Samedi 19 Septembre 2020

Comment le coronavirus se transforme et se propage


Le génome du coronavirus

Le coronavirus est une membrane huileuse remplie d'instructions génétiques pour faire des millions de copies de lui-même. Les instructions sont codées en 30 000 «lettres» d'ARN - a, c, g et u - que la cellule infectée lit et traduit en de nombreux types de protéines virales.

  

Comment le coronavirus se transforme et se propage

Instructions sur l'ARN pour fabriquer la protéine ORF1a

Début du génome du coronavirus

Début du génome du coronavirus

Début du
coronavirus
génome

Début du
coronavirus
génome

Un nouveau coronavirus le 26 décembre

En décembre, un groupe de mystérieux cas de pneumonie est apparu autour d'un marché de fruits de mer à Wuhan, en Chine. Début janvier, les chercheurs ont séquencé le premier génome d'un nouveau coronavirus, qu'ils ont isolé d'un homme qui travaillait au marché. Ce premier génome est devenu la base de référence pour les scientifiques pour suivre le virus du SRAS-CoV-2 alors qu'il se propage dans le monde.

  

Génome Wuhan-Hu-1, recueilli le 26 décembre auprès d'un patient précoce à Wuhan

Génome Wuhan-Hu-1, recueilli le 26 décembre auprès d'un patient précoce à Wuhan

Génome Wuhan-Hu-1, recueilli le 26 décembre auprès d'un patient précoce à Wuhan

Génome Wuhan-Hu-1, recueilli le 26 décembre auprès d'un patient précoce à Wuhan

Une faute de frappe dans l'ARN le 8 janvier

Une cellule infectée par un coronavirus libère des millions de nouveaux virus, tous porteurs de copies du génome original. Lorsque la cellule copie ce génome, elle commet parfois des erreurs, généralement une seule mauvaise lettre. Ces fautes de frappe sont appelées mutations. À mesure que les coronavirus se propagent d'une personne à l'autre, ils accumulent au hasard plus de mutations.

Le génome ci-dessous provenait d'un autre patient précoce à Wuhan et était identique au premier cas, à l'exception d'une mutation. La 186e lettre d'ARN était u au lieu de c.

  

Génome WH-09, recueilli le 8 janvier auprès d'un autre patient de Wuhan

◀ 186ème lettre d'ARN modifiée

Génome WH-09, recueilli le 8 janvier auprès d'un autre patient de Wuhan

◀ 186ème lettre d'ARN modifiée

Génome WH-09, recueilli le 8 janvier auprès d'un autre patient de Wuhan

186e
Lettre d'ARN
modifié:

Génome WH-09, recueilli le 8 janvier auprès d'un autre patient de Wuhan

186ème lettre d'ARN
modifié:

Lorsque les chercheurs ont comparé plusieurs génomes du groupe de cas de Wuhan, ils n'ont trouvé que quelques nouvelles mutations, suggérant que les différents génomes descendaient d'un ancêtre commun récent. Les virus accumulent de nouvelles mutations à un rythme à peu près régulier, de sorte que les scientifiques ont pu estimer que l'origine de l'épidémie était en Chine vers novembre 2019.

Un descendant, deux autres mutations le 27 février

En dehors de Wuhan, cette même mutation dans la 186e lettre d'ARN n'a été trouvée que dans un autre échantillon, qui a été prélevé sept semaines plus tard et à 600 miles au sud de Guangzhou, en Chine. L'échantillon de Guangzhou pourrait être un descendant direct du premier échantillon de Wuhan. Ou ils pourraient être des cousins ​​viraux, partageant un ancêtre commun.

Au cours de ces sept semaines, la lignée de Guangzhou est passée de personne à personne et a traversé plusieurs générations de nouveaux virus. Et en cours de route, il a développé deux nouvelles mutations: deux autres lettres d'ARN ont changé en u.

  

Génome GZMU0030, collecté le 27 février à Guangzhou

◀ Une autre lettre d'ARN mutée

◀ Cette mutation a également changé un acide aminé

Génome GZMU0030, collecté le 27 février à Guangzhou

◀ Une autre lettre d'ARN mutée

◀ Cette mutation a également changé un acide aminé

Génome GZMU0030, collecté le 27 février à Guangzhou

Une autre lettre d'ARN a muté. Cette mutation a également modifié un acide aminé.

Génome GZMU0030, collecté le 27 février à Guangzhou

Une autre lettre d'ARN a muté. Cette mutation a également modifié un acide aminé.

Quand les mutations sont-elles importantes?

Les mutations changeront souvent un gène sans changer la protéine qu'il code.

Les protéines sont de longues chaînes d'acides aminés pliées en différentes formes. Chaque acide aminé est codé par trois lettres génétiques, mais dans de nombreux cas, une mutation vers la troisième lettre d'un trio codera toujours le même acide aminé. Ces soi-disant «mutations silencieuses» ne modifient pas la protéine résultante.

Les mutations «non silencieuses» modifient la séquence d'une protéine, et l'échantillon de coronavirus de Guangzhou a acquis deux mutations non silencieuses.

  

◀ Changement des acides aminés dans la protéine ORF1a

Changement des acides aminés dans la protéine E ▶

◀ Changement des acides aminés dans ORF1a

Changement des acides aminés dans E ▶


Changement des acides aminés dans la protéine E

Changement des acides aminés dans la protéine ORF1a


Changement des acides aminés dans la protéine E

Changement des acides aminés dans la protéine ORF1a

Mais les protéines peuvent être constituées de centaines ou de milliers d'acides aminés. Changer un seul acide aminé n'a souvent aucun effet notable sur leur forme ou leur fonctionnement.

Certaines mutations disparaissent, d'autres se propagent

Au fil des mois, certaines parties du génome du coronavirus ont acquis de nombreuses mutations. D'autres en ont gagné peu ou pas du tout. Cette variation frappante peut détenir des indices importants sur la biologie des coronavirus.

Les parties du génome qui ont accumulé de nombreuses mutations sont plus flexibles. Ils peuvent tolérer des modifications de leur séquence génétique sans endommager le virus. Les parties avec peu de mutations sont plus cassantes. Des mutations dans ces parties peuvent détruire le coronavirus en provoquant des changements catastrophiques à ses protéines. Ces régions essentielles peuvent être des cibles particulièrement bonnes pour attaquer le virus avec des médicaments antiviraux.

  

Nombre total de substitutions d'acides aminés trouvées dans 4 400 génomes de coronavirus de décembre à avril

Des lignes plus longues peuvent montrer des endroits où le génome est plus tolérant aux mutations.

Les lacunes peuvent montrer des points critiques dans le génome qui ne peuvent tolérer les mutations.

Nombre total de changements d'acides aminés dans 4 400 génomes de coronavirus de décembre à avril

Des lignes plus longues peuvent montrer des endroits où le génome est plus tolérant aux mutations.

Les lacunes peuvent montrer des points critiques dans le génome qui ne peuvent tolérer les mutations.

Nombre total de changements d'acides aminés dans 4 400 génomes de coronavirus de décembre à avril

Des lignes plus longues peuvent montrer des endroits où le génome est plus tolérant aux mutations.

Les lacunes peuvent montrer des points critiques dans le génome qui ne peuvent tolérer les mutations.

Nombre total de changements d'acides aminés dans 4 400 génomes de coronavirus de décembre à avril

Des lignes plus longues peuvent montrer des endroits où le génome est plus tolérant aux mutations.

Les lacunes peuvent montrer des points critiques dans le génome qui ne peuvent tolérer les mutations.

À mesure que les mutations s'accumulent dans les génomes des coronavirus, elles permettent aux scientifiques de suivre la propagation de Covid-19 dans le monde.

Le premier cas américain le 15 janvier

Le 15 janvier, un homme est rentré chez lui par avion dans la région de Seattle après avoir rendu visite à sa famille à Wuhan. Après quelques jours de symptômes bénins, il a été testé positif pour Covid-19. Il est devenu le premier cas confirmé de Covid-19 aux États-Unis.

  Un scanner pulmonaire du patient a montré des signes de pneumonie.

Le génome de son virus contenait trois mutations d'une seule lettre également trouvées dans des virus en Chine. Ils ont permis aux scientifiques de retracer l'infection de l'homme jusqu'à sa source.

  

Génome WA1, recueilli le 19 janvier auprès d'un homme de la région de Seattle qui a visité Wuhan

Génome WA1, recueilli le 19 janvier auprès d'un homme de la région de Seattle qui a visité Wuhan

Génome WA1, recueilli le 19 janvier auprès d'un homme de la région de Seattle qui a visité Wuhan

Génome WA1, recueilli le 19 janvier auprès d'un homme de la région de Seattle qui a visité Wuhan

  

Génomes identiques collectés le 21 janvier dans les provinces du Fujian et du Guangdong

Génomes identiques collectés le 21 janvier dans les provinces du Fujian et du Guangdong

Génomes identiques collectés le 21 janvier dans les provinces du Fujian et du Guangdong

Génomes identiques collectés le 21 janvier dans les provinces du Fujian et du Guangdong

Épidémie cachée de Seattle le 24 février

Cinq semaines plus tard, un lycéen du comté de Snohomish, Washington, a développé des symptômes pseudo-grippaux. Un écouvillonnage nasal a révélé qu'il avait Covid-19. Les scientifiques ont séquencé le génome de son échantillon de coronavirus et ont découvert qu'il partageait les mêmes mutations distinctives trouvées dans le premier cas à Washington, mais portaient également trois mutations supplémentaires.

  

Génome WA2, recueilli le 24 février auprès d'un lycéen de la région de Seattle

Génome WA2, recueilli le 24 février auprès d'un lycéen de la région de Seattle

Génome WA2, recueilli le 24 février auprès d'un lycéen de la région de Seattle

Génome WA2, recueilli le 24 février auprès d'un lycéen de la région de Seattle

Cette combinaison d'anciennes et de nouvelles mutations suggère que l'étudiant n'a pas acquis le coronavirus d'une personne récemment arrivée d'un autre pays. Au lieu de cela, le coronavirus a probablement circulé sans être détecté dans la région de Seattle pendant environ cinq semaines, depuis la mi-janvier.

Depuis lors, des virus ayant un lien génétique avec le cluster de Washington sont maintenant apparus dans au moins 14 États et plusieurs pays à travers le monde, ainsi que neuf cas sur le bateau de croisière Grand Princess.

  

Génome recueilli le 5 mars auprès de deux passagers du bateau de croisière Grand Princess

Génome recueilli le 5 mars auprès de deux passagers du bateau de croisière Grand Princess

Génome recueilli le 5 mars auprès de deux passagers du bateau de croisière Grand Princess

Génome recueilli le 5 mars auprès de deux passagers du bateau de croisière Grand Princess

Transmission précoce en Californie le 26 février

Une version différente du coronavirus circulait également secrètement en Californie. Le 26 février, le C.D.C. a annoncé qu'un patient du comté de Solano, sans lien connu avec aucun cas antérieur ou voyage à l'étranger, s'était révélé positif.

Un échantillon prélevé le lendemain a révélé que le virus n'avait pas les mutations distinctives trouvées dans l'État de Washington. Au lieu de cela, il n'avait qu'une seule mutation le distinguant du génome original de Wuhan. Cela indique qu'il est arrivé en Californie grâce à une introduction distincte de la Chine.

  

Génome UC4, recueilli le 27 février auprès d'un patient du comté de Solano, en Californie.

Génome UC4, recueilli le 27 février auprès d'un patient du comté de Solano, en Californie.

Génome UC4, recueilli le 27 février auprès d'un patient du comté de Solano, en Californie.

Génome UC4, recueilli le 27 février auprès d'un patient du comté de Solano, en Californie.

  

Une introduction connue et une inconnue

Une introduction connue et une inconnue

Une introduction connue et une inconnue

Une introduction connue et une inconnue

Deux travailleurs de la santé qui s'occupaient du patient sont également tombés malades. Parallèlement à la mutation du patient, leur échantillon présentait des mutations supplémentaires.

  

Génome UC2, recueilli le 27 février auprès d'un travailleur de la santé qui s'occupait du patient

Génome UC2, recueilli le 27 février auprès d'un travailleur de la santé qui s'occupait du patient

Génome UC2, recueilli le 27 février auprès d'un travailleur de la santé qui s'occupait du patient

Génome UC2, recueilli le 27 février auprès d'un travailleur de la santé qui s'occupait du patient

Un torrent de virus

En janvier et février, davantage de personnes sont arrivées aux États-Unis avec leurs propres coronavirus. Certains virus portaient des mutations indiquant qu'ils étaient arrivés de Chine ou d'autres parties de l'Asie. Mais à New York, la majorité des chercheurs sur les virus isolés des patients étaient des correspondances génétiques avec des virus qui circulaient en Europe.

Shanghai à Munich le 19 janvier

Le 19 janvier - le même jour où le premier patient de Washington a été testé positif pour Covid-19 - une femme de Shanghai a atterri à Munich. Peu de temps avant le voyage, ses parents de Wuhan lui avaient rendu visite. Au moment où elle est arrivée à Munich, elle n'a ressenti que de légers symptômes qu'elle a qualifiés de décalage horaire.

La femme était employée par un fournisseur allemand de pièces automobiles. Le lendemain de son arrivée, elle s'est rendue à une réunion d'entreprise. Plusieurs autres employés lors de la réunion sont tombés malades et ont été testés positifs pour Covid-19. Le génome du coronavirus d'un homme allemand à la réunion avait des mutations le reliant à la Chine.

  

Génome BavPat1, collecté le 28 janvier auprès d'un homme d'affaires allemand de la région de Munich

Génome BavPat1, collecté le 28 janvier auprès d'un homme d'affaires allemand de la région de Munich

Génome BavPat1, collecté le 28 janvier auprès d'un homme d'affaires allemand de la région de Munich

Génome BavPat1, collecté le 28 janvier auprès d'un homme d'affaires allemand de la région de Munich

Des versions génétiquement similaires du virus se sont ensuite propagées dans d'autres parties de l'Europe, mais il est difficile de savoir si elles proviennent de ce groupe de cas ou d'une introduction différente.

Bienvenue à New York le 1er mars

Le premier cas confirmé de Covid-19 à New York a été annoncé le 1er mars, après qu'une femme vivant à Manhattan a été infectée lors d'une visite en Iran. De tous les virus que les scientifiques ont étudiés à New York depuis lors, aucun ne porte les mutations de son génome de coronavirus. Cela indique que son infection ne faisait pas partie d'une chaîne de transmission continue.

  

Génome NY1-PV08001, recueilli le 29 février auprès d'une femme de New York qui avait voyagé en Iran

Génome NY1-PV08001, collecté le 29 février auprès d'une femme de New York qui a visité l'Iran

Génome NY1-PV08001, collecté le 29 février auprès d'une femme de New York qui a visité l'Iran

Génome NY1-PV08001, collecté le 29 février auprès d'une femme de New York qui a visité l'Iran

Au lieu de cela, la plupart des coronavirus de New York que les scientifiques ont séquencés montrent des liens génétiques avec les coronavirus en Europe. D'autres sont venus d'Asie, et d'autres encore peuvent provenir d'autres parties des États-Unis.

  

Infections à coronavirus génétiquement similaires aux échantillons circulant dans:

Infections à coronavirus génétiquement similaires aux échantillons circulant dans:

Infections à coronavirus génétiquement similaires aux échantillons circulant dans:

Infections à coronavirus génétiquement similaires aux échantillons circulant dans:

Réintroductions et déportations mars et avril

Bientôt, les États-Unis et l'Europe sont devenus de nouvelles sources d'introduction dans d'autres pays. Des dizaines de Guatémaltèques envoyés sur les vols d'expulsion des États-Unis ont ensuite été testés positifs pour le virus, et les coronavirus porteurs de mutations apparues en Europe ont été réintroduits en Asie.

  

Génome BJ2460, l'un des trois échantillons identiques collectés le 14 mars à Pékin

Génome BJ2460, l'un des trois échantillons identiques collectés le 14 mars à Pékin

Génome BJ2460, l'un des trois échantillons identiques collectés le 14 mars à Pékin

Génome BJ2460, l'un des trois échantillons identiques collectés le 14 mars à Pékin

  

Un génome presque identique trouvé chez trois personnes en Belgique, collecté du 13 au 20 mars

Un génome presque identique trouvé chez trois personnes en Belgique, collecté du 13 au 20 mars

Un génome presque identique trouvé chez trois personnes en Belgique, collecté du 13 au 20 mars

Un génome presque identique trouvé chez trois personnes en Belgique, collecté du 13 au 20 mars

Un virus à mutation lente

À ce stade de la pandémie, les génomes de coronavirus avec 10 mutations ou moins sont courants, et seul un petit nombre a plus de 20 mutations - ce qui représente encore moins d'un dixième de pour cent du génome.

  

Génome VIC995, collecté le 31 mars auprès d'une femme à Victoria, Australie

Génome VIC995, collecté le 31 mars auprès d'une femme à Victoria, Australie

Génome VIC995, collecté le 31 mars auprès d'une femme à Victoria, Australie

Génome VIC995, collecté le 31 mars auprès d'une femme à Victoria, Australie

Au fil du temps, les virus peuvent évoluer vers de nouvelles souches - en d'autres termes, des lignées virales sensiblement différentes les unes des autres. Depuis janvier, les chercheurs ont séquencé plusieurs milliers de génomes du SRAS-CoV-2 et ont suivi toutes les mutations qui se sont produites. Jusqu'à présent, ils n'ont trouvé aucune preuve convaincante que les mutations ont eu un changement significatif dans la façon dont le virus nous affecte.

  

Nombre total de substitutions d'acides aminés trouvées dans 4 400 génomes de coronavirus de décembre à avril

Nombre total de changements d'acides aminés dans 4 400 génomes de coronavirus de décembre à avril

Nombre total de changements d'acides aminés dans 4 400 génomes de coronavirus de décembre à avril

Nombre total de changements d'acides aminés dans 4 400 génomes de coronavirus de décembre à avril

En fait, les chercheurs ont découvert que le coronavirus mute relativement lentement par rapport à certains autres virus à ARN, en partie parce que les protéines virales agissant comme relecteurs sont capables de corriger certaines erreurs. Chaque mois, une lignée de coronavirus pourrait acquérir seulement deux mutations d'une seule lettre.

À l'avenir, le coronavirus pourrait détecter certaines mutations qui l'aideraient à échapper à notre système immunitaire. Mais la lenteur du taux de mutation du coronavirus signifie que ces changements apparaîtront au fil des années.

Cela augure bien pour les vaccins en cours de développement pour Covid-19. Si les gens se font vacciner en 2021 contre le nouveau coronavirus, ils pourraient bien bénéficier d'une protection qui dure des années.

Ce que nous ne savons pas

Les chercheurs n'ont séquencé qu'une infime fraction des coronavirus qui infectent désormais plus de trois millions de personnes dans le monde.

Le séquençage d'un plus grand nombre de génomes permettra de découvrir plus de chapitres de l'histoire du virus, et les scientifiques sont particulièrement désireux d'étudier les mutations de régions où peu de génomes ont été séquencés, comme l'Afrique et l'Amérique du Sud.

  

Génomes suivis par
Nextstrain.org,
par pays

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Remarque: Les quatre lettres d'ADN sont A, C, G et T. Dans les molécules d'ARN comme le génome du coronavirus, le T (thymine) est remplacé par U (uracile).

Sources: Trevor Bedford, Sidney Bell et al., Nextstrain.org; Vaughan Cooper; Ana S. Gonzalez-Reiche et al., MedRxiv; La nature; Journal de médecine de la Nouvelle-Angleterre. Projection de la carte du monde de Cahill-Keyes par Gene Keyes.

modification genome

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