Le séquençage génomique, profileur de virus

2020. Le monde vacille. Confronté au SARS-CoV-2, il prend conscience qu’un seul agent pathogène a la capacité de submerger son environnement globalisé. Sévère leçon de vulnérabilité, la pandémie de Covid-19 a aussi confirmé l’importance du séquençage génomique, seul outil capable de décortiquer le génome d’un virus et d’en fournir le plan de construction. Sans les techniques de séquençage génomique, il n’aurait pas été possible de développer un vaccin en moins d’un an.

"Les avancées technologiques en matière de séquençage et de surveillance génomique des virus nous ont permis de séquencer les génomes du SARS-CoV-2 dans les jours suivant l’identification d’un cas. Et ainsi de guider l’action de santé publique face à la pandémie quasiment en temps réel", confirme la Dre Laurence Josset, coresponsable scientifique, avec la Pre Sophie Jarraud et le Dr Jean Menotti, du plateau de séquençage haut débit de l’Institut des agents infectieux des Hospices Civils de Lyon.

Baptisée GenEPII pour génomique à visée diagnostique et épidémiologique des maladies infectieuses, cette plateforme est l’un des quatre sites nationaux de séquençage microbiologique à finalité de santé publique.

Faire parler l’ADN

Si la plateforme continue de séquencer le coronavirus pour surveiller son évolution et son activité sur le génome humain, son activité va bien au-delà. 

"Notre mission consiste à faire parler l’ADN de virus, bactéries, champignons et autres parasites pour mieux les connaître et mieux les combattre. Aujourd’hui, nous réalisons l’ensemble des séquençages à visée microbiologique des HCL, que ce soit dans le cadre du diagnostic pour identifier des pathogènes, connus ou nouveaux, ou encore pour détecter des mutations de résistance par exemple. Dans le cadre du suivi épidémiologique, nous pouvons aussi mener des investigations sur des cas groupés nosocomiaux au sein des HCL et, dans le cadre de notre activité de recherche, nous intéresser au microbiote", détaille la Pre Sophie Jarraud en quittant son bureau situé dans le bâtiment O de l’hôpital de la Croix-Rousse, pour se diriger à grandes enjambées vers le bâtiment T, dans le sillage des prélèvements du jour. 

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Passé la porte sécurisée, les échantillons respiratoires, de sang, de selles, d’urine, de salive, ou encore les liquides céphalorachidiens… sont réceptionnés. "Nous réservons le séquençage pour les diagnostics de dernier recours quand l’agent infectieux n’a pu être identifié selon une méthode classique", précise la microbiologiste spécialisée en bactériologie.

En effet, si lors d’une infection l’identification précise de l’agent infectieux est de première urgence, le séquençage a un coût plus ou moins important selon le nombre d’échantillons concernés.

"À côté de la filière de routine, une filière rapide a été développée pour assurer la prise en charge d’un nombre limité d’échantillons avec un rendu en moins de 48 heures, là où il faut habituellement compter entre cinq et dix jours", poursuit la Pre Jarraud. C’est grâce à cette filière, qu’il y a quelques mois, la plateforme des HCL a identifié, concomitamment à celle d’Henri Mondor (AP-HP), la présence d’une nouvelle espèce de virus jusque-là inconnue, proche de celle de Lassa, chez un patient présentant une méningoencéphalite, permettant ainsi de décrire une nouvelle émergence zoonotique. Et aux autorités sanitaires de rechercher les personnes entrées en contact avec le patient afin d’éviter le risque de survenue de cas secondaires.

Des menaces bien réelles

Dans un monde où les virus voyagent en avion, où l’antibiorésistance comme les infections fongiques gagnent du terrain, où la barrière du saut d’espèce est fragilisée par des facteurs environnementaux et sociaux, l’émergence d’une maladie infectieuse est plus que probable dans les années à venir.

Nous surveillons par exemple activement le virus de la grippe aviaire en effectuant l’analyse virologique des prélèvements qui nous sont confiés et, en cas de diagnostic positif, en isolant et en caractérisant la souche virale en cause, détaille la virologue Laurence Josset.

Pour l’instant, aucune menace n’assombrit l’horizon et, sur le plateau de 500 m², la fébrilité des mois Covid a cédé la place à une activité de routine. "Nous avons réalisé 32 000 séquençages en 2024, mais sommes capables de monter à plus de 2 000 par semaine en

cas d’émergence de pathogène", assure Laurence Josset, qui souligne que la génomique est un enjeu stratégique pour les HCL, partie prenante du plan génomique piloté par l’État visant à positionner la France dans le peloton de tête des grands pays engagés dans la médecine génomique. "Nous menons une veille technologique permanente avec une obsession : séquencer plus vite, moins cher",

souligne encore la responsable. 

En avant, marche

Accompagnés d’Eva, l’une des jeunes techniciennes de l’équipe, nous entrons dans la première pièce en surpression où les échantillons réceptionnés quelques heures plus tôt sont en cours de préparation. Sous des hottes à flux laminaire, Eva prépare les échantillons puis passe dans une autre salle pour fragmenter l’ADN et l’ARN contenus dans les prélèvements. Objectif : obtenir des fragments de taille analysable, sur lesquels seront fixés des adaptateurs, sorte de codes-barres qui vont permettre de les relier à un patient précis.

"Cette phase est essentielle pour nous permettre de regrouper et de séquencer simultanément de très nombreux patients et, ainsi, de générer de nombreuses données", précise la jeune femme de 25 ans, embauchée au plus fort de la crise Covid, son BTS bioanalyses et contrôles à peine obtenu.

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Dans une autre pièce sera réalisée une amplification clonale pour avoir une quantité suffisante de fragments d’ADN et d’ARN pour être détectables. Polyvalente et compétente à toutes les étapes, l’équipe de sept techniciennes et techniciens "fonctionne selon un système de marche en avant afin d’éviter tout risque de contamination", précise Eva en nous entraînant dans une troisième salle où Jérémy, 30 ans, prépare des séquences de VIH. "Nous sommes dans le cadre du suivi d’une infection particulière, nous explique-t-il en gardant un oeil sur son minuteur. Grâce au séquençage, nous saurons si le virus a évolué et s’il est nécessaire d’adapter les traitements des patients." Dans sa main, un minitube contient les échantillons mélangés de sept malades, préparés et munis des fameux codes-barres permettant d’identifier chaque patient. 

Dans la salle de lecture du génome

Après nous avoir ouvert la pièce où sont conservés, à -80°C, les échantillons séquencés ces cinq dernières années, Eva nous invite à poursuivre notre voyage au coeur de la salle de séquençage moléculaire en compagnie de Quentin, l’un des trois ingénieurs en biologie de la plateforme. Tout aussi jeune et passionné que le reste de l’équipe composée, outre les trois responsables, de sept techniciens et trois

ingénieurs, il est chargé de mettre au point les scripts des protocoles utilisés. "Notre but est d’offrir une solution de séquençage permettant d’avoir un très gros débit de façon automatisée et à moindre coût", précise-t-il.

Dans la salle, posés sur les paillasses, des petits séquenceurs de la taille d’un téléphone pour un séquençage en temps réel et, dans un local adjacent, deux plus imposants de technologie différente, dont un pouvant lire jusqu’à 20 milliards de fragments d’ADN à la fois, ronronnent, accomplissant ce qui demeure, aujourd’hui encore, un petit miracle.

"En 2003, pour le premier séquençage du génome humain, il a fallu quinze ans. Aujourd’hui, les nouveaux séquenceurs, comme ceux dont disposent les HCL, permettent de séquencer trente génomes humains en moins d’une semaine", précise l’ingénieur. En quelques heures, ces machines vont délivrer des millions de données brutes qui devront ensuite être envoyées sur des machines de calcul puissantes pour être analysées par la cellule bioinformatique du bâtiment T constituée de trois bioinformaticiens, en lien bien sûr avec la cellule bioinformatique du groupement hospitalier Est.

Charge à eux de reconstruire les séquences obtenues et de commencer à en interpréter le sens. Transmise au médecin, cette connaissance quasi exhaustive du génome microbien à la source de l’infection, lui permettra de bâtir une stratégie thérapeutique efficace.