*Anna Grandlarge est docteure en biologie évolutive et Arnaud Daimé est chimiste

Si l’épidémie qui sévit est limitée par le confinement, elle ne sera définitivement endiguée que lorsque l’ensemble de la population sera immunisée, ou disposera d’un traitement. Dès le début de la crise, la médecine et la recherche se sont lancés dans une course contre la pandémie, et déjà, de nombreuses pistes paraissent prometteuses.

Néanmoins, en parallèle de la recherche d’un remède, il est primordial de savoir qui est infecté, ou qui l’a déjà été. Pour cela, deux techniques différentes sont utilisées.

Petit rappel : qu’est-ce qu’un virus ?

Les virus font partis des agents infectieux les plus étonnants, car longtemps, leur appartenance ou non au monde du vivant a fait débat. Une chose est en tout cas certaine, les virus ne possèdent pas le matériel génétique propre à leur propre réplication. Autrement dit, ils ne peuvent pas se répliquer sans hôte. Un virus peut se trouver sous deux formes différentes. Lorsqu’il est à l’air libre, le virus est sous sa forme extracellulaire. Sous cette forme, la plupart d’entre eux possède une capside, soit une enveloppe protectrice. Lorsque le virus infecte un hôte, il infecte en fait les cellules de l’hôte dans lesquelles il peut entrer grâce à ses protéines. Une fois dans la cellule, le virus est dans sa phase intracellulaire. Il ne se résume alors plus qu’à sa propre composante génétique, un brin d’ADN ou d’ARN. Le virus, à ce stade, va détourner une partie du matériel génétique de la cellule qu’il a envahi, la cellule hôte, et va l’utiliser pour se répliquer. La réplication d’un virus consiste en la production à la chaine de ses propres clones. Lorsque le virus a trop exploité la cellule dans laquelle il est entré, celle-ci est détruite, et libère l’ensemble des clones viraux, qui vont alors infecter d’autres cellules.

La PCR : Recherche du virus

Comment savoir si l’on est infecté?

La méthode la plus communément utilisée est la méthode par PCR (Polimerase Chain Réaction). Néanmoins, celle-ci s’inscrit dans un protocole à plusieurs étapes.

En premier lieu, l’individu malade se voit prélever des cellules, par simple échantillonnage de la salive, ou de sang. Si l’individu est bien infecté par le virus, celui-ci se trouve dans l’échantillon cellulaire. Néanmoins, le virus ne se trouve pas en quantité suffisante pour pouvoir être identifié. Cela semble contre intuitif, n’est-ce pas ? Non seulement, nous venons de voir que le virus produit des clones de lui-même, et n’est donc plus tout seul dans une cellule. Mais en plus, ne suffit-il pas d’une seule copie du virus pour déterminer son identité ? Et bien non, en réalité, loin de là…

La méthode d’identification utilisée ne fonctionnera que si des milliers de clones du virus sont présents. Pourquoi ? Pour résumer, contentons-nous de bien comprendre qu’analyser une seule molécule de matériel génétique du virus, dans un échantillon salivaire par exemple, revient à chercher une aiguille dans une botte de foin. L’appareil de détection nécessite un grand nombre de clones de séquence pour déterminer avec certitude la présence du virus. Donc l’objectif sera de chercher à multiplier artificiellement le signal de ce brin en en faisant des millions de copies.

Pour multiplier le virus, c’est là qu’intervient la méthode de la PCR (Polimerase Chain Réaction). Selon que le virus est un virus à ADN ou ARN, différents protocoles vont être utilisés. Dans le cas du COVID 19, nous avons affaire à un virus à ARN. Aussi, avant la PCR, l’ARN du virus va être retro transcrit en ADN. L’ADN est constitué de 4 bases azotées: A (Adénines), T (Thymines) G (Guanines) et C (Cytosines). L’ordre d’enchainement de ces bases constitue l’identité spécifique de tous les gènes qui composent un génome.

Pour identifier un virus, les chercheurs doivent connaitre la séquence de gènes, ou de régions d’ADN, spécifiques du virus. Dans le cas du covid 19, trois de ses gènes spécifiques peuvent être utilisés: E, RdRp et N. Grace à la connaissance de ces gènes, on peut fabriquer des amorces. Les amorces sont des séquences d’ADN qui sont identiques aux extrémités des gènes cibles. Pour comprendre comment fonctionnent les amorces, il faut tout d’abord savoir la chose suivante : Tout brin d’ADN à la capacité, grâce à ses propriétés chimiques et des enzymes spécifiques, de former une double hélice, en s’associant avec un brin d’ADN complémentaire. Les Adénines se lient avec les Thymines, et les Guanines se lient avec les Cytosines. Aussi, les amorces spécifiques sont créés de sorte à être parfaitement complémentaires aux extrémités de leurs gène cible, pour pouvoir se fixer à ceux-ci.

Pour démarrer une PCR, on a en solution les cellules lysées de l’individu, des amorces spécifiques au virus que l’on recherche, des bases azotées libres d’ADN, et un dernier composant extrêmement important, la taq polymérase. Cette enzyme, sous certaines conditions de température, va permettre la synthèse d’un brin d’ADN complémentaire au gène ciblée par élongation des amorces.

Aussi, la PCR se passe en 3 phases. La première est la dénaturation de l’ADN. La deuxième est la phase d’hybridation des amorces à leurs gènes cibles. Enfin, la troisième phase est la phase d’élongation, qui va permettre de cloner à la chaine le ou les gènes cibles en millions de copies.

Figure 1 PCR

La dernière étape de ce protocole est le séquençage. A la fin de cette étape, sur l’ordinateur, nos milliers de séquences virales en solution se sont transformées en une séquence génétique de gènes cibles spécifiques du virus. Si le virus recherché n’est pas présent, alors, rien ne sera séquencé.

La technique par PCR peut être très rapide, et la méthode est fiable. C’est la technique utilisée actuellement pour détecter le corona virus. Nonobstant, d’autres techniques existent. Une, plus lente, se base sur une longue étape de culture cellulaire. Une autre consiste en la détection des antigènes, soit certaines protéines spécifiquement exprimées par le virus. Enfin, il est aussi possible de rechercher les virus résistants.

Les méthodes précédentes permettent de savoir si l’on est infecté par un virus. Cependant, si l’on a guéri, le virus est indétectable, puisqu’il n’est plus présent. Dans la plupart des infections virales, et très certainement dans l’infection par le coronavirus, une première infection nous assure une immunité par la suite. Comment savoir si l’on a été infecté ou non ?

ELISA : Recherche des anticorps

Pour cela, les chercheurs responsables traquent des anticorps. Les anticorps, chez les mammifères, sont des protéines produites par le système immunitaire lors d’une infection bactérienne, virale ou parasitaire. Ces anticorps sont créés spécifiquement contre l’agent infectieux, et détectent spécifiquement des protéines qui composent l’envahisseur : les antigènes. Une fois que l’infection est terminée, le système immunitaire garde en mémoire ce dernier envahisseur. Aussi, si une nouvelle infection se produit, sauf exceptions, le système immunitaire peut cette fois réagir immédiatement, et détruire l’infection dès le début, évitant ainsi le développement d’une maladie. C’est pour cela que l’on dit « être immunisé » à la suite d’une première infection. C’est aussi sur ce principe-là de première reconnaissance que fonctionnent les vaccins.

Ainsi, lorsqu’une infection est terminée, le virus n’est plus là, mais il reste les anticorps spécifiques. On peut alors les détecter, et ainsi savoir si l’on a déjà été infecté. Il existe plusieurs méthodes de détections, comme l’agglutination, le western blot, l’immunblot. Mais la méthode la plus communément utilisée est la méthode du test ELISA. Et là encore, plusieurs méthodes Elisa sont possibles. Néanmoins, bien que différentes, elles reposent sur les mêmes raisonnements.

La méthode Elisa direct demande en premier lieu de récupérer un échantillon cellulaire du patient. Les anticorps circulant dans le sang, une prise sanguine est la voie la plus fiable. Si l’on a eu le virus et que l’on est immunisé, l’échantillon sanguin contiendra l’anticorps.

Sur une surface spécifique, des antigènes de virus (préalablement stoqués par les laboratoires ou synthétisés), vont être disposés, et fixés sur cette plaque. (Pour rappel, les antigènes de l’agent infectieux sont les protéines détectées par les anticorps spécifiques.)

Ensuite, l’échantillon de sang préparé va être disposé sur la plaque. Si des anticorps sont présents dans le sang, les antigènes fixés sur la plaque vont former un complexe avec ces anticorps, puisque ils leurs sont spécifiques.

Sur ces deux protéines liées, on va ajouter une troisième couche : la couche « anticorps secondaires liés à une enzyme ». Pour résumer on aura donc sur la plaque un complexe composé de l’antigène viral, l’anticorps spécifique issu de l’échantillon sanguin, puis un autre anticorps qui reconnait lui uniquement le 1er anticorps, couplé à une enzyme.

Pourquoi tout ça ? Parce que le génie de la méthode, c’est la dernière étape. L’enzyme, qui est fixée en fin de file, va émettre un signal fluorescent au contact d’un substrat. Oui, car on va ajouter un dernier composant à tout ce subtil agencement, le cinquième chef de file, le substrat. Si le substrat croise l’enzyme (et il la croisera si elle est accrochée), alors l’ensemble va émettre un signal lumineux, qui sera capté par photo spectrométrie.

Donc pour récapituler, si l’individu a été infecté par le passé, ou est en cours d’infection, il contient dans son sang l’anticorps spécifique. Celui-ci est le chainon manquant qui permettra à la plaque d’émettre un signal lumineux. Sinon, rien ne sera émis. Ainsi sait-on si on a été infecté.

Comme on l’a dit, il existe plusieurs méthodes d’ÉLISA. Une méthode est d’ailleurs en cours de développement, et sera accessible probablement au grand public pour que chacun puisse se tester. Comme pour un test de grossesse, ou un test VIH en pharmacie, il suffira de déposer un échantillon cellulaire : ici, une goutte de sang, sur le test. Suivant la couleur ou l’indication qu’affichera le test, on pourra savoir : si on n’a pas été infecté, si on est en cours d’infection, si on sort d’une infection récente, ou si on a subit une infection dans le passé.