Jeudi 2 Juillet 2020

De 1 à 1 000: résoudre les mystères du coronavirus avec les empreintes génétiques


SEATTLE - Alors que l'épidémie de coronavirus consumait la ville de Wuhan en Chine, de nouveaux cas de virus ont commencé à se répandre comme des étincelles projetées par un incendie, certains ont atterri à des milliers de kilomètres. À la mi-janvier, un avait surgi à Chicago, un autre près de Phoenix. Deux autres sont descendus dans la région de Los Angeles. Grâce à un peu de chance et beaucoup de confinement, ces éclairs de virus semblent avoir été étouffés avant d'avoir eu la chance de s'installer.Mais le 15 janvier, à l'aéroport international au sud de Seattle, 35 ans. vieil homme est revenu d'une visite à sa famille dans la région de Wuhan. Il a attrapé ses bagages et a réservé un covoiturage à son domicile au nord de la ville. Le lendemain, alors qu'il retournait à son travail technologique à l'est de Seattle, il a ressenti les premiers signes d'une toux - pas mauvaise, pas assez pour le renvoyer chez lui. Il a assisté à un déjeuner de groupe avec des collègues cette semaine-là dans un restaurant de fruits de mer près de son bureau. Alors que ses symptômes s'aggravaient, il est allé faire l'épicerie près de chez lui. Quelques jours plus tard, après que l'homme est devenu la première personne aux États-Unis à tester le coronavirus, des équipes d'agences fédérales, étatiques et locales sont descendues pour contenir le cas. Soixante-huit personnes - le chauffeur de covoiturage à l'aéroport, les camarades de déjeuner au restaurant de fruits de mer, les autres patients de la clinique où l'homme a été vu pour la première fois - ont été surveillés pendant des semaines. Au grand soulagement de tous, aucun n'a jamais été testé positif pour le virus, mais si l'histoire se terminait là, l'arc du balayage du coronavirus aux États-Unis aurait l'air très différent.Il s'est avéré que l'élément constitutif génétique du virus détecté chez l'homme qui était allé à Wuhan deviendrait un indice crucial pour les scientifiques qui tentaient de comprendre comment le pathogène avait acquis sa première et cruciale emprise. Travaillant dans des laboratoires le long du Lake Union de Seattle, des chercheurs de l'Université de Washington et du Fred Hutchinson Cancer Research Center se sont précipités. pour identifier la séquence d'ARN des cas de l'État de Washington et du pays, en les comparant avec des données provenant du monde entier.En utilisant une technologie de pointe qui leur permet d'identifier rapidement les minuscules mutations que le virus fait sur son chemin virulent à travers des hôtes humains, les scientifiques travaillant à Washington et dans plusieurs autres États ont fait deux découvertes déconcertantes. La première était que le virus introduit par le Un homme de Wuhan - ou peut-être, comme le suggèrent de nouvelles données, par quelqu'un d'autre qui est arrivé avec une souche presque identique - avait réussi à s'installer dans la population sans être détecté. Puis ils ont commencé à réaliser à quel point il s'était propagé. Une petite épidémie qui s'était établie quelque part au nord de Seattle, ont-ils réalisé en ajoutant de nouveaux cas à leur base de données, était désormais responsable de tous les cas connus de transmission communautaire qu'ils avaient examinés dans l'État de Washington au mois de février. une version génétiquement similaire du virus - directement liée à ce premier cas à Washington - a été identifiée dans 14 autres États, aussi loin que le Connecticut et le Maryland. Il s'est installé dans d'autres parties du monde, en Australie, au Mexique, en Islande, au Canada, au Royaume-Uni et en Uruguay. Il a atterri dans le Pacifique, sur le bateau de croisière Grand Princess.La signature unique du virus qui a atteint les côtes américaines à Seattle représente désormais un quart de tous les cas américains rendus publics par des séquenceurs génomiques aux États-Unis. le travail de détective de haute technologie des chercheurs de Seattle et de leurs partenaires ailleurs ouvrirait la première fenêtre claire sur comment et où le virus se propageait - et à quel point il serait difficile de le contenir. Même comme le chemin de la version de l'État de Washington du le virus se dirigeait vers l'est, de nouvelles étincelles d'autres souches atterrissaient à New York, dans le Midwest et dans le Sud. Et puis ils ont tous commencé à se mélanger.

Les chercheurs de Seattle comprenaient certains des experts les plus renommés au monde sur le séquençage génomique, le processus d’analyse des lettres du code génétique d’un virus pour suivre ses mutations. Avant l'épidémie, l'un des laboratoires avait effectué plus de séquençage des coronavirus humains que partout ailleurs dans le monde - 58 d'entre eux.Lorsqu'un virus s'installe chez une personne, il peut se reproduire des milliards de fois, certains avec de minuscules mutations, chacun nouvelle version en compétition pour la suprématie. En l'espace d'un mois, les scientifiques ont appris que la version du nouveau coronavirus se déplaçant à travers une communauté muterait environ deux fois - chacun un changement d'une lettre dans un brin d'ARN de 29903 nucléotides.Les altérations fournissent chaque nouvelle forme du virus avec une variation petite mais distinctive à son prédécesseur, comme une recette transmise par une famille. Les mutations sont si petites, cependant, qu'il est peu probable qu'une version du virus affecte les patients différemment d'une autre. Le virus est originaire d'un modèle à Wuhan; au moment où il a atteint l'Allemagne, trois positions dans le brin d'ARN avaient changé. Les premiers cas en Italie présentaient deux variantes totalement différentes. Pour chaque cas, les chercheurs de Seattle compilent des millions de fragments du génome en un brin complet qui peut aider à l'identifier en fonction des minuscules mutations qu'il a subies. "Ce que nous faisons essentiellement est lire ces petits fragments de matériel viral et essayer de faire le puzzle du génome ensemble ", a déclaré Pavitra Roychoudhury, chercheur pour les deux institutions travaillant sur le séquençage à Seattle. Avec certains virus, les puzzles sont plus difficiles à assembler. Le virus qui cause Covid-19, a-t-elle dit, «s'est relativement bien comporté». Les chercheurs ont examiné de près l'homme qui avait volé depuis Wuhan, qui n'a pas été identifié publiquement et n'a pas répondu à une demande de parler au New York. Ils ont confirmé qu'il avait apporté une souche du virus qui étendait déjà de larges tentacules - de la région de Wuhan au Guangdong sur la côte pacifique chinoise jusqu'au Yunnan dans l'ouest montagneux. En cours de route, sa signature a considérablement varié par rapport à la version du virus qui s'est propagée en Europe et ailleurs: ses mutations étaient aux positions 8 782, 18 060 et 28 144 sur le brin d'ARN, ce qui a donné au Dr Roychoudhury et aux scientifiques du pays où elle a été travailler avec la capacité unique de voir ce que les traceurs de contact de Seattle n'avaient pas pu: les empreintes invisibles de l'agent pathogène lors de son déplacement.

De 1 à 1 000: résoudre les mystères du coronavirus avec les empreintes génétiques

À la recherche du chemin du virus à travers les États-Unis, l'un des premiers panneaux est apparu le 24 février, lorsqu'un adolescent est entré dans une clinique avec ce qui ressemblait à la grippe. La clinique était située dans le comté de Snohomish, où vivait l'homme qui avait voyagé en Chine. Les médecins ont donné à l'adolescent un écouvillon nasal dans le cadre d'une étude de suivi qui était déjà en cours sur la grippe dans la région. Ce n'est que plus tard qu'ils ont appris que l'adolescent n'avait pas eu la grippe, mais le coronavirus. Après le diagnostic, les chercheurs de Seattle ont analysé l'échantillon à travers une machine de séquençage. Trevor Bedford, un scientifique de l'Institut de recherche sur le cancer Fred Hutchinson qui étudie la propagation et l'évolution des virus, a déclaré que lui et un collègue ont bu des bières en attendant que les résultats apparaissent sur un ordinateur portable, ce qui a confirmé ce qu'ils craignaient: le cas était cohérent avec le fait d'être un descendant direct du premier cas américain, de Wuhan. L'adolescent n'avait pas été en contact avec l'homme qui s'était rendu à Wuhan, pour autant que l'on sache. Il était tombé malade longtemps après que cet homme n'était plus contagieux. Un séquençage supplémentaire dans les jours qui ont suivi a permis de confirmer que d'autres cas émergents faisaient tous partie du même groupe. Cela ne pouvait signifier qu'une chose: le virus n'avait pas été confiné au voyageur de Wuhan et se propageait depuis des semaines. Soit il l'avait en quelque sorte transmis à d'autres, soit quelqu'un d'autre avait apporté une version génétiquement identique du virus.Cette dernière possibilité est devenue plus probable ces derniers jours, après que de nouveaux cas introduits dans la base de données des chercheurs aient montré un schéma intéressant. Un virus avec une empreinte digitale presque identique au voyageur de Wuhan s'était présenté dans des cas en Colombie-Britannique, juste de l'autre côté de la frontière de l'État de Washington, suggérant au Dr Bedford qu'il ne s'agissait peut-être pas du premier voyageur de Wuhan à déclencher l'épidémie. Ainsi, le nombre de cas émergeant au moment où la maladie de l'adolescent a été identifiée indiquait que le virus circulait depuis des semaines.

Sur son chemin à travers l'État de Washington, l'un des premiers arrêts du virus semble avoir été lors d'une danse carrée le 16 février dans la ville de Lynnwood, à mi-chemin entre Seattle et Everett. C'était un mois complet depuis l'arrivée du voyageur de Wuhan. Une douzaine de danseurs carrés s'étaient réunis pour un social de tarte et de crème glacée, clôturant une série de pratiques et d'événements de toute la région au cours d'un week-end de trois jours.Trois groupes de danseurs carrés se sont baladés dans les promenades et les allemandes et transpirer à «Free Ride» et «Bad Case of Loving You». Stephen Cole, qui était le chanteur de danse ce soir-là, a déclaré qu'il ne se souvenait de personne montrant des signes de maladie. Mais au cours des jours suivants, lui et une femme qui avaient assisté à la danse sont tombés malades. Une autre danseuse, Suzanne Jones, avait assisté à un cours avec M. Cole la veille. Le week-end suivant, a déclaré Mme Jones, elle a commencé à ressentir des symptômes qu'elle a rejetés en tant qu'allergies, car elle avait remarqué que le balai scotch commençait à fleurir.Après s'être reposée pendant quelques jours, Mme Jones s'est sentie mieux et a quitté son domicile en voiture. Le comté de Skagit à plus de 160 km au sud pour rendre visite à sa mère à Enumclaw, aidant à emballer certains effets personnels pour les stocker. Sur le chemin du retour, elle a visité les centres commerciaux de Renton, puis un magasin à Everett, puis une laverie à Arlington. Elle s'est arrêtée pour postuler un emploi au Bureau du recensement. "J'ai probablement exposé beaucoup de gens ce jour-là", a-t-elle déclaré. Jones a seulement réalisé que cela pouvait être quelque chose de plus que des allergies après avoir reçu une notification le 2 mars que l'un de ses amis danseurs carrés était décédé du coronavirus lorsque l'épidémie a commencé à émerger. Elle aussi a été testée positive: les tests de coronavirus ont été minimes aux États-Unis en février, laissant les chercheurs largement aveugles aux emplacements et mutations spécifiques de la propagation ce mois-ci. L'homme qui avait voyagé de Wuhan n'était pas à la danse, et personne d'autre n'était connu pour avoir voyagé dans le pays avec le coronavirus. Mais les chercheurs ont appris que le virus se propageait déjà bien au-delà de son point d'origine - et tous les cas de transmission communautaire ce mois-ci faisaient partie de la même branche génétique. Il y a eu un autre événement de propagation. Le samedi après la danse, un groupe d'amis a rempli le salon d'un appartement d'une chambre à Seattle, partageant des plats faits maison et des boissons à thème tropical. Au cours des jours suivants, plusieurs personnes ont commencé à souffrir de symptômes de coronavirus. "Parmi les personnes présentes, quatre sur dix sont tombées malades", a déclaré Hanna Oltean, épidémiologiste au Département de la santé de l'État de Washington. Plusieurs personnes ont transmis le virus à d'autres. Fin mars, le département de la santé de l'État avait documenté au moins trois générations de «transmission se produisant avant que quiconque ne soit symptomatique», a déclaré Mme Oltean. Il devenait alors clair qu'il y avait probablement des centaines de cas déjà liés au premier point de infection qui s'était propagée sans être détectée. Cela a laissé une question persistante: si le virus avait autant d'avance, jusqu'où était-il allé?

Alors que les cas de virus se propageaient, les scientifiques d'autres États en séquençaient autant qu'ils le pouvaient. Dans un laboratoire de l'Université de Californie à San Francisco, le Dr Charles Chiu a examiné une série de cas dans la région de la baie, dont neuf passagers du bateau de croisière Grand Princess, qui était récemment revenu d'une paire de traversées malheureuses pour Le Mexique et Hawaï ont laissé des dizaines de passagers infectés par le coronavirus. Chiu a été stupéfait par ses résultats: cinq cas dans la région de San Francisco dont les origines étaient inconnues ont été liés au cluster de l'État de Washington. Et les neuf cas de Grand Princess avaient un lien génétique similaire, avec les mêmes mutations de marque - plus quelques nouveaux. L'épidémie massive sur le navire, selon le Dr Chiu, pourrait probablement être attribuée à une seule personne qui avait développé une infection liée à la grappe de l'État de Washington, mais cela ne s'est pas arrêté avec le Grand Princess. David Shaffer, qui était sur la première étape de la croisière avec des membres de sa famille, a déclaré que les passagers de cette étape n'ont découvert qu'après avoir débarqué que le coronavirus était à bord - lorsqu'ils ont appris qu'un autre passager était décédé. sa famille se sentait bien quand ils sont rentrés chez eux à Sacramento, a-t-il dit, et quand il a commencé à se sentir malade le lendemain, le 22 février, il a d'abord supposé qu'il s'agissait d'une infection des sinus. Quelques jours plus tard, il a été testé et a appris qu'il avait le coronavirus. Plus tard, sa femme a également été testée positive, tout comme l'un de ses fils et l'un de ses petits-fils, qui n'avaient pas participé à la croisière. Chiu se souvient d'avoir passé en revue les implications dans sa tête. "Si c'est en Californie et dans l'État de Washington, c'est très probable dans d'autres États."

Le même jour, M. Shaffer est tombé malade, une autre personne a atterri à l'aéroport international de Raleigh-Durham en Caroline du Nord, après avoir visité la maison de soins infirmiers Life Care Center de Kirkland, qui allait devenir un centre d'infection. À l'époque, il y avait des signes croissants d'une maladie respiratoire dans l'établissement, mais aucune indication du coronavirus.Quelques jours plus tard, le voyageur a commencé à se sentir malade, mais sans aucun signe que cela pourrait être grave, il est sorti dîner dans un restaurant à Raleigh. À ce moment, des responsables de l'État de Washington ont commencé à signaler une éclosion de coronavirus au Life Care Center. La personne en Caroline du Nord a été testée positive quelques jours plus tard - le premier cas dans l'État.À la mi-mars, une équipe de Yale a collecté neuf échantillons de coronavirus de la région du Connecticut et les a soumis à une machine de séquençage portable. Sept sont revenus avec des liens avec l'État de Washington. "J'ai été assez surpris", a déclaré Joseph Fauver, l'un des chercheurs du laboratoire. À l'époque, a-t-il déclaré, cela suggérait que le virus s'était propagé plus que ce que les gens pensaient initialement. Dans le séquençage des cas plus récents, les chercheurs ont trouvé des cas émanant d'un plus grand cluster, avec sa propre signature génétique distincte, originaire du Nouveau Région de York: un groupe de cas dans le Midwest, apparu pour la première fois début mars, semble avoir ses racines en Europe. Un groupe de cas dans le Sud, qui est apparu à la même époque, le 3 mars, apparaît comme un descendant plus direct de la Chine, mais de toutes les branches que les chercheurs ont trouvées, la souche de l'État de Washington reste la plus ancienne et l'une des Il a fait surface en Arizona, en Californie, au Connecticut, dans le District de Columbia, en Floride, en Illinois, au Michigan, au Minnesota, à New York, en Caroline du Nord, en Oregon, en Utah, en Virginie, au Wisconsin et au Wyoming, et dans six pays. Un des mystères persistants a été juste de savoir comment le virus a réussi à s'implanter à Washington. Les traceurs de contact qui ont suivi les traces de l'homme qui avait voyagé depuis Wuhan ont raté quelque chose? At-il exposé quelqu'un à l'épicerie ou touché une poignée de porte lorsqu'il est allé au restaurant près de son bureau? Ces derniers jours, le séquençage de nouveaux cas a révélé une nouvelle possibilité surprenante. Une série de cas en Colombie-Britannique portaient une empreinte génétique très similaire au cas du voyageur de Wuhan. Cela a ouvert la possibilité que quelqu'un aurait pu transporter cette même branche du virus de Wuhan en Colombie-Britannique ou ailleurs dans la région à peu près au même moment. C'était peut-être cette personne dont la maladie avait déclenché l'éclosion fatidique, mais qui? Et comment? Cela ne serait probablement jamais connu, a rapporté Mike Baker de Seattle et Sheri Fink de New York.