Développement de tests RT-qPCR multiplex en temps réel pour la détection du SRAS-CoV-2, de la grippe A/B et du MERS-CoV
Summary
Nous présentons deux kits de RT-qPCR en une étape basés sur des sondes pour les virus respiratoires courants. Le premier test concerne le SRAS-CoV-2 (N), la grippe A (H1N1 et H3N2) et la grippe B. Le second concerne le SARS-Cov-2 (N) et le MERS (UpE et ORF1a). Ces tests peuvent être mis en œuvre avec succès dans n’importe quel laboratoire spécialisé.
Abstract
Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) qui cause la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) constitue une menace sérieuse pour la santé du grand public. Pendant les saisons grippales, la propagation du SRAS-CoV-2 et d’autres virus respiratoires peut entraîner un fardeau de maladies respiratoires difficile à gérer à l’échelle de la population. Pour cela, les virus respiratoires SARS-CoV-2, Influenza A, Influenza B et syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS-CoV) devront être surveillés de près au cours des prochaines saisons d’automne et d’hiver, en particulier dans le cas du SRAS-CoV-2, de la grippe A et de la grippe B, qui partagent des facteurs épidémiologiques similaires tels que les populations sensibles, le mode de transmission et les syndromes cliniques. En l’absence de tests spécifiques à la cible, il peut être difficile de différencier les cas de ces virus en raison de leurs similitudes. Par conséquent, un test multiplex sensible et ciblé qui peut facilement différencier ces cibles virales sera utile pour les professionnels de la santé. Dans cette étude, nous avons développé un test en temps réel basé sur la transcriptase inverse et la PCR à l’aide d’un kit RT-qPCR en une étape R3T développé en interne pour la détection simultanée du SRAS-CoV-2, de la grippe A, de la grippe B et du SRAS-CoV-2, MERS-CoV. Avec aussi peu que 10 copies de leurs ARN synthétiques, nous pouvons identifier avec succès les cibles du SRAS-CoV-2, de la grippe A, de la grippe B et du MERS-CoV simultanément avec une spécificité de 100 %. Ce test s’avère précis, fiable, simple, sensible et spécifique. La méthode développée peut être utilisée comme test de diagnostic optimisé du SRAS-CoV-2, de la grippe A, de la grippe B et du SRAS-CoV-2, du MERS-CoV dans les hôpitaux, les centres médicaux et les laboratoires de diagnostic, ainsi qu’à des fins de recherche.
Introduction
La pandémie de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) en cours est causée par le nouveau coronavirus connu sous le nom de coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2)1. En raison de la forte contagiosité du SAR-CoV-2 et de sa capacité de transmission rapide, la pandémie de COVID-19 est apparue dans la ville de Wuhan, en Chine, et s’est propagée rapidement dans le monde entier. Cela a finalement conduit à l’apparition de signes de détresse respiratoire et même à la mort 2,3,4. La COVID-19 a été déclarée pandémie dans plus de 213 pays, ce qui devrait entraîner une forte augmentation du nombre de cas confirmés, comme en témoignent les articles publiés par différentes études de recherche 3,5. La COVID-19 se transmet principalement par de petites gouttelettes respiratoires que les personnes infectées libèrent dans l’environnement, puis sont exposées aux personnes vulnérables par inhalation ou par contact étroit avec des surfaces contaminées. Lorsque ces gouttelettes entrent en contact avec la muqueuse des yeux, de la bouche ou du nez, une personne peut être infectée6. Les statistiques publiées par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) montrent qu’il y a eu plus de 76 millions de cas confirmés de la pandémie dans le monde, avec un nombre stupéfiant de 7 millions de décès7. Ainsi, les Nations Unies ont classé la pandémie causée par la maladie COVID-19 comme une catastrophe en raison de son impact direct sur la vie de milliards de personnes dans le monde et de ses effets économiques, environnementaux et sociaux de grande portée.
Les initiatives de santé publique, y compris les tests approfondis, la détection précoce, la recherche des contacts et l’isolement des cas, se sont toutes avérées cruciales pour garder cette pandémie sous contrôle 8,9,10,11. Les mois d’hiver augmenteront la circulation d’autres virus respiratoires comme la grippe A et B avec des symptômes semblables à ceux de la COVID-19, ce qui rendra difficile l’identification, le suivi et l’isolement précoces des cas de COVID-19. Chaque année, les éclosions de grippe A et B commencent à la fin de l’automne ou au début de janvier avec une saisonnalité prévisible12. De nombreux traits épidémiologiques sont communs aux virus SARS-CoV-2 et grippal. En outre, partageant des similitudes dans les populations sensibles qui comprennent les enfants, les personnes âgées, les immunodéprimés et les personnes souffrant de comorbidités chroniques telles que l’asthme, la bronchopneumopathie chronique obstructive, l’insuffisance cardiaque et rénale ou le diabète12,13. Ces virus partagent non seulement des populations vulnérables, mais aussi des voies de transmission de contact et de gouttelettes respiratoires14. On s’attend à ce que les patients contractent plus d’un de ces virus respiratoires àl’approche de la saison de la grippe. Pour cela, le dépistage du SARS-CoV-2 et des virus de la grippe doit être effectué sur les patients symptomatiques avant qu’ils ne soient isolés. Il n’est pas possible d’effectuer des tests séparés pour les trois virus (SRAS-CoV-2, grippe A et grippe B) en raison du manque mondial de ressources pour l’extraction et le diagnostic des acides nucléiques. Afin de les dépister tous en une seule réaction, une méthode ou un test doit être développé.
Le syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS)-CoV est un membre de la famille des coronavirus humains (CoV). Les premiers isolats du virus MERS-CoV provenaient d’un patient hospitalisé en Arabie saoudite qui était décédé en septembre 2012 des suites de problèmes respiratoires aigus15. Il existe des preuves qui suggèrent que les dromadaires sont un hôte de réservoir important pour le MERS-CoV. Il a été prouvé que les virus des dromadaires infectés sont zoonotiques et peuvent donc infecter les humains16,17. Les humains infectés par ce virus peuvent le transmettre à d’autres personnes par contact étroit18. Au 26 janvier 2018, il y avait eu 2143 cas confirmés en laboratoire d’infection par le MERS-CoV, dont 750 décès dans lemonde. Les symptômes les plus typiques du MERS-CoV sont la toux, la fièvre et l’essoufflement. Des infections par le MERS-CoV ont également été signalées comme présentant des symptômes de pneumonie, de diarrhée et de maladies gastro-intestinales20. À l’heure actuelle, il n’existe pas de vaccin commercial ou de traitement spécifique contre le MERS-CoV. Par conséquent, un diagnostic rapide et précis est essentiel pour prévenir les épidémies généralisées de MERS-CoV et différencier le MERS-CoV de la maladie SARS-CoV-2.
À ce jour, de nombreuses approches ont été proposées pour détecter ces virus telles que la RT-PCR multiplex 21,22,23,24,25, CRISPR/Cas1226,27, CRISPR/Cas928 et CRISPR/Cas329, le dosage immunologique à flux latéral30, les capteurs biomoléculaires à base de papier31, le test SHERLOCK dans un pot32, l’aptamère d’ADN33, l’isotherme médié par boucle amplification (LAMP)19,34, etc. Chacune des méthodes susmentionnées présente des avantages et des inconvénients uniques en termes de sensibilité et de spécificité. Parmi ces méthodes, le test basé sur l’amplification des acides nucléiques : qRT-PCR multiplex, est la plus courante et est considérée comme l’étalon-or pour le diagnostic du SRAS-CoV-2, de la grippe A, de la grippe B et du MERS-CoV.
Dans cette étude, nous avons conçu et évalué diverses combinaisons d’amorces et de sondes pour la détection efficace, précise et simultanée du SRAS-CoV-2, de la grippe A, de la grippe B et du SRAS-CoV-2, du MERS-CoV à l’aide d’ARN viraux synthétiques à torsion standard. L’Organisation mondiale de la santé (OMS) recommande les tests multiplexés développés pour les gènes cibles du MERS-CoV ou du SRAS-CoV-2. Ces gènes codent généralement pour des protéines et des complexes qui contribuent à la formation d’un complexe de réplication/transcription (RTC)35, comme la région du cadre de lecture ouvert 1a (ORF1a) utilisée pour le dosage du MERS-CoV. De plus, les protéines structurales sont codées par les gènes utilisés dans les tests diagnostiques tels que le gène de la région amont de l’enveloppe (upE) et le gène de la nucléocapside (N) qui sont utilisés pour les tests MERS-CoV et SARS-Cov-2, respectivement35,36. Nous avons utilisé le kit RT-qPCR en une étape R3T en interne pour établir la RT-qPCR pour la détection des virus37. La détection des virus, la sensibilité, la spécificité et la plage dynamique de notre kit RT-qPCR en une étape R3T et de nos ensembles d’amorces ont été testés et évalués à l’aide de dilutions en série 10 fois des ARN synthétiques à torsion standard. La limite pratique de détection la plus basse était d’environ 10 copies de transcription par réaction. En conséquence, le kit RT-qPCR en une étape R3T interne et les ensembles d’amorces/sondes peuvent être utilisés et mis en œuvre avec succès pour le diagnostic simultané de routine du SRAS-CoV-2, de la grippe A, de la grippe B et du SRAS-CoV-2, MERS-CoV.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le système de santé du monde entier est lourdement chargé de l’économie en raison des taux élevés d’infection et de mortalité dus à la propagation de virus respiratoires courants tels que le SRAS-CoV-2, la grippe A/B et les variants MERS-CoV 12,19,20. Motivés par le sens des responsabilités vis-à-vis de l’allègement de ce fardeau, nous avons réalisé la nécessité d’un test de diagnostic rapide, précis et …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah par le biais d’un financement de base et du National Term Grand Challenge (NTGC) à S.M.H.
Materials
| 0.45 μm filter cups | Thermo Scientific | 291-4545 | |
| 10X Tris-Glycine SDS running buffer | Novex | LC2675 | |
| 6-well tissue culturing plates | Corning | 353046 | |
| Ammonium sulfate | Fisher Scientific | A701-3 | |
| Ampicillin | Corning | 61-238-RH | |
| Cation exchange (HiTrap SP HP) 5 mL | Cytiva | 17-1152-01 | |
| D-(+)-Biotin, 98+% | Thermo Scientific | A14207.60 | |
| DH10Bac competent cells | Fisher Scientific | 10361012 | |
| Dialysis bag (Snakeskin 10,000 MWC) | Thermo Scientific | 68100 | |
| Dithiothreitol (DTT) | Thermo Scientific | R0862 | |
| Dnase/Rnase Free Distilled Water | Ambion | AM9930 | |
| dNTPs | Thermo Scientific | R0192 | |
| E. coli BL21(DE3) competent cells | Invitrogen | C600003 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP120-1 | |
| Elution Buffer | Qiagen | 19086 | |
| ESF 921 insect cell culture medium (Insect cells media) | Expression Systems | 96-001-01 | |
| FBS Solution | Gibco | A38400-01 | |
| Fugene (transfection reagent) | Promega | E2311 | |
| Gentamicin | Fisher Scientific | 15750060 | |
| Glycerol | Sigma Aldrich | G5516-500 | |
| IGEPAL CA-630 | Sigma Aldrich | I8896-100ml | |
| Imidazole | Sigma Aldrich | 56750-1Kg | |
| Influenza A (H1N1) synthetic RNA | Twist Bioscience | 103001 | |
| Influenza A (H3N2) synthetic RNA | Twist Bioscience | 103002 | |
| Influenza B synthetic RNA | Twist Bioscience | 103003 | |
| IPTG | Gold Biotechnology | I3481C100 | |
| Kanamycin | Gibco | 11815-032 | |
| LB Agar | Fisher Scientific | BP1425-500 | |
| LB Broth media | Fisher Scientific | BP1426-500 | |
| Lysozyme | Sigma Aldrich | L6876-10G | |
| Magnesium Chloride | Sigma Aldrich | 13152-1Kg | |
| MERS-CoV synthetic RNA | Twist Bioscience | 103015 | |
| MicroAmp Fast Optical 96-well Reaction plates with Barcode (0.1 mL) | Applied Biosystems | 10310855 | |
| Mini- PROTEAN TGX Precast Gel | Bio-Rad | 456-1093 | |
| Miniprep kit | Qiagen | 27106 | |
| Ni-NTA Excel (HisTrap Excel) 5 mL | Cytiva | 17-3712-06 | |
| Ni-NTA HP (HisTrap HP) 5 mL | Cytiva | 17-5248-02 | |
| Optical Adhesice Covers (PCR Compatible,DNA/Rnase/PCR Inhibitors Free | Applied Biosystems | 4311971 | |
| Potassium Chloride | Fisher Bioreagents | BP366-1 | |
| Primers and Probes | Integrated DNA Technologies, Inc. | ||
| Protease Inhibitor Mini tablets EDTA-Free | Thermo Scientific | A32955 | |
| Protein marker | Fermentas | 26616 | |
| RT-qPCR machine (QuantStudio 7 Flex) | Applied Biosystems | ||
| S.O.C medium | Fisher Scientific | 15544034 | |
| SARS-CoV-+A2:C442 synthetic RNA | Twist Bioscience | 102024 | |
| Sf9 insect cells | Gibco | A35243 | |
| Sodium Chloride | Sigma Aldrich | S3014-1Kg | |
| StrepTrap XT 5 mL | Cytiva | 29401323 | |
| Tetracycline | IBI Scientific | IB02200 | |
| Tris Base Molecular Biology Grade | Promega | H5135 | |
| Tris-HCl | Affymetrix | 22676 | |
| Tween 20 | Sigma Aldrich | P1379-100ml | |
| X-Gal | Invitrogen | B1690 |
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