Étudier les infections virales une cellule à la fois. Un nouveau système microfluidique permet aux chercheurs d'étudier l'évolution dans le temps d'une infection virale et les conséquences d'une intervention antivirale dans jusqu'à 6 ans, 400 cellules individuelles simultanément. Des cellules individuelles sont infectées par un virus modifié qui produit une protéine fluorescente verte qui permet aux chercheurs de suivre la croissance du virus au fil du temps en suivant l'intensité de la protéine fluorescente verte dans chaque cellule. Crédit :État de Pennsylvanie
Un médicament antiviral qui inhibe la machinerie de réplication d'un virus cible sélectivement les virus les plus agressifs, selon de nouvelles recherches qui ont examiné l'infection de cellules individuelles par un virus et les conséquences d'une intervention antivirale. Cette nouvelle compréhension de la dynamique d'une infection et du mécanisme d'un médicament antiviral ne pouvait pas être vue par l'approche typique de l'étude des populations de cellules. Des chercheurs de Penn State, Université de Duke, et l'Université du Texas à Austin ont développé un système à haut débit pour étudier un grand nombre de cellules infectées qui ont facilité la nouvelle compréhension. Un article décrivant les résultats de la recherche paraît dans la revue Rapports de cellule .
"Traditionnellement, les virus et les médicaments antiviraux sont étudiés en infectant une population de cellules avec une population de virus, " a déclaré Craig Cameron, professeur et titulaire de la chaire de la famille Eberly en biochimie et biologie moléculaire à Penn State et auteur de l'article. "Les cellules et les virus varient quelque peu individuellement, donc les résultats que nous obtenons sont des moyennes sur la population. Les moyennes sont bonnes lorsqu'on ne s'intéresse qu'à l'efficacité d'un médicament, mais des études au niveau unicellulaire peuvent vous dire si des membres particuliers de la population sont plus sensibles au traitement et quand, au cours du cycle de vie du virus, le traitement agit. »
Pour étudier la dynamique d'une infection virale sur des cellules individuelles, les chercheurs ont utilisé une version modifiée du poliovirus qui produit une protéine fluorescente verte. Lorsqu'un virus se réplique dans une cellule, de plus en plus de protéine fluorescente verte est produite, que les chercheurs peuvent surveiller. Afin d'étudier suffisamment de cellules individuelles pour être fiable, des résultats statistiquement significatifs, les chercheurs ont construit un dispositif microfluidique qui leur permet de surveiller jusqu'à 6, 400 cellules simultanément.
Image du dispositif microfluidique et de la structure de ses puits qui permet aux chercheurs d'étudier la dynamique d'une infection virale et les conséquences d'une intervention antivirale une cellule à la fois. Crédit :État de Pennsylvanie
"Nous avons traité des cellules infectées par le poliovirus avec de la 2'-C-méthyladénosine, un inhibiteur de la polymérase virale qui empêche le virus de répliquer son génome, une étape nécessaire pour que le virus produise plus de virus, " a déclaré Jamie J. Arnold, un professeur de recherche agrégé à Penn State et un autre auteur de l'article. « Ce médicament a permis d'ouvrir la voie au développement du sofosbuvir, un médicament antiviral qui fait partie du cocktail de médicaments utilisés pour guérir l'hépatite C. Comme prévu dans les études précédentes, le médicament a éliminé environ 50 % des infections, mais nous avons été surpris de voir que le médicament était le plus efficace contre les virus qui se développaient le plus rapidement, quelque chose que nous n'aurions jamais pu voir si nous n'avions pas examiné les cellules individuellement."
Les chercheurs ont également suivi l'évolution dans le temps et la dynamique des infections virales dans des cellules individuelles. Ils ont étudié le moment où le virus a commencé à se répliquer, le taux de réplication, et le niveau maximal de croissance virale. En étudiant les cellules individuellement, les chercheurs ont pu montrer lesquels de ces facteurs pourraient être affectés par une légère variation entre les cellules et lesquels pourraient être affectés par des variations dans les virus.
Suivi d'une infection virale dans une seule cellule. Les images du haut montrent une seule cellule dans le puits d'un dispositif microfluidique qui permet aux chercheurs de suivre la dynamique d'une infection virale une cellule à la fois. D'abord une image en fond clair montrant la cellule, puis trois images montrant l'intensité de la fluorescence des virus infectant la cellule qui produisent la protéine fluorescente verte (GFP) à trois moments après l'infection (hpi). Le graphique du bas montre l'intensité de l'expression de la GFP par les virus dans la cellule au cours de l'infection pendant 24 heures après l'infection. Crédit :État de Pennsylvanie
"Certains aspects de la dynamique d'une infection semblent être davantage contrôlés par la variation qui existe entre les cellules individuelles, mais d'autres aspects sont dus à la variation génétique au sein de la population virale, " a déclaré Cameron. "Avec notre nouvel outil, nous pouvons commencer à identifier les facteurs spécifiques qui varient entre les cellules ou entre les virus qui sont responsables des différents résultats. Comprendre ces mécanismes nous permettra d'être plus intelligents dans la façon dont nous concevons de nouveaux médicaments antiviraux. »
