Un nouveau test sérologique dans lequel un professeur de la NAU a joué un rôle important dans le développement peut non seulement aider l’humanité à se préparer et à réagir à la prochaine pandémie, mais il peut également être essentiel dans la recherche de déclencheurs viraux de maladies comme le diabète et la maladie coeliaque.
Jason Ladner, professeur adjoint au Département des sciences biologiques et au Pathogen & Microbiome Institute (PMI), était un innovateur de premier plan sur PepSeq, une technologie qui permet aux scientifiques de tester la liaison des anticorps contre des centaines de milliers de cibles protéiques à la fois, à la place de tester un à la fois. Lorsque nous essayons de suivre un virus contagieux comme le coronavirus et de comprendre comment y répondre, obtenir des réponses rapidement peut être la réponse entre la vie et la mort.
Ce protocole est détaillé dans un article publié plus tôt en novembre dans Protocoles Nature.
« PepSeq : une plate-forme entièrement in vitro pour la sérologie hautement multiplexée utilisant des bibliothèques de peptides à code-barres d’ADN personnalisables » décrit la nouvelle approche pour effectuer des tests de sérologie hautement multiplexés et détaille l’approche de l’équipe pour la conception et la synthèse de bibliothèques PepSeq personnalisées, ainsi que la façon de les utiliser bibliothèques pour effectuer des tests et interpréter les données. L’espoir, a déclaré Ladner, est de fournir une feuille de route aux scientifiques du monde entier pour utiliser le protocole dans leurs propres recherches, nous rapprochant des réponses sur certaines maladies infectieuses majeures.
C’est un pas en avant important car les préoccupations concernant le bioterrorisme, les maladies zoonotiques et la prochaine pandémie ne sont jamais loin et la compréhension de ces agents pathogènes aidera les scientifiques à développer des vaccins ainsi qu’à suivre leurs mouvements et leur évolution.
« Les tests sérologiques sont importants pour diagnostiquer de nombreuses infections humaines et animales », a-t-il déclaré. Cependant, les tests traditionnels manquent souvent de sensibilité et/ou de spécificité. Notre approche peut aider à identifier quelles protéines stimulent le plus souvent une réponse anticorps pendant l’infection et quels épitopes sont spécifiques de l’agent pathogène d’intérêt, plutôt que d’être réactifs entre agents pathogènes apparentés.
Qu’est-ce que PepSeq ?
À la base, le protocole permet aux scientifiques de tester comment les cibles protéiques, ou antigènes, se lient à des centaines de milliers d’anticorps à la fois. Les antigènes, qui sont des morceaux d’un agent pathogène – comme un virus ou une bactérie – sont les cibles des anticorps dans le sang de l’hôte. De nouveaux anticorps sont produits en réponse à chaque nouvelle infection, ces anticorps sont hautement spécifiques pour des antigènes particuliers et ils peuvent persister pendant des mois voire des années. Par conséquent, les anticorps aident à protéger contre de futures infections par des agents pathogènes similaires, mais ils fournissent également un enregistrement des expositions passées.
L’une des grandes questions du côté médical est donc de savoir quels anticorps offrent une protection contre l’infection. C’est là que l’humanité s’est retrouvée en 2020 – ne sachant pas quels étaient les bons anticorps que le corps devait développer pour répondre au COVID-19. Ces informations étaient nécessaires pour créer un vaccin efficace et, à l’avenir, pourraient aider à développer des approches de vaccination qui protégeraient largement contre les coronavirus comme le SRAS-CoV-2, y compris ceux que nous n’avons pas encore identifiés.
La grande question du côté médical est donc d’identifier les anticorps nécessaires pour attaquer les antigènes d’un agent pathogène. C’est là que l’humanité s’est retrouvée en 2020 – ne sachant pas quels étaient les bons anticorps que le corps devait développer pour répondre au COVID-19. Cette information était nécessaire pour créer un vaccin efficace.
PepSeq, qui a été initialement développé par une équipe qui comprenait John Altin, maintenant chercheur au TGen, collaborateur de Ladner et co-auteur de l’étude, contribue à ce processus de deux manières clés. Premièrement, il permet aux scientifiques d’évaluer simultanément la liaison des anticorps sur un grand nombre d’antigènes différents. Étant donné que les anticorps sont la preuve d’infections passées d’un hôte, savoir quels anticorps une personne possède peut offrir des indices sur les agents pathogènes auxquels elle a été exposée dans le passé. Ce test permet aux chercheurs d’explorer largement l’historique d’exposition en testant des preuves d’infections passées par tous les virus connus pour infecter les humains.
« Cela peut nous aider à mieux comprendre l’épidémiologie des maladies infectieuses, et cela nous donne également du pouvoir dans notre recherche de déclencheurs viraux potentiels pour des maladies non infectieuses comme le diabète et la maladie coeliaque », a déclaré Ladner.
Deuxièmement, les antigènes utilisés dans PepSeq sont des peptides courts, ce qui signifie qu’ils ne font généralement pas plus de 64 acides aminés. Cela signifie que chaque fois qu’un anticorps se lie à un antigène PepSeq, le signal est spécifique à une région particulière d’une protéine, ce qui permet ensuite à Ladner et à son équipe de disséquer la réponse des anticorps dans les moindres détails. Il aide à déterminer quelles parties d’un agent pathogène sont le plus souvent ciblées par des anticorps et quels anticorps sont spécifiques à des agents pathogènes particuliers, comme le nouveau coronavirus qui cause le COVID-19, et qui reconnaissent de manière croisée – et potentiellement une protection croisée contre – de près pathogènes apparentés, comme les coronavirus qui peuvent causer le rhume.
« En particulier, nous avons été très intéressés par quelques épitopes hautement conservés entre le SRAS-CoV-2 et les coronavirus humains « endémiques » qui infectent les humains depuis des décennies et ne provoquent généralement qu’un rhume », a-t-il déclaré. « Nous avons découvert que la dynamique de la réponse des anticorps à ces épitopes est distincte et que les réponses dirigées contre ces régions pourraient fournir une large protection contre les coronavirus. »
Le troisième facteur clé dominant chaque test : PepSeq permet à ces tests d’être exécutés rapidement et avec un volume d’échantillon beaucoup plus petit que les autres tests – important car souvent ces échantillons sont précieux et rares.
Que se passe-t-il maintenant ?
Cette étude fournit les informations nécessaires à tout chercheur pour utiliser PepSeq. Il fournit également leur justification des décisions qu’ils ont prises au cours du processus afin que d’autres puissent s’appuyer sur la technologie. Aussi innovant que soit ce protocole, l’objectif des chercheurs est que d’autres innovent encore plus. L’équipe de Ladner dirige le développement de protocoles bioinformatiques et de progiciels personnalisés qui créeront les bibliothèques PepSeq et permettront l’interprétation des données collectées via le protocole.
D’un point de vue global, avoir ce genre de conversations aide le domaine dans son ensemble à progresser, a déclaré Ladner. Cela aide à développer la confiance dans le processus et les résultats.
« Même si personne en dehors de PMI et de TGen ne finit par utiliser PepSeq, nous voulons que la communauté scientifique au sens large ait confiance dans la fiabilité des résultats, et la meilleure façon d’y parvenir est de faire preuve de transparence sur le processus », a-t-il déclaré. « Dans ce type de manuscrit de protocole, nous pouvons entrer beaucoup plus en détail sur les méthodes que dans un manuscrit axé sur les résultats d’un projet de recherche particulier qui utilise PepSeq. »
Ladner affine également un protocole pour de nouveaux types d’échantillons, y compris la salive et l’urine humaines et les moustiques nourris au sang. Il utilise également PepSeq pour mieux comprendre la distribution et l’écologie des virus qui affectent d’autres animaux mais pas (encore) les humains. Cela permettra à son équipe d’explorer la réactivité des anticorps chez d’autres animaux, comme les chauves-souris, ce qui démontrera quels types de virus infectent couramment ces espèces réservoirs.
Bien que la plupart de ces recherches visent des questions dans la partie de recherche des faits du processus, elles devraient jeter les bases qui conduisent à une réponse plus efficace lors de futures épidémies ainsi qu’à des vaccins et des traitements thérapeutiques pour les maladies virales. L’équipe de Ladner bénéficie d’un financement de la Defense Threat Reduction Agency du département américain de la Défense pour utiliser PepSeq afin de mieux comprendre les avantages et les inconvénients des différentes plateformes d’administration de vaccins.
« L’un des principaux objectifs de la vaccination est de stimuler la production de réponses anticorps protectrices, et PepSeq peut nous aider à comprendre la réponse anticorps à la vaccination », a déclaré Ladner. « Les résultats des tests PepSeq pourraient certainement aider à éclairer les stratégies et les approches qui sont plus directement liées à la préparation et à la réponse aux épidémies. »
