De nombreux virus, y compris le VIH et la grippe A, muter si rapidement que l'identification de vaccins ou de traitements efficaces revient à essayer d'atteindre une cible en mouvement. Une meilleure compréhension de la propagation virale et de l'évolution dans des cellules individuelles pourrait aider. Aujourd'hui, les scientifiques rapportent une nouvelle technique qui peut non seulement identifier et quantifier l'ARN viral dans les cellules vivantes, mais aussi détecter des changements mineurs dans les séquences d'ARN qui pourraient donner un avantage aux virus ou faire de certaines personnes des « superpropagateurs ».

Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion et de l'exposition virtuelles d'automne 2020 de l'American Chemical Society (ACS).

"Pour avoir étudié un nouveau virus comme le SARS-CoV-2, il est important de comprendre non seulement comment les populations réagissent au virus, mais comment les individus - qu'il s'agisse de personnes ou de cellules - interagissent avec lui, " dit Laura Fabris, Doctorat., le chercheur principal du projet. "Nous avons donc concentré nos efforts sur l'étude de la réplication virale dans des cellules individuelles, ce qui dans le passé a été techniquement difficile."

L'analyse de cellules individuelles au lieu de grandes populations pourrait contribuer grandement à mieux comprendre les nombreuses facettes des épidémies virales, tels que les super-épandeurs. C'est un phénomène dans lequel certaines cellules ou personnes transportent des quantités inhabituellement élevées de virus et peuvent donc en infecter beaucoup d'autres. Si les chercheurs pouvaient identifier des cellules uniques avec des charges virales élevées dans des super-épandeurs, puis étudier les séquences virales dans ces cellules, ils pourraient peut-être apprendre comment les virus évoluent pour devenir plus infectieux ou pour déjouer les thérapies et les vaccins. En outre, les caractéristiques de la cellule hôte elle-même pourraient aider divers processus viraux et ainsi devenir des cibles pour les thérapies. A l'autre bout du spectre, certaines cellules produisent des virus mutés qui ne sont plus infectieux. Comprendre comment cela se produit pourrait également conduire à de nouvelles thérapies et vaccins antiviraux.

Mais d'abord, Fabris et ses collègues de l'Université Rutgers devaient développer un test suffisamment sensible pour détecter l'ARN viral, et ses mutations, dans des cellules vivantes isolées. L'équipe a basé sa technique sur la spectroscopie Raman améliorée en surface (SERS), une méthode sensible qui détecte les interactions entre les molécules grâce à des changements dans la façon dont elles diffusent la lumière. Les chercheurs ont décidé d'utiliser la méthode pour étudier la grippe A. Pour détecter l'ARN du virus, ils ont ajouté aux nanoparticules d'or un « ADN balise » spécifique de la grippe A. En présence d'ARN de la grippe A, la balise a produit un signal SERS fort, alors qu'en l'absence de cet ARN, il n'a pas. La balise a produit des signaux SERS plus faibles avec un nombre croissant de mutations virales, permettant aux chercheurs de détecter aussi peu que deux changements de nucléotides. Surtout, les nanoparticules pourraient pénétrer dans les cellules humaines dans une boîte, et ils ont produit un signal SERS uniquement dans les cellules exprimant l'ARN de la grippe A.

Maintenant, Fabris et ses collègues élaborent une version du test qui produit un signal fluorescent, au lieu d'un signal SERS, lorsqu'un ARN viral est détecté. « SERS n'est pas une technologie approuvée cliniquement. Elle fait juste son entrée dans la clinique, " note Fabris. " Nous voulions donc offrir aux cliniciens et virologues une approche avec laquelle ils seraient plus familiers et disposeraient de la technologie à utiliser dès maintenant. " En collaboration avec des virologues et des mathématiciens d'autres universités, l'équipe développe des dispositifs microfluidiques, ou technologies « laboratoire sur puce », pour lire de nombreux échantillons fluorescents simultanément.

Parce que SERS est plus sensible, moins cher, plus rapide et plus facile à réaliser que d'autres tests basés sur la fluorescence ou la réaction en chaîne de la transcriptase inverse-polymérase (connue sous le nom de RT-PCR), il pourrait s'avérer idéal pour détecter et étudier les virus à l'avenir. Fabris collabore aujourd'hui avec une entreprise qui fait un low-cost, spectromètre Raman portable, ce qui permettrait de réaliser facilement le test SERS sur le terrain.

Fabris et son équipe travaillent également sur l'identification des régions du génome du SARS-CoV-2 à cibler avec des sondes SERS. "Nous sommes en train d'obtenir un financement pour travailler sur d'éventuels diagnostics SARS-CoV-2 avec la méthode SERS que nous avons développée, " dit Fabris.