La meilleure façon de détecter le coronavirus est avec un test PCR. Les tueurs sont aussi rattrapés par la technologie, qui a mille et une autres applications. Comment la PCR est-elle devenue la référence pour tant de recherches ?
Il y a environ un an, au début de la pandémie corona, le biologiste moléculaire Marvin Tanenbaum pique-niquait dans un parc d'Utrecht. Il a discuté avec un ami de la manière dont les laboratoires pourraient tester plus rapidement le corona. Beaucoup plus rapide, c'est-à-dire. À cette époque, un laboratoire pouvait effectuer plusieurs centaines de tests par jour. Un test demandait beaucoup de travail manuel et était donc loin d'être efficace. Il devait être possible de faire des milliers voire des dizaines de milliers de tests chaque jour. Pourtant?
C'était le dimanche de Pâques, immédiatement après leur conversation, les deux se sont mis au travail. Ils ont contacté l'expert en robots Martijn Bosch et cette nuit-là, les trois avaient une première ébauche de plan prête. Trois quarts d'année plus tard, un robot de leur conception a honoré un laboratoire dans la province néerlandaise du Brabant.
L'appareil entièrement automatique extrait le liquide de test de minuscules tubes provenant de différents endroits. Le robot en filtre l'ARN. Un test PCR montrera alors s'il existe des gènes pour le coronavirus SARS-CoV-2. Un ordinateur relie automatiquement le résultat à la personne testée. Le résultat :vingt mille tests par jour dans un seul laboratoire. Enfin, les chercheurs pourraient commencer à tester à grande échelle.
C'était une belle pièce d'ingénierie à tous points de vue. Et pourtant, la véritable vedette du spectacle est la PCR, la réaction en chaîne par polymérase. La technique moléculaire est la plus fiable pour rechercher la présence d'un virus. Lorsque le matériel génétique du nouveau coronavirus a été cartographié en janvier de l'année dernière, le test PCR était prêt à l'emploi en un rien de temps. Cela n'aurait pas été possible sans quelques découvertes accidentelles dans les années 1960 et 1970.
La première découverte peut être attribuée au microbiologiste américain Thomas Brock. En 1966, lui et l'un de ses étudiants partent à la recherche de la vie dans un endroit où la vie n'aurait pas été possible :les sources chaudes les plus chaudes du parc national de Yellowstone. À partir de quelques tubes d'eau, ils ont isolé des organismes unicellulaires qui étaient actifs même dans l'eau bouillante - une surprise totale pour la science. Brock a nommé sa bactérie Thermus aquaticus †
Dix ans plus tard, une nouvelle découverte a suivi, faite par deux étudiants en biologie. Ils ont pris la bactérie de Brock et en ont isolé une enzyme qu'ils ont appelée Taq polymérase, Taq faisant référence à Thermus aquaticus † Une ADN polymérase est un outil important pour les cellules lors de leur multiplication. L'enzyme aide à copier l'ADN pour de nouvelles cellules. Et cette polymérase s'est avérée avoir une propriété unique. Contrairement à presque toutes les autres enzymes, il ne se désintègre pas à des températures élevées.
C'était spécial. Mais cela n'a pas immédiatement conduit à une révolution. Cela n'est arrivé que dans les années 1980, lorsque le biochimiste Karry Mullis a inventé la réaction en chaîne par polymérase. Il a été le premier à utiliser la polymérase Taq pour amplifier l'ADN. Cela s'est avéré être un geste en or. Pour amplifier l'ADN, il faut séparer les deux brins qui composent l'ADN. Ensuite, vous pouvez faire un nouveau double brin à partir de chaque brin. Il contient alors la même information génétique.
Avant l'avènement de la PCR, les chercheurs passaient trois semaines à détecter un virus, avec la PCR moderne, ils peuvent le faire en 45 minutes
L'ADN n'aime pas faire ça tout seul. Il faut le forcer à le faire en le chauffant. Seulement :des températures aussi élevées détruisent les enzymes qui aident à amplifier l'ADN. En plus de la polymérase Taq, Mullis a vu. Il a fait la recette de la PCR avec chauffage et refroidissement séquentiels en cycles répétitifs. Chaque cycle produit deux fois plus d'ADN. Après un certain nombre de cycles, il y a alors suffisamment d'ADN pour poursuivre les recherches. Mullis a reçu le prix Nobel de chimie pour sa découverte en 1993.
A la fin des années 1980, les premiers laboratoires du Benelux se sont mis à travailler avec la PCR. La biologiste moléculaire Maria Plug a été l'une des pionnières. Elle était ravie lorsqu'elle a été autorisée à essayer la PCR en tant que jeune chercheuse à l'Université de Leiden. « Même si ce n'était pas efficace du tout. Nous avions trois bains-marie avec des températures différentes et un bras robot branlant pour transférer un échantillon d'un bain à l'autre.» Pourtant, c'était une solution.
Avant l'avènement de la PCR, les chercheurs passaient trois semaines à détecter un virus dans un échantillon, avec la PCR, ils pouvaient le faire en une journée. Une machine PCR moderne a déjà fait le travail en 45 minutes.
Pourquoi les chercheurs veulent-ils amplifier l'ADN si nécessaire ? Parce que cela peut mettre certaines choses en lumière. Si un échantillon contient quelques copies d'un gène viral, vous ne pouvez pas le détecter. Mais si l'ADN de ce gène a des millions de copies, il deviendra visible. Et ensuite, vous pouvez vérifier si un échantillon contient ou non le virus en question.
Au départ, c'était tout un casse-tête de mettre en place la bonne amorce (la pièce de départ) pour la propagation. Aujourd'hui, les chercheurs peuvent consulter de grandes bases de données génétiques à cette fin. Les tests ADN sont ainsi devenus beaucoup plus faciles, explique Rob van Gijlswijk, un autre utilisateur de PCR à grande échelle. Il mène des recherches sur la qualité de l'eau. «Il n'y a pas si longtemps, nous devions étudier la biodiversité dans un échantillon d'eau en comptant les animaux. Maintenant, nous prenons une cuillère d'eau d'un fossé et analysons l'ADN qui s'y trouve. Si je veux rechercher la présence d'écrevisses, je peux rechercher les gènes pertinents dans des bases de données."
Étudier certaines protéines pour la recherche de médicaments, déterminer si quelqu'un a une MST, effectuer des recherches avec CRISPR et d'autres formes de modification génétique :tout est mieux fait avec la PCR
Selon Maria Plug, vous pouvez en principe appliquer la PCR à tout ce qui est vivant ou a vécu. "L'ADN d'une défense centenaire ou d'un cadavre qui a longtemps dormi dans le fossé sera alors de qualité douteuse. Pourtant, il y a souvent encore quelque chose d'utile là-dedans.» Ils le savent aussi à la police judiciaire. Il utilise la PCR pour la recherche de parenté afin de retrouver l'auteur d'un meurtre ou d'un crime sexuel.
Étudier des protéines spécifiques pour la recherche de médicaments, déterminer si quelqu'un a une MST, mener des recherches avec CRISPR et d'autres formes de modification génétique :tout est mieux fait avec la PCR. Dans les laboratoires de recherche moléculaire, la PCR est désormais aussi courante que la machine à café de votre cuisine. L'ADN ne doit pas nécessairement provenir de virus non plus. L'ADN des bactéries, des champignons, des plantes et des animaux peut également être multiplié par PCR. Même dans les virus à ARN, comme le SRAS-CoV-2, c'est possible. L'ARN est similaire à l'ADN et peut être facilement converti de sorte que la PCR est possible.
Dans le processus de PCR, chaque double brin d'ADN est clivé et redoublé. Deux brins deviennent quatre, quatre deviennent huit et ainsi de suite. Jusqu'à ce qu'après quelques cycles il y ait des milliards d'exemplaires.
L'avènement de la PCR dans les années 1980 a déclenché une véritable révolution génétique. Les améliorations se sont succédées rapidement et pour chaque nouveau formulaire il y avait une application. "Aujourd'hui, il existe même de petits appareils PCR que vous pouvez connecter à un smartphone", sait Plug. « Vous pouvez l'emporter avec vous chez un patient, sur le terrain ou sur une scène de crime. » Rob van Gijlswijk ajoute :« Les grandes brasseries utilisent de tels appareils pour déterminer la quantité de levure dans la cuve. Il n'y a plus de laboratoire impliqué."
Malgré toutes les possibilités, la méthode a aussi une limite. Chez PCR, vous ne trouverez que ce que vous cherchez. Si vous essayez de détecter le coronavirus, vous recherchez des gènes pour ce virus. Si vous le trouvez, c'est simple :l'individu testé est porteur du virus. Mais si vous ne trouvez pas les gènes du virus, il est toujours possible que l'individu soit porteur d'un autre virus.
Le test PCR pour le coronavirus ne répond pas non plus de quelle variante le patient est porteur :la variante classique, britannique, sud-américaine, sud-africaine ou peut-être une autre variante inconnue. Dans toutes ces variantes, le test donne simplement un résultat positif.
Pour savoir avec certitude de quelle variante un patient est infecté, un chercheur utilise le séquençage de l'ADN. Dans ce cas, il n'a pas de morceau d'ADN spécifique à surveiller, comme avec la PCR. Le chercheur ne sait pas à l'avance à quoi ressemblera l'ADN de l'échantillon. Il essaie donc de trouver le code - l'ordre des lettres A, T, G et C - d'un morceau d'ADN inconnu.
D'une certaine manière, la PCR et le séquençage de l'ADN sont des concurrents dans le diagnostic. Vous pouvez utiliser les deux pour détecter un virus ou une bactérie. À une certaine époque, le séquençage de l'ADN était beaucoup plus lourd et coûteux que la PCR, mais cela évolue rapidement.
À l'avenir, il sera peut-être aussi facile de comprendre l'ordre des lettres de l'ADN que de rechercher un gène spécifique. Dans ce cas, l'étalon-or de la PCR peut perdre de son éclat. Bien que Plug et Van Gijlswijk pensent qu'il faudra des années avant que cela n'arrive. D'ici là, des mains humaines et des robots de test effectueront plusieurs millions de tests PCR pour détecter les virus. Et peut-être que la PCR pour les affaires de meurtre, le développement de médicaments, les découvertes archéologiques et le CRISPR seront en vogue encore longtemps.
