Caractérisation de la diversité génétique de SARS-CoV-2 dans des échantillons cliniques

Characterization of SARS-CoV-2 genetic diversity in clinical samples

• Auteur / Autrice : Wahiba Bader
• Direction : Philippe Colson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie santé. Maladies infectieuses
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mephi (Marseille) - Méditerranée Infection
• Jury : Président / Présidente : Anthony Levasseur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Foulongne, Sylvie Pillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

RNA replicase

Glycoprotéine de spicule des coronavirus

Variabilité génétique

Quasi-espèces virales

Génome

SARS-CoV-2 (virus)

Mots clés libres

SARS-CoV-2

Variants

Génome

Quasi-Espèces

Variabilité

SARS-CoV-2

Variants

Genomes

Quasispecies

Variability

Résumé

Depuis son émergence, SARS-CoV-2 a présenté une variabilité génétique importante causée principalement par les erreurs de l’ARN polymérase ARN dépendante, et par les recombinaisons génétiques. Ceci génère lors de la réplication les « quasi-espèces » virale. Ces derniers constituent l’ensemble des virus mutants, pour beaucoup très minoritaires, détectables chez un même patient ou dans un même prélèvement. Malgré leur importance biologique, les quasi-espèces sont peu étudiées et caractérisées. Cette thèse a porté sur l’étude des quasi-espèces SARS-CoV-2 à partir des échantillons nasopharyngés PCR positifs. Elle a concerné différents variants, et a compris 3 axes principaux. Premièrement, nous avons étudié les quasi-espèces de 110 séquences complètes de génomes SARS-CoV-2 obtenus après un séquençage direct par la technologie Illumina (Marseille, 2020-2021). Cette étude a montré des hot-spots de diversité génétique incluant des positions mutées chez des variants ayant prédominé mondialement. Deuxièment, nous avons analysé des quasi-espèces SARS-CoV-2 lors d’infections par le variant Marseille-4, après un séquençage plus profond précédé d’amplification par PCR. Nous avons pu observer deux pics de diversité dans ORF1a et ORF1b. Finalement, nous avons comparé les quasi-espèces SARS-CoV-2 chez des patients immunodéprimés avant et après l’administration des anticorps monoclonaux dirigés contre la protéine Spike. Cette étude a montré une modification significative des quasi-espèces virales notamment dans le gène codant pour cette protéine. Par conséquent, les séquences consensus ne sont que des représentations imparfaites de la population virale globale infectant un hôte..

Since its emergence, SARS-CoV-2 has exhibited significant genetic variability caused mainly by errors in RNA-dependent RNA polymerase, and by genetic recombination. This generates during replication the viral "quasispecies". These constitute the set of mutant viruses, many of which are in the minority, detectable in the same patient or in the same sample. Despite their biological importance, quasispecies are little studied and characterized. This thesis focused on the study of SARS-CoV-2 quasispecies from PCR-positive nasopharyngeal samples. It involved different variants, and included 3 principal axes. First, we studied the quasispecies of 110 complete SARS-CoV-2 genome sequences obtained after direct sequencing by Illumina technology (Marseille, 2020-2021). This study showed hot-spots of genetic diversity including mutated positions in globally predominant variants. Secondly, we analyzed SARS-CoV-2 quasispecies in infections with the Marseille-4 variant, after deeper sequencing preceded by PCR amplification. We observed two peaks of diversity in ORF1a and ORF1b. Finally, we compared SARS-CoV-2 quasispecies in immunocompromised patients before and after administration of monoclonal antibodies directed against the Spike protein. This study showed a significant modification of the viral quasispecies, particularly in the gene coding for this protein. Therefore, the consensus sequences are only imperfect and incomplete representations of the overall viral population infecting a host.