Un test rapide et portable peut diagnostiquer le COVID-19 et suivre les variantes

Les cliniciens utilisant un nouveau test de dépistage viral peuvent non seulement diagnostiquer le COVID-19 en quelques minutes avec une machine portable de poche, mais peuvent également tester simultanément d’autres virus – comme la grippe – qui pourraient être confondus avec le coronavirus. En même temps, ils peuvent séquencer le virus, fournissant des informations précieuses sur la propagation des mutations et des variants du COVID-19. Le nouveau test, baptisé NIRVANA, a été décrit en ligne aujourd’hui par une équipe multi-institutionnelle de scientifiques dans la revue Med.

«Il s’agit d’une méthode de détection et de surveillance des virus qui ne nécessite pas d’infrastructure coûteuse comme les autres approches», déclare Juan Carlos Izpisua Belmonte, co-auteur et professeur au laboratoire d’expression génique de Salk. « Nous pouvons accomplir avec un test portable la même chose que d’autres utilisent deux ou trois tests différents, avec des machines différentes. »

Dans le monde, plus de 100 millions de personnes ont été infectées par le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19. À ce jour, 500 000 Américains sont morts du COVID-19. Tester la population est essentiel pour arrêter la propagation du virus. En outre, il est essentiel de suivre la propagation des nouvelles variantes du SRAS-CoV-2 – dont certaines pourraient répondre différemment aux traitements ou aux vaccins.

Aujourd’hui, l’approche standard pour déterminer si un écouvillon nasal est positif pour le COVID-19 consiste à exécuter un test de réaction en chaîne par polymérase (PCR) pour détecter le matériel génétique du virus SARS-CoV-2. Si l’échantillon est négatif, cependant, les patients et les cliniciens n’obtiennent aucune information sur ce qui pourrait être à l’origine des symptômes de type coronavirus – à moins qu’ils n’exécutent des tests PCR séparés, en utilisant différents échantillons sur écouvillon, pour d’autres virus. Et si l’échantillon est positif pour le SRAS-CoV-2, ils n’apprennent pas avec quelle variante de COVID-19 un patient est infecté à moins qu’un autre ensemble de tests ne soit exécuté; ceux-ci nécessitent une machine de séquençage génique de nouvelle génération, grande et coûteuse.

L’été dernier, Mo Li, professeur adjoint de biosciences à l’Université King Abdullah des sciences et de la technologie en Arabie saoudite, réfléchissait aux moyens de mettre son expertise en génie génétique et en séquençage des nanopores à la lutte contre la pandémie COVID-19. Li, qui a précédemment passé six ans en tant que chercheur postdoctoral Salk dans le laboratoire Izpisua Belmonte, s’est demandé si une approche de détection de gène appelée amplification isotherme par recombinase polymérase (RPA) couplée au séquençage de nanopores en temps réel pourrait être plus utile – et plus rapide, moins chère et plus portable – que l’approche de test COVID-19 actuelle. Il a fait équipe avec Izpisua Belmonte pour le découvrir.

Contrairement à la PCR, qui passe par des températures de plus en plus élevées pour séparer les brins d’ADN et les copier, la RPA utilise des protéines – plutôt que des changements de température – pour accomplir la même chose en seulement 20 minutes. La technologie permet aux chercheurs de copier des segments d’ADN plus longs et de sonder plusieurs gènes en même temps.

«Nous avons rapidement réalisé que nous pouvions utiliser cette technique non seulement pour détecter le SRAS-CoV-2, mais aussi d’autres virus en même temps», explique Li.

Dans le nouvel article, Li et Izpisua Belmonte décrivent un petit appareil portable qui peut cribler 96 échantillons en même temps en utilisant le test RPA. Ils appellent la méthode NIRVANA, pour «le séquençage nanopore de l’amplification virale rapide isotherme pour une analyse en temps quasi réel».

Les scientifiques ont conçu NIRVANA pour tester simultanément des échantillons pour le COVID-19, la grippe A, l’adénovirus humain et le coronavirus humain non SRAS-CoV-2. En seulement 15 minutes, rapportent les chercheurs, l’appareil commence à rapporter des résultats positifs et négatifs. Et dans les trois heures, l’appareil finalise les résultats sur les 96 échantillons – y compris les séquences de cinq régions du SRAS-CoV-2 qui sont particulièrement susceptibles d’accumuler des mutations conduisant à de nouvelles variantes telles que la variante B.1.1.7 identifiée dans le ROYAUME-UNI.

Li et Izpisua Belmonte ont testé NIRVANA sur 10 échantillons connus pour être positifs pour le SRAS-CoV-2, 60 échantillons de statut SARS-CoV-2 inconnu, ainsi que des échantillons d’eaux usées municipales hébergeant le virus SRAS-COV-2 et d’autres. Dans tous les cas, le test a pu identifier correctement les virus présents. Les données de séquençage leur ont également permis de préciser l’origine du SRAS-CoV-2 dans les échantillons positifs; différencier les souches de la Chine et de l’Europe, par exemple.

«La conception de ce test est vraiment flexible, elle ne se limite donc pas aux exemples que nous avons montrés», déclare Li. « Nous pouvons facilement l’adapter pour lutter contre un autre agent pathogène, même quelque chose de nouveau et d’émergent. »

Avec la petite taille et la portabilité du flux de travail NIRVANA, il pourrait être utilisé pour une détection rapide de virus dans les écoles, les aéroports ou les ports, selon les chercheurs. Il pourrait également être utilisé pour surveiller les eaux usées ou les cours d’eau pour détecter la présence de nouveaux virus.

«La pandémie a fourni deux leçons importantes: premièrement, testez largement et rapidement, et deuxièmement, connaissez vos variantes. Notre méthode NIRVANA fournit une solution prometteuse à ces deux défis non seulement pour la pandémie actuelle, mais aussi pour les futurs possibles», déclare Izpisua Belmonte, qui détient la Chaire Roger Guillemin à Salk. Une analyse de marché serait nécessaire pour déterminer si le coût initial de la commercialisation – et les ajustements constants au test nécessaires pour s’assurer qu’il détecte de nouvelles variantes ou de nouveaux virus d’intérêt – en valent la peine, ajoute Belmonte.

Outre Izpisua Belmonte et Li, les autres auteurs de l’étude étaient Concepcion Rodriguez Esteban de Salk; Chongwei Bi, Gerargo Ramos-Mandujano, Sharis Hala, Jinna Xu, Sara Mfarrej, Yeteng Tian et Arnab Pain de l’Université King Abdullah des sciences et de la technologie (KAUST); Estrella Nunez Delicado de l’UCAM Universidad Católica San Antonio de Murcia; Fadwa Alofi de l’hôpital King Fahad; Asim Khogeer du ministère de la Santé de l’Arabie saoudite; Anwar Hashem de l’Université King Abdulaziz; et Naif Almontashiri de l’Université de Taibah.

Le travail décrit dans le présent document a été soutenu par une subvention de recherche compétitive de l’Université King Abdullah des sciences et de la technologie.