Un nouveau capteur peut distinguer les virus infectieux des virus non infectieux grâce à des fragments d’ADN sélectifs et à la technologie des nanopores sensibles. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Ana Peinetti
Un nouveau capteur peut détecter non seulement si un virus est présent, mais s’il est infectieux – une distinction importante pour contenir la propagation virale.
Des chercheurs de l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign et des collaborateurs ont développé le capteur, qui intègre spécialement conçu ADN fragments et détection de nanopores, pour cibler et détecter les virus infectieux en quelques minutes sans avoir besoin de pré-traiter les échantillons. Ils ont démontré la puissance du capteur avec deux virus clés qui causent des infections dans le monde : l’adénovirus humain et le virus qui cause COVID-19[feminine.
Yi Lu, professeur émérite de chimie, et Benito Marinas, professeur de génie civil et environnemental, ont codirigé les travaux avec Lijun Rong, professeur à l’Université de l’Illinois à Chicago ; le professeur Omar Azzaroni, de l’Université nationale de La Plata en Argentine ; et María Eugenia Toimil-Molares, du GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research en Allemagne. Ils ont rapporté leurs découvertes dans le journal Avancées scientifiques.
“Le statut d’infectiosité est une information très importante qui peut nous dire si les patients sont contagieux ou si une méthode de désinfection environnementale fonctionne”, a déclaré Ana Peinetti, la première auteure de l’étude, qui a effectué le travail alors qu’elle était chercheuse postdoctorale à l’Illinois. Elle dirige maintenant un groupe de recherche à l’Université de Buenos Aires en Argentine. « Notre capteur combine deux composants clés : des molécules d’ADN hautement spécifiques et une technologie de nanopores hautement sensible. Nous avons développé ces molécules d’ADN hautement spécifiques, appelées aptamères, qui non seulement reconnaissent les virus, mais peuvent également différencier le statut infectieux du virus. »
Les aptamères d’ADN se lient sélectivement aux virus infectieux. En plus du capteur nanopore, ils pourraient être intégrés dans d’autres plates-formes telles que les jauges à changement de couleur. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Ana Peinetti
Le «gold standard» de la détection virale, les tests PCR détectent le matériel génétique viral mais ne peuvent pas distinguer si un échantillon est infectieux ou déterminer si une personne est contagieuse. Cela peut rendre plus difficile le suivi et la maîtrise des épidémies virales, ont déclaré les chercheurs.
« Avec le virus qui cause le COVID-19, il a été démontré que le niveau de virus ARN a une corrélation minimale avec l’infectiosité du virus. Au stade précoce, lorsqu’une personne est infectée, l’ARN viral est faible et difficile à détecter, mais la personne est très contagieuse », a déclaré Lu. « Lorsqu’une personne est guérie et non infectieuse, le niveau d’ARN viral peut être très élevé. Les tests d’antigène suivent un schéma similaire, mais même plus tard que l’ARN viral. Par conséquent, les tests d’ARN viral et d’antigène sont tous deux médiocres pour savoir si un virus est infectieux ou non. Cela peut entraîner un retard du traitement ou une mise en quarantaine, ou la libération prématurée de ceux qui peuvent encore être contagieux. »
Des tests qui détectent les virus infectieux, appelés tests de plaque, existent mais nécessitent une préparation spéciale et des jours d’incubation pour donner des résultats. La nouvelle méthode de détection peut donner des résultats en 30 minutes à deux heures, rapportent les chercheurs, et puisqu’elle ne nécessite aucun prétraitement de l’échantillon, elle peut être utilisée sur des virus qui ne se développeront pas en laboratoire.
Être capable de distinguer les virus infectieux des virus non infectieux et de détecter de petites quantités d’échantillons non traités qui peuvent contenir d’autres contaminants est important non seulement pour le diagnostic rapide des patients qui sont au stade précoce de l’infection ou qui sont encore contagieux après le traitement, mais aussi pour la surveillance de l’environnement aussi, a déclaré Marinas.
“Nous avons choisi l’adénovirus humain pour démontrer notre capteur car il s’agit d’un pathogène viral émergent d’origine hydrique préoccupant aux États-Unis et dans le monde”, a déclaré Marinas. « La capacité de détecter les adénovirus infectieux en présence de virus rendus non infectieux par les désinfectants de l’eau et d’autres substances de fond potentiellement interférentes dans les eaux usées et les eaux naturelles contaminées, offre une nouvelle approche sans précédent. Nous voyons le potentiel pour une telle technologie de fournir une protection plus robuste de la santé environnementale et publique. »
La technique de détection pourrait être appliquée à d’autres virus, selon les chercheurs, en modifiant l’ADN pour cibler différents agents pathogènes. Les aptamères d’ADN utilisés dans le capteur peuvent être facilement produits avec des synthétiseurs d’ADN largement disponibles, de la même manière que les sondes d’ARN produites pour les tests PCR. Des capteurs à nanopores sont également disponibles dans le commerce, ce qui rend la technique de détection facilement évolutive, a déclaré Lu, maintenant professeur à l’Université du Texas, Austin.
Les chercheurs s’efforcent d’améliorer encore la sensibilité et la sélectivité des capteurs, et intègrent leurs aptamères d’ADN avec d’autres méthodes de détection, telles que des jauges ou des capteurs à changement de couleur pour fonctionner avec les smartphones, afin d’éliminer le besoin d’équipement spécial. Avec la capacité de distinguer les virus non infectieux des virus infectieux, les chercheurs ont déclaré espérer que leur technologie pourrait également aider à comprendre les mécanismes d’infection.
“En outre, la technologie aptamère pourrait être développée davantage en plates-formes multicanaux pour détecter d’autres agents pathogènes viraux d’origine hydrique émergents préoccupants pour la santé publique et environnementale, tels que les norovirus et les entérovirus, ou pour des variantes du virus qui cause COVID-19”, a déclaré Marinas.
Référence : « Détection directe d’adénovirus humains ou SRAS-CoV-2 avec la capacité d’informer l’infectivité à l’aide de capteurs ADN aptamères-nanopores » par Ana S. Peinetti, Ryan J. Lake, Wen Cong, Laura Cooper, Yuting Wu, Yuan Ma, Gregory T. Pawel, María Eugenia Toimil-Molares, Christina Trautmann, Lijun Rong, Benito Mariñas, Omar Azzaroni et Yi Lu, 22 septembre 2021, Avancées scientifiques.
DOI : 10.1126/sciadv.abh2848
Ce travail a été soutenu par une subvention RAPID de la National Science Foundation et une subvention de démarrage de l’Institute for Sustainability, Energy, and Environment de l’Illinois et de l’Institut Illinois-JITRI. Peinetti a été soutenu par la PEW Latin American Fellowship.
