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La pandémie, une histoire de protéines

Une image de synthèse créée par Nexu Science Communication et le Trinity College de Dublin montrant un coronavirus comme celui causant la COVID-19.

Les protéines S du coronavirus sont les petites excroissances triangulaires illustrées en bleu dans cette image.

Photo : Reuters / Nexu Science Communication et le Trinity College

Érik Chouinard

Une seule protéine située à la surface du nouveau coronavirus est responsable de sa transmission chez l’humain et de la pandémie qui en a découlé. Poussés par les développements technologiques majeurs des dernières années, les scientifiques connaissent déjà sa structure et sa composition, ce qui pourrait grandement aider la recherche pour un traitement et un vaccin.

La protéine en question est nommée protéine S pour spicule ou spike en anglais. Sa structure a été découverte par un groupe de recherche américain. Elle entoure la particule virale et forme les pointes de sa couronne. C’est aussi elle qui permet au virus d’infecter les cellules humaines.

Les virus se servent de leurs protéines S pour pénétrer dans la cellule en interagissant avec les protéines appelées ACE2 à la surface de la cellule, explique Pierre Talbot, virologiste et directeur du Laboratoire de neuro-immunovirologie à l’Institut national de la recherche scientifique (INRS).

Voici la carte la structure moléculaire de la protéine de pic de 2019-nCoV.

Voici la longue chaîne d'acides aminés repliée qui forme la protéine S du nouveau coronavirus.

Photo : Univ. du Texas à Austin/Jason McLellan

Un peu comme si le coronavirus avait réussi à trouver une fausse clef qui arrive à déverrouiller la serrure pour entrer dans la cellule humaine. Une fois à l’intérieur, le virus se sert de la machine cellulaire pour produire d’autres virus. C’est un peu comme un pirate qui prend le contrôle de la cellule, illustre le virologiste.

Un peu par hasard, à travers quelques mutations génétiques, quelque part entre la chauve-souris, une autre espèce — un pangolin peut-être — et l’homme, le virus de la COVID-19 est tombé sur une variante dotée d’une protéine S particulièrement bien adaptée à la protéine ACE2 de l’humain.

La bonne relation entre les deux protéines pourrait expliquer en partie l’ampleur qu’a prise la pandémie. Ce qui fait que ce coronavirus est aussi infectieux, c’est probablement entre autres à cause de la très bonne affinité entre les deux protéines, suggère Nicolas Doucet, un biochimiste de l’INRS spécialisé en protéines et en biologie structurale, qui est d’ailleurs l’auteur d’un texte sur ces protéines (Nouvelle fenêtre).

L'attraction chimique

Le terme important, c’est affinité. Deux composés chimiques ont de l’affinité l’un pour l’autre lorsque leurs propriétés électrochimiques font en sorte qu’ils s’attirent, un peu comme des aimants.

Pour simplifier, les protéines sont de longues chaînes d’acides aminés qui se replient l’une sur l’autre selon leur composition. L’ordre et le choix des acides aminés sont décidés par le code génétique et c’est ce qui détermine la structure finale de la protéine et les interactions qu'elle aura avec son milieu.

Des images provenant d'un microscope électronique du coronavirus.

Des images du coronavirus provenant d'un microscope électronique.

Photo : Associated Press

Si on remplace un acide aminé par un autre dans la chaîne, on peut changer complètement l’affinité de l’une des protéines pour l’autre. C’est ça qui est surprenant, ça tient vraiment à peu de choses, s’émerveille Nicolas Doucet.

Connaître les atomes et la structure responsable de cette affinité permet entre autres de faire des prédictions. Ça aide de savoir qu’est-ce qui s’imbrique avec quoi, quel bloc Lego va avec quel bloc Lego. On peut regarder ce qui forme les sites actifs et se demander qu’est-ce qu’on pourrait utiliser pour [entrer en compétition] avec l’affinité, souligne le biochimiste.

À quoi ça peut servir?

On pourrait par exemple trouver des anticorps neutralisants à la protéine S, élabore le virologiste Pierre Talbot. Ce genre d’anticorps possède aussi une affinité avec la protéine du virus et arrive ainsi à bloquer l’interaction avec les protéines ACE2 de la cellule humaine.

C’est un peu comme mettre des très grosses mitaines à la protéine S, qui l’empêcheraient d’ouvrir la porte d’auto de la cellule.

Nicolas Doucet, biochimiste à l'INRS

Selon Pierre Talbot, le fait de connaître les protéines responsables de l’infection pourrait aussi permettre à des chercheurs de trouver une façon de les introduire dans le corps humain, sans rendre la personne malade. Le système immunitaire pourra apprendre lui aussi à reconnaître la protéine et à la neutraliser. C’est ainsi que sont développés les vaccins.

On pourrait essayer de mettre les protéines S sur une base, comme un autre virus qui n’affecte pas les humains, comme ce fut le cas pour le développement d’un vaccin contre l’Ebola, donne en exemple le virologiste.

Ainsi, la prochaine fois que le système immunitaire sera exposé à ces protéines avec un véritable coronavirus, il aura déjà développé ses défenses pour empêcher l’infection.

Plaidoyer pour la science fondamentale

Il y a à peine 5 ou 10 ans, les scientifiques auraient peut-être attendu beaucoup plus longtemps avant de connaître la structure de la protéine et d’avoir le coup de pouce qui vient avec cette connaissance.

Les structures sont sorties dans Science, dans les dernières semaines, et le virus est apparu en novembre-décembre en Chine, alors il a fallu que les groupes de recherche s’y mettent rapidement, souligne Nicolas Doucet.

Ordinateur affichant les protéines numérisées par le Titan Krios, un cryomicroscope à 6 millions de dollars

Le cryomicroscope Titan Krios permet d'observer des protéines à l'intérieur d'échantillons biologiques.​ Trois microscopes du genre sont utilisés au Canada.

Photo : Radio-Canada / Photo : Chantal Srivastava

Cette rapidité n’est possible que grâce aux avancées des dernières années dans une technique de caractérisation nommée cryomicroscopie électronique, ou cryoEM pour les intimes.

Il y a quelques années à peine, la technique aurait juste donné un gros blob avec aucune information moléculaire et atomique claire, relate le biochimiste, prédisant qu’elle finira probablement par supplanter les autres techniques plus anciennes.

C’est pour lui une belle démonstration de l’utilité des travaux qui se font en science fondamentale. Ce n’est pas quand on est rendu en temps de pandémie qu’il faut investir là-dedans. Si personne n’avait essayé de trouver la structure d’une protéine de cette façon, on n’aurait jamais été capable de développer des techniques aussi rapides, soutient Nicolas Doucet.

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