Implication des Plateformes France Genomique dans la lutte contre le SARS Cov2
Détection et séquençage du virus SARS-Cov2 et de ses variants
Face à la propagation du SARS-Cov2 en France, de nombreuses plateformes et plateformes associées de France Génomique se sont mobilisées pour contribuer aux travaux sur ce virus et en particulier pour développer ou tester différentes approches pour le séquençage du virus SARS-Cov2 et ses variants, basées sur la capture ou l’amplification spécifiques des séquences virales. La plateforme Biomics (Pasteur Paris) a collaboré avec le Centre National de Référence (CNR) de Pasteur pour implémenter rapidement le séquençage. Go@l (Lille) s’est appuyé sur une expertise déjà développée sur un autre coronavirus [1] pour amplifier le SARS-Cov2, MGX (Montpellier) a également développé des amplicons custom, mais assez vite le jeu de primers ARTIC développé par l’équipe de Nic Loman en Angleterre s’est imposé, et a été intégré comme base pour différents kits en particulier ceux proposés par Nanopore et Illumina. Biomics (Pasteur Paris) a également implémenté un protocole utilisant la capture de séquences virales, permettant un séquençage de haute qualité du génome de SARS-CoV-2 à partir d’échantillons à très faible abondance virale. Le CNRGH (Evry) a pour sa part testé et comparé les solutions commerciales proposées par Paragon Genomics, Agilent et Illumina (publication en préparation). Pour aller plus loin, le CNRGH, développe de nouvelles approches utilisant les séquençages Illumina et Nanopore pour des analyses sur des échantillons « extrêmes » (charge virale faible avec CT>28, génomes morcelés…), et en évaluant des stratégies statistiques et bioinformatiques de reconstruction d’haplotypes et de mélanges.
La plateforme UCAGenomix (Nice) a montré l’augmentation très rapide de la fréquence du variant anglais parmi les personnes hospitalisées pour Covid sur Nice entre Décembre 2020 et février 2021, et l’arrivée en soins intensifs d’une population plus jeune et sans comorbidité [2]. Sur la même période, GeT-PlaGe (Toulouse) a collaboré avec le CHU de Toulouse pour montrer l’augmentation très rapide de la fréquence de ce même variant anglais sur les prélèvements nasopharyngés positifs au SARS-Cov2 de début 2021 à Toulouse [3]. En complément, la plateforme UCAGenomix (Nice) a mis au point la détection du virus à partir de prélèvements d’eaux usées et a ainsi défini comment le variant anglais est apparu dans les différents quartiers de la ville de Nice début 2021 [4]. Par ailleurs, la plateforme Biomics (Pasteur) a présenté dans une publication l’organisation qui lui a permis de continuer à fonctionner en lien avec le CNR de Pasteur, pendant les confinements, pour faire face aux besoins de séquences, en priorisant les projets en lien avec l’étude du SARS-Cov2 [5]. La plateforme UCAGenomix (Nice) a également participé à un groupe de travail mis en place par l’HESI (Health and Environmental Sciences Institute) pour mettre en place des tests rapides, sensibles et abordables utilisables en cas de pénurie de réactifs de dépistage du SARS-Cov2 [6], [7].
Avant que le réseau national ne se structure efficacement, les PF LIGAN (Lille) [8] et GeT-PlaGe (Toulouse) [9] ont contribué à l’effort national de recherche de variants par le séquençage au total de plus de 10.000 échantillons. Plus récemment, GeT-PlaGe (toujours en collaboration avec le CHU de Toulouse) a fait partie du petit nombre de sites mondiaux impliqués dans la validation d’une nouvelle approche proposée par PacBio, moins sensible aux contaminations que les approches basées sur le jeu de primers ARTIC, car l’amplification et le barcoding des fragments amplifiés à partir de chaque échantillon sont réalisés au cours d’une même PCR [10].
Enfin le CNRGH coordonne avec le réseau Obépine un consortium de 10 équipes visant à développer des outils de découverte et de surveillance au long terme de variants viraux dans les eaux usées [11].
Etudes sur le SARS-Cov2
Comprendre comment le virus interagit avec les cellules est indispensable pour pouvoir détourner ses stratégies d’attaque et de prolifération. UCAGenomiX (Nice) a généré dès 2020 un atlas cellulaire des voies aériennes humaines qui a permis d’identifier les cellules réceptrices du SARS-CoV-2 [12]. Ce travail a conduit à différentes analyses de l’impact de plusieurs facteurs sur le développement de la maladie, associant la plateforme UCAGenomiX (Nice) au travers du Human Cell Atlas Consortium [13] [14], [15], [16]
GenomIC (Cochin Paris) a produit les données de single cell RNAseq et a participé à leur analyse pour établir le rôle joué par les lymphocytes T liés aux muqueuses (appelés MAIT) lors de l'infection par le Sars cov-2, en montrant une corrélation entre la sévérité des symptômes et l'hyperactivation des MAIT et leur effet cytotoxique dans les poumons [17].
Biomics (Pasteur) a participé à plusieurs projets des équipes de Pasteur sur l’homme ou sur modèle cellulaire hamster, notamment pour l’étude de l’effet modulateur de l’ivermectine [18] et l’étude de l’anosmie [19].
Les séquences produites par GeT-PlaGe (Toulouse) sur les données longitudinales du CHU de Toulouse ont contribué à l’étude de l’efficacité de différentes mesures de santé publique sur la région toulousaine 3 [20].
Sur le plan de la génétique de l’hôte, le CNRGH (Evry) est avec Imagine, l’institut Pasteur et le CHU de Bordeaux un des 4 coordinateurs du criblage génomique (GWAS) en cours de réalisation visant à identifier des facteurs de susceptibilité à la sévérité de la Covid19 [21].
[1] Maurier F. et al. (2019). A complete protocol for whole-genome sequencing of virus from clinical samples: Application to coronavirus OC43. Virology, 531:141-148.
[2] Courjon J et al. (2021). COVID-19 patients age, comorbidity profiles and clinical presentation related to the SARS-CoV-2 UK-variant spread in the Southeast of France. Sci Rep. Sep 16;11(1):18456.
[3] Di Meglio et al. (2021) Influence of SARS-CoV-2 Variant B.1.1.7, Vaccination, and Public Health Measures on the Spread of SARS-CoV-2, Viruses 13(5), 898
[4] Rios G. et al. (2021). Monitoring SARS-CoV-2 variants alterations in Nice neighborhoods by wastewater nanopore sequencing. Lancet Regional Health Europe
[5] Najar et al. (2021) How Did Institut Pasteur's NGS Core Facility, Biomics, Manage the Coronavirus Disease 2019 Crisis? J Biomol Tech 32(2):50-56
[6] Pettit SD et al. (2020) 'All In': a pragmatic framework for COVID-19 testing and action on a global scale. EMBO Mol Med.
[7] Fassy J et al. (2021) Versatile and flexible microfluidic qPCR test for high-throughput SARS-CoV-2 and cellular response detection in nasopharyngeal swab samples. PLoS One. Apr 14;16(4):e0243333.
[8] LIGAN platform at the heart of Covid-19 screening
[9] Un traçage des variants du SARS-CoV-2 en Occitanie
[10] HiFi Viral SARS-CoV-2 kit for Covid19 whole genome sequencing
[11] Consortium EMERGEN : Le séquençage pour la santé publique au service du contrôle de la pandémie Covid19
[12] Sungnak W. et al. (2020). SARS-CoV-2 entry factors are highly expressed in nasal epithelial cells together with innate immune genes. Nature Medicine, 26(5):681-687.
[13] Bui LTet al. (2021) Chronic lung diseases are associated with gene expression programs favoring SARS-CoV-2 entry and severity. Nat Commun. 2021 Jul 14;12(1):4314.
[14] Muus C et al. (2021) Single-cell meta-analysis of SARS-CoV-2 entry genes across tissues and demographics. Nat Med. 27(3):546-559.
[15] Tucker NR et al. (2020) Myocyte-Specific Upregulation of ACE2 in Cardiovascular Disease: Implications for SARS-CoV-2-Mediated Myocarditis. Circulation. 142(7):708-710.
[16] Ziegler CGK et al. SARS-CoV-2 Receptor ACE2 Is an Interferon-Stimulated Gene in Human Airway Epithelial Cells and Is Detected in Specific Cell Subsets across Tissues. Cell. 2020 181(5):1016-1035.e19.
[17] Flament et al. (2021) Outcome of SARS-CoV-2 infection is linked to MAIT cell activation and cytotoxicity Nature Immunology 22, pages322–335
[18] de Melo et al. (2021) Attenuation of clinical and immunological outcomes during SARS-CoV-2 infection by ivermectin, EMBO Mol Med 9;13(8):e14122
[19] de Melo et al. (2021) COVID-19-related anosmia is associated with viral persistence and inflammation in human olfactory epithelium and brain infection in hamsters Science Transl Med 2;13(596):eabf8396
[20] Di Meglio et al. (2021) Influence of age on the spread of SARS-CoV-2 variant B.1.1.7, J Clin Virol 141: 104872
[21] Epidémiologie génétique de la Covid-19 : projet EpiGenCOV
Contrôle de l'expression des cytokines pro-inflammatoires
GenomEast cosigne une étude multiomique (RNA, ATAC, CHIPseq) qui permet d'élucider le rôle du répresseur Ikaros dans le mécanisme de régulation des cytokines pro-inflammatoires qui, surexprimées, conduisent à des dommages tissulaires dans des pathologies auto-immunes. Grâce à ces données, Ikaros pourrait être considéré comme un marqueur de la réponse auto-immune chez des patients atteints de la Covid-19.
PNAS avril 2020 doi.org/10.1073/pnas.2023172118
UCA GenomiX traque les variants SARS-CoV-2 dans les eaux usées
La plateforme UCA GenomiX (IPMC), a développé depuis plusieurs mois une méthode pour mesurer les niveaux des différentes formes du virus du SARS-CoV-2 qui circulent dans les eaux usées de la métropole niçoise. La détection de taux élevé de SARS-CoV2 dans les selles de patients a en effet suggéré l'intérêt d'y suivre ses niveaux dans les stations d’épuration. L'apparition de nouveaux variants rend particulièrement intéressante l’approche par séquençage, qui permet de les détecter facilement. La lecture de l'intégralité du génome viral (30000 nucléotides) est effectuée par une technique de séquençage Oxford Nanopore, sur une série d'amplicons produits à partir d'extraits d'eaux usées. En septembre 2020, UCA GenomiX a commencé a développé un partenariat avec la Ville de Nice pour réaliser le séquençage d’échantillons collectés dans une vingtaine de quartiers différents, réalisant ainsi une quantification précises des différents variants présents sur le territoire. Cette collecte par quartier a permis d'alerter très tôt la Métropôle niçoise sur la circulation de certains variants "à risque" dans certains quartiers de la ville. Tout en poursuivant cette surveillance, l'équipe collabore désormais avec la Société Véolia qui souhaite industrialiser cette approche, en s'appuyant sur l'expertise développée par UCA GenomiX. La réalisation des premières analyses a en effet réclamé la construction d'une chaîne complète de traitement, allant de la récupération des échantillons jusqu'à la production des banques, leur séquençage, et leur analyse bioinformatique. Cette initiative a été suivie par d’autres, comme celle de l’observatoire Ôbépine, (https://www.reseau-obepine.fr/), afin de l’élargir à l’ensemble du territoire français
Les personnes de l’IPMC impliquées dans le projet : Géraldine Rios, Assistant Ingénieur CNRS ; Rainer Waldmann, chercheur INSERM ; Caroline Lacoux (équipe Bernard Mari), chercheuse CNRS ; Kévin Lebrigand, ingénieur CNRS ; Anna Diamant, étudiante Master; Pascal Barbry, DR CNRS.
Mission « Microbiomes » pour Tara
La goélette repart sur les océans pour étudier leurs microbiomes (https://oceans.taraexpeditions.org/m/science/les-actualites/mission-microbiomes-la-nouvelle-expedition-de-tara/). Le Genoscope, partenaire de l’expédition, apportera son expertise de séquençage et d’analyses multi metaomics pour l’identification des micro-organismes et leurs écosystèmes face aux modifications environnementales.
Identification des cellules respiratoires cibles du SARS COV2
Dans le cadre du consortium Human Cell Atlas Lung Biological Network et la recherche pour comprendre le mécanisme d'infection de la Covid-19, les études scRNAseq de IPMC/UCAGenomiX ont permis l'identification les cellules respiratoires cibles du SARS-COV2 .
Nature Medecine 2020; doi: 10.1038/s41591-020-0868-6
Cell 2020; doi: 10.1016/j.cell.2020.04.035
Les fibroblastes CAF-S1 et la sensibilité aux immunothérapies
La plateforme de séquençage de l'Institut Curie a participé a une avancée significative dans l'identification de clusters de fibroblastes associés au phénomène de résistance aux immunothérapies du cancer ( CANCER DISCOVERY 2020 ;doi: 10.1158/2159-8290.CD-19-1384).
ScNaUmi-seq
K Lebrigand et al. décrivent une nouvelle approche d'assignation des UMI "SCNaUMI" ( Nat.Commun. 2020 ;doi: 10.1038/s41467-020-17800-6), qui permet l'identification précise, à partir de cellules uniques, des transcrits et leurs isoformes par séquençage long fragment (Oxford Nanopore) .
Le 1er atlas cellulaire des voies aériennes humaines
L'équipe de P Barbry et la plateforme UCAGenomiX publient le 1er atlas cellulaire des voies aériennes humaines par analyse scRNA-seq (Am. J. Respir. Crit. Care. Med 2020; doi: 10.1164/rccm.201911-2199OC). Cette étude met en évidence un transcriptome diffèrent pour un type cellulaire selon sa localisation tout au long des voies respiratoires alors que l'expression de gènes cellules-spécifiques reste stable.
La génomique du chêne
Le consortium auquel le Genoscope apporte une contribution majeure publie un numéro spécial du "New Phytologist" consacré à la génomique du chêne et sa flexibilité génétique qui permet son adaptabilité à l'environnement, sa robustesse et sa longévité.
Le projet PED-COVID
Le CNRGH est partenaire du projet PED-COVID coordonné par l'Hôpital Necker pour réaliser les analyses génomiques dans le cadre de l’étude de l’immunoprévalence et l'immunoprotection contre le SARS-CoV2 chez les jeunes enfants et leurs parents