterrir. Et vous avez plus de chances de toucher cet œil de bœuf. »
Bien que LaTourrette soit déjà revenue au royaume des plantes, elle a déclaré que l'opportunité d'adapter son travail à un objectif aussi urgent s'est avérée gratifiante à une époque où la gratification était rare.
« Pour nous, passer (de la transition) des plantes aux coronavirus était un moyen vraiment positif de montrer que vous pouvez utiliser votre science et vos connaissances, et que vous pouvez les appliquer au profit de la société », a déclaré LaTourrette. « Au cours de la dernière année et demie, nous avons vu de très bons exemples de groupes faisant ce changement.
"Même si c'est une période très difficile et qu'il y a beaucoup de difficultés, je pense que c'est vraiment positif de voir des scientifiques se réunir et pouvoir contribuer à une cause ensemble."
LaTourrette et Garcia-Ruiz, professeur agrégé de pathologie végétale au Nebraska Center for Virology, ont mené la recherche avec la récente diplômée de la maîtrise Natalie Holste, la doctorante Rosalba Rodriguez-Peña et Raquel Arruda Leme, chercheuse invitée du Brésil.
L’équipe, qui a reçu le soutien des National Institutes of Health et de l’Institut national de l’alimentation et de l’agriculture du département américain de l’Agriculture, a récemment publié ses conclusions dans le Journal of Virology.
