Comment COVID-19 a transformé la génomique et changé à jamais la gestion des épidémies

Si la pandémie s’était produite il y a dix ans, à quoi aurait-elle ressemblé ? Sans aucun doute, il y aurait eu de nombreuses différences, mais la plus frappante aurait probablement été le manque relatif de séquençage génomique. C’est là que l’ensemble du code génétique – ou « génome » – du coronavirus dans un échantillon de test est rapidement lu et analysé.

Au début de la pandémie, le séquençage a informé les chercheurs qu’ils avaient affaire à un virus qui n’avait jamais été vu auparavant. Le déchiffrement rapide du code génétique du virus a également permis de développer d’emblée des vaccins et explique en partie pourquoi ils ont été disponibles en un temps record.

Depuis lors, les scientifiques ont séquencé à plusieurs reprises le virus au fur et à mesure de sa circulation. Cela leur permet de surveiller les changements et de détecter les variantes au fur et à mesure qu’elles apparaissent.

Le séquençage en lui-même n’est pas nouveau – ce qui est différent aujourd’hui, c’est la quantité qui a lieu. Des génomes de variantes sont testés dans le monde entier à un rythme sans précédent, faisant de COVID-19 l’une des épidémies les plus testées de tous les temps.

Grâce à ces informations, nous pouvons ensuite suivre la manière dont des formes spécifiques du virus se propagent aux niveaux local, national et international. Cela fait de COVID-19 la première épidémie à être suivie en temps quasi réel à l’échelle mondiale.

Cela aide à contrôler le virus. Par exemple, avec les tests PCR, le séquençage a permis de révéler l’émergence du variant alpha à l’hiver 2020. Il a également montré que l’alpha devenait rapidement plus répandu et a confirmé pourquoi, révélant qu’il présentait des mutations importantes associées à une transmission accrue. Cela a contribué à éclairer les décisions de resserrer les restrictions.

Le séquençage a fait de même pour omicron, identifiant ses mutations préoccupantes et confirmant à quelle vitesse il se propage. Cela a souligné la nécessité pour le Royaume-Uni de suralimenter son programme de suralimentation.

La route vers le séquençage de masse

L’importance du séquençage génomique est indéniable. Mais comment ça marche – et comment est-ce devenu si courant ?

Eh bien, tout comme les gens, chaque copie du coronavirus a son propre génome, qui compte environ 30 000 caractères. Au fur et à mesure que le virus se reproduit, son génome peut muter légèrement en raison d’erreurs commises lors de sa copie. Au fil du temps, ces mutations s’additionnent et elles distinguent une variante du virus d’une autre. Le génome d’une variante préoccupante pourrait contenir de cinq à 30 mutations.

Le génome du virus est composé d’ARN et chacun de ses 30 000 caractères est l’un des quatre éléments constitutifs, représentés par les lettres A, G, C et U. Le séquençage est le processus d’identification de leur ordre unique. Diverses technologies peuvent être utilisées pour cela, mais une des plus importantes pour nous amener là où nous en sommes est le séquençage des nanopores. Il y a dix ans, cette technologie n’était pas disponible comme elle l’est aujourd’hui. Voici comment ça fonctionne.

Tout d’abord, l’ARN est converti en ADN. Ensuite, comme un long fil de coton tiré à travers un trou d’épingle dans une feuille de tissu, l’ADN est tiré à travers un pore d’une membrane. Ce nanopore est un million de fois plus petit qu’une tête d’épingle. Lorsque chaque élément constitutif de l’ADN traverse le nanopore, il émet un signal unique. Un capteur détecte les changements de signal et un programme informatique les décrypte pour révéler la séquence.

Étonnamment, la machine phare pour le séquençage des nanopores – le MinION, publié par Oxford Nanopore Technologies (ONT) en 2014 – n’a que la taille d’une agrafeuse ; d’autres techniques de séquençage (telles que celles développées par Illumina et Pacific BioSciences) nécessitent généralement un équipement encombrant et un laboratoire bien approvisionné. Le MinION est donc incroyablement portable, permettant le séquençage au sol lors d’une épidémie.

Cela s’est d’abord produit lors de l’épidémie d’Ebola de 2013-2016, puis lors de l’épidémie de Zika de 2015-2016. Des laboratoires éphémères ont été installés dans des zones dépourvues d’infrastructure scientifique, permettant aux scientifiques d’identifier l’origine de chaque épidémie.

Cette expérience a jeté les bases du séquençage du coronavirus aujourd’hui. Les méthodes perfectionnées pendant cette période, notamment par un groupe de recherche en génomique appelé Artic Network, se sont révélées inestimables. Ils ont été rapidement adaptés pour que COVID-19 devienne la base sur laquelle des millions de génomes de coronavirus ont été séquencés à travers le monde depuis 2020. Le séquençage nanopore de Zika et d’Ebola nous a donné les méthodes pour effectuer le séquençage à une échelle encore jamais vue aujourd’hui.

Cela dit, sans la capacité beaucoup plus grande des machines de paillasse d’Illumina, de Pacific Biosciences et de l’ONT, nous ne serions pas en mesure de capitaliser sur les connaissances acquises grâce au séquençage des nanopores. Ce n’est qu’avec ces autres technologies qu’il est possible de faire du séquençage au volume actuel.

Quel avenir pour le séquençage ?

Avec COVID-19, les chercheurs n’ont pu surveiller l’épidémie qu’une fois qu’elle avait commencé. Mais la création de programmes de test et de dépistage rapides pour d’autres nouvelles maladies, ainsi que l’infrastructure pour effectuer un séquençage à grande échelle, a maintenant commencé. Ceux-ci fourniront un système d’alerte précoce pour éviter que la prochaine pandémie ne nous prenne par surprise.

Par exemple, à l’avenir, des programmes de surveillance pourraient être mis en place pour surveiller les eaux usées afin d’identifier les microbes pathogènes (appelés agents pathogènes) présents dans la population. Le séquençage permettra aux chercheurs d’identifier de nouveaux agents pathogènes, permettant de commencer tôt à comprendre et à suivre la prochaine épidémie avant qu’elle ne devienne incontrôlable.

Le séquençage du génome a également un rôle à jouer dans l’avenir des soins de santé et de la médecine. Il a le potentiel de diagnostiquer des maladies génétiques rares, d’informer la médecine personnalisée et de surveiller la menace toujours croissante de la résistance aux médicaments.

Il y a cinq à dix ans, les scientifiques commençaient tout juste à tester la technologie de séquençage sur des épidémies virales plus petites. Les effets des deux dernières années ont entraîné une augmentation considérable de l’utilisation du séquençage pour suivre la propagation de la maladie. Cela a été rendu possible par la technologie, les compétences et l’infrastructure qui se sont développées au fil du temps.

COVID-19 a causé des dommages incalculables dans le monde entier et affecté la vie de millions de personnes, et nous n’avons pas encore vu son plein impact. Mais les progrès récents – en particulier dans le domaine du séquençage – ont sans aucun doute amélioré la situation au-delà de ce que nous serions autrement.