Le ViroScan de Joe DeRisi élucide des mystères médicaux

Comment se fait-il, comment pouvons-nous étudier cette flore virale qui nous entoure, et aider la médecine? Comment pouvons-nous transformer notre connaissance cumulative de la virologie en un simple test de diagnostique, portable et unique. Je veux transformer tout ce que nous savons aujourd'hui sur la détection des virus et sur l'éventail des virus existant en, comment dirai-je, une petite puce.

Quand nous avons commencé à réfléchir à ce projet -- comment fabriquer un test de diagnostique unique pour dépister tous les agents pathogènes à la fois -- eh bien, cette idée posait plusieurs problèmes. Tout d'abord, les virus sont assez complexes, mais ils évoluent aussi très rapidement. Ceci est un picornavirus. Les picornavirus -- ce sont des choses dont font partie le rhume commun et la polio, ce genre de choses. Ce que vous voyez, c'est la coque du virus, et la couleur jaune représente les parties du virus qui évoluent très, très vite, et les parties bleues n'évoluent pas très vite. Quand on réfléchit à la fabrication d'un réactif de détection de tous les virus, habituellement c'est l'évolution rapide qui pose problème, car comment pouvons-nous détecter des choses si elles changent constamment? Mais l'évolution est un équilibre: là où vous avez des changements rapides, vous avez aussi de l'ultra-conservation -- des choses qui ne changent pratiquement jamais.

Et donc nous avons étudié cela d'un peu plus près, et je vais maintenant vous montrer des données. C'est un truc simple que l'on peut faire sur un ordinateur dans son bureau. J'ai pris une poignée de ces petits picornavirus, tels que le rhume commun, la polio, et ainsi de suite, et je les ai simplement décomposés en petits segments, et ainsi j'ai pris ce premier exemple, qui s'appelle le virus Coxsackie, et je l'ai simplement décomposé en petites fenêtres. Et je colorie ces petites fenêtres en bleu si un autre virus possède une séquence identique dans son génome à celle de ce virus. Ces séquences tout en haut -- qui ne codent même pas de protéine, soit dit en passant -- sont pratiquement entièrement identiques pour tous ceux-ci, donc je peux utiliser cette séquence comme un marqueur pour dépister un large éventail de virus, sans avoir besoin de fabriquer quelque chose pour chacun. Bon, par ici il y a une grande diversité: c'est là que les choses évoluent rapidement. Là en bas vous pouvez voir une évolution plus lente: moins de diversité.

Bon, une fois que l'on arrive ici, voyons, le virus de la paralysie aiguë de l'abeille -- probablement un qu'il ne fait pas bon d'avoir si vous êtes une abeille -- ce virus ne partage pratiquement aucune similarité avec le virus Coxsackie, mais je peux vous garantir que les séquences qui sont le plus conservées, parmi ces virus à la droite de l'écran le sont dans des régions identiques tout en haut. Donc nous pouvons incarner ces régions d'ultra-conservation tout au long de l'évolution -- la manière dont ces virus ont évolués -- en choisissant simplement des éléments d'ADN ou d'ARN dans ces régions pour les représenter sur notre puce en tant que réactifs de dépistage.

OK, donc c'est ce que nous avons fait, mais comment allons-nous faire cela? Bon, pendant longtemps, depuis que j'étais en troisième cycle à l'université, je me suis amusé à fabriquer des puces ADN -- c'est à dire, à imprimer de l'ADN sur du verre. Et c'est ce qu'on voit ici: Ces petits grains de sel sont simplement de l'ADN fixé sur du verre, et je peux donc en mettre des milliers sur notre puce en verre et les utiliser comme des réactifs de détection. Nous avons amené notre puce chez Hewlett-Packard et avons utilisé leur microscope à force atomique sur un de ces points, et voici ce que l'on voit: on peut vraiment voir les brins d'ADN couchés sur le verre ici. Donc, on imprime juste de l'ADN sur du verre- ces petits trucs plats -- et ils vont servir de marqueurs pour agents pathogènes. OK, je fabrique des petits robots dans le laboratoire pour fabriquer ces puces, et j'aime beaucoup disséminer la technologie. Si vous avez assez d'argent pour vous acheter une Toyota Camry, vous pouvez aussi construire un de ceux là, et nous avons mis un manuel détaillé sur internet, entièrement gratuit, avec des pièces standard du commerce -- on peut construire une machine à fabriquer des puces ADN dans son garage. Voici la partie qui traite de ce bouton capital, le bouton d'arrêt en cas d'urgence. (Rires) Toute machine importante doit avoir un gros bouton rouge. Mais en réalité, c'est assez solide. On peut vraiment fabriquer des puces ADN dans son garage, et décoder des programmes génétiques assez rapidement. C'est très amusant. (Rires)

Et donc ce que nous avons fait -- et c'est vraiment un super projet -- nous avons simplement commencé par faire une puce des virus respiratoires. J'en ai parlé -- vous savez, quand on va dans un centre de consultation et qu'on ne diagnostique pas ce que l'on a? Bon, en gros nous avons mis tous les virus respiratoires humains sur une puce, et nous avons rajouté le virus de l'herpès pour faire bonne mesure -- Après tout, pourquoi pas? La première chose que l'on fait en tant que scientifique est de s'assurer que ça marche. Et donc nous avons simplement pris des cellules de culture tissulaire et nous les avons infectées avec plusieurs virus, et nous les prenons et nous marquons de façon fluorescente l'acide nucléique, le matériel génétique qui provient de ces cellules de culture tissulaire -- principalement viral -- et on le met sur la puce pour voir où il se colle. Or, si les séquences d'ADN correspondent, ils se collent ensemble, et donc nous pouvons regarder les points. Et si les points s'éclairent, nous savons qu'il y a un certain virus là dedans.

Voilà ce à quoi ressemble vraiment une de ces puces, et ces points rouges sont en fait des signaux qui proviennent des virus. Et chaque point représente une famille de virus différente ou une espèce de virus différente. Et donc, c'est une façon compliquée de regarder les choses, donc je vais juste coder ça comme des petits codes barres regroupés par famille, pour que l'on puisse voir les résultats de façon intuitive. Voilà ce que nous avons fait, nous avons pris des cellules de culture tissulaire et les avons infectées avec des adénovirus, et vous pouvez voir ce petit code barre jaune à côté des adénovirus. Et, de même, nous les avons infectées avec le virus para-grippal de type 3 -- c'est un paramyxovirus -- et vous voyez un petit code barre ici. Et ensuite nous nous sommes occupé du virus respiratoire syncytial. C'est partout un fléau pour les crèches -- c'est comme une épidémie de crottes du nez. (Rires) Vous pouvez voir -- vous pouvez voir que ce code barre est de la même famille, mais qu'il est distinct de la para-grippe de type 3, lequel vous donne un très mauvais rhume. Et ainsi nous obtenons des signatures uniques, une empreinte pour chaque virus. Polio et rhino: ils sont dans la même famille, très proches l'un de l'autre. Rhino est le rhume commun, et vous savez tous ce qu'est la polio, et vous pouvez voir que ces signatures sont distinctes. Et le virus de l'herpès associé au sarcome de Kaposi nous donne une jolie petite signature ici en-bas. Et ainsi ce n'est pas n'importe quelle bande ou truc qui nous dit que nous avons un virus d'un type particulier ici; c'est le code barre qui dans son ensemble le représente entièrement.

D'accord, je peux voir un rhinovirus -- et voici un agrandissement du petit code barre du rhinovirus -- mais qu'en est-il des différents rhinovirus? Comment est-ce que je sais quel rhinovirus j'ai? Il y a 102 variantes connues du rhume commun, et il n'y en a que 102 parce que les gens ont en eu marre de les recueillir: il y en a simplement de nouveaux qui apparaissent chaque année. Et donc voici quatre rhinovirus différents, et vous pouvez voir, même à l'oeil nu, sans aucun de ces programmes informatiques sophistiqués de reconnaissance des formes, que vous pouvez distinguer chacun de ces codes barres des autres.

Bon, c'est un peu de la triche, parce que je connais la séquence génétique de tous ces rhinovirus et j'ai en fait conçu cette puce expressément pour être capable de les distinguer, mais qu'en est-il des rhinovirus qui n'ont jamais vu un séquenceur génétique? Nous ne savons pas quelle est leur séquence, on les a juste sortis du terrain. Donc, voici quatre rhinovirus dont on ne connait rien -- personne ne les a jamais séquencés -- et vous pouvez aussi voir que l'on obtient des modèles uniques et reconnaissables. On peut imaginer construire une collection, réelle ou virtuelle, des empreintes de chaque virus. Mais ça aussi c'est un combat gagné d'avance, vous savez, n'est-ce pas? On a des cellules de culture tissulaire: il y a une tonne de virus. Qu'en est-il des vrais gens? On ne peut pas contrôler les vrais gens, comme vous le savez probablement. On n'a aucune idée de ce que quelqu'un va tousser dans un gobelet, et c'est probablement vraiment complexe, n'est-ce pas? Il peut y avoir beaucoup de bactéries, il peut y avoir plus d'un virus, et il y a certainement du matériel génétique de l'hôte, donc comment aborde t-on cela? Et comment faisons-nous un contrôle positif dans ce cas?

Eh bien, c'est assez simple. Ça c'est moi, subissant un lavage nasal. Et l'idée c'est, inoculons expérimentalement un virus à des personnes et ainsi nous -- ceci a été approuvé par le Comité d'éthique médicale, au fait, ils sont payés. Et en gros nous inoculons expérimentalement aux gens le virus du rhume commun. Ou, encore mieux, prenons simplement des gens directement des urgences -- des infections communautaires des voies respiratoires non définies. Vous n'avez pas idée de tout ce que nous voyons arriver. Bien, commençons d'abord par le contrôle positif, celui où nous savons que la personne était en bonne santé. On leur fait une injection de virus dans le nez, voyons ce qui arrive.

Premier jour: rien ne se passe. Ils sont en bonne santé; ils sont propres -- c'est incroyable. En fait, on pensait que les voies nasales pourraient être pleines de virus même quand on se balade en bonne santé. Elles sont plutôt propres. Si on est en bonne santé, on est en assez bonne santé. Troisième jour: on obtient un modèle de rhinovirus très marqué, et ça ressemble beaucoup à ce que nous obtenons en labo quand nous faisons notre expérience avec une culture tissulaire. Donc c'est super, mais encore une fois, c'est de la triche, d'accord? On injecte une tonne de virus dans le nez de ce type. Donc -- (Rires) -- Je veux dire, nous voulions que ça marche. Je veux dire, il a vraiment eu un rhume. Bon, et les gens qui viennent directement de l'extérieur?

Voici donc deux individus représentés par leurs codes d'identité anonymes. Tous les deux ont des rhinovirus; nous n'avons jamais vu ce modèle en labo. Nous séquençons une partie de leurs virus; ce sont de nouveaux rhinovirus que vraiment personne n'a jamais vu. Rappelez-vous, nos séquences conservées malgré l'évolution que nous utilisons sur cette puce nous permettent de détecter des virus même non-caractérisés ou nouveaux, parce que nous sélectionnons ce qui est conservé tout au long de l'évolution. Voici un autre type. Vous pouvez jouer au jeu du diagnostic. Ces différents blocs représentent les différents virus de cette famille de paramyxovirus, donc vous pouvez prendre ces blocs un par un et voir où est le signal. Bien, il n'a pas la maladie de Carré des chiens, ce qui est probablement une bonne chose. (Rires) Mais quand on arrive au bloc numéro neuf, on voit ce virus syncytial respiratoire. Peut-être ont-ils des enfants. Et puis on peut aussi voir le membre de la famille qui est lié: on peut voir ici le sous-type B du VSR. Bon, c'est super. Voici un autre individu, pour lequel on a prélevé des échantillons sur deux jours différents -- visites répétées au centre de consultation. Cet individu a le virus paragrippal de type 1, et on peut voir qu'il y a cette petite bande par ici pour le virus de Sendai: c'est la paragrippe de la souris. La parenté génétique est très proche là. C'est très amusant.

Donc, nous avons construit la puce. Nous avons fabriqué une puce sur laquelle il y a tous les virus connus. Pourquoi pas? Tous les virus de plantes, tous les virus d'insectes, tous les virus marins. Tout ce que nous avons pu obtenir de la banque de gènes GenBank -- qui est le dépôt national des séquences. Maintenant nous utilisons cette puce. Et pour quoi l'utilisons-nous? Bon, d'abord, quand on a une grosse puce comme celle-ci, on a besoin d'un peu plus d'informatique, donc nous avons conçu un système pour faire le diagnostique automatiquement. Et l'idée c'est que, nous avons simplement des modèles virtuels -- parce que nous n'aurons jamais des échantillons de chaque virus; cela serait pratiquement impossible. Mais nous pouvons obtenir des modèles virtuels, et les comparer au résultat observé, qui est un mélange très complexe, et suggérer une sorte de note qui donne la probabilité que ce soit un rhinovirus ou autre chose. Et voici à quoi ça ressemble. Si, par exemple, on utilise une cellule de culture qui est infectée de façon chronique avec un papillome, voici ce qui s'affiche sur l'ordinateur, et notre algorithme dit qu'il s'agit probablement du papillome de type 18. Et c'est, en fait, ce avec quoi ces cellules-là sont infectées de façon chronique.

Bon, faisons quelque chose d'un peu plus difficile. Nous mettons le beeper dans le centre de consultation. Quand quelqu'un se présente, et que l'hôpital ne sait pas quoi faire parce qu'ils ne peuvent pas faire de diagnostique, ils nous appellent. Voilà l'idée, et nous la mettons en place dans la région de San Francisco. Et donc, il y a trois semaines ce cas nous a été signalé. Nous avons une femme de 28 ans en bonne santé, qui n'a pas voyagé, [indistinct], qui ne fume pas, qui ne boit pas. 10 jours de fièvre, de sueurs nocturnes, d'expectorations sanglantes -- elle crache du sang -- de douleurs musculaires. Elle est allée au centre de consultation, et ils lui ont donné des antibiotiques, bien, et puis ils l'ont renvoyée chez elle. Elle est revenue après dix jours de fièvre -- elle a toujours de la fièvre -- et elle souffre d'hypoxie -- elle n'a pas beaucoup d'oxygène dans les poumons. Ils lui ont fait un CT scan. Un poumon normal est tout bleu et noir ici. Tout ce blanc -- ce n'est pas bon. Cette sorte de formation en arbre et en bourgeons indique qu'il y a une inflammation; il y a probablement une infection. OK. Donc la patiente a alors été traitée avec une céphalosporine, un antibiotique de troisième génération, et de la doxycycline, et le troisième jour, ça n'avait rien fait: elle évolua vers une insuffisance aigüe. Ils ont dû l'intuber, donc ils lui ont mis un tube dans la gorge et ils ont commencé à la ventiler mécaniquement. Elle ne pouvait plus respirer par elle-même. Que faire maintenant? Pas d'idée. Changer les antibiotiques, donc ils lui ont donné un autre antibiotique, et du Tamiflu, qui -- ce n'est pas clair pourquoi ils pensaient qu'elle avait la grippe -- mais ils l'ont mise sous Tamiflu.

Et le sixième jour, ils ont pratiquement jeté l'éponge. On pratique une biopsie pulmonaire ouverte quand on n'a pas d'autres choix. Il y a un taux de mortalité de huit pour cent du simple fait de pratiquer cette intervention, et donc en fait -- et que nous apprend-elle? Ce que vous regardez c'est sa biopsie pulmonaire ouverte. Je ne suis pas un pathologiste, mais on ne peut pas en déduire grand chose. Tout ce qu'on peut dire c'est qu'il y a un oedème important: bronchiolite. Ce n'était pas révélateur: c'est ce que dit le rapport du pathologiste. Et donc, ils lui firent subir quels tests? Ils ont leur propres tests, bien sûr, et donc ils lui ont fait subir 70 tests différents, pour toutes les sortes de bactérie, mycose et virus que l'on peut acheter tout prêts: SRAS, métapneumovirus, VIH, VRS --tous ceux-là. Tout est revenu négatif. Plus de 100.000 dollars de tests. Je veux dire, ils ont fait le maximum pour cette femme.

Et en fait ils nous ont appelés lors de son huitième jour d'hospitalisation. Ils nous donnèrent une aspiration endotrachéale -- vous savez, un peu de liquide prélevé dans la gorge, venant du tube qu'ils lui avaient mis là -- et il nous le donnèrent. Nous l'avons mis sur la puce; qu'avons nous vu? Et bien, nous avons vu le virus paragrippal de type 4. Mais, qu'est-ce-que ça peut bien être le virus paragrippal de type 4? Personne ne fait de contrôle pour le virus paragrippal de type 4. Personne ne s'en soucie. En fait, il n'a pas vraiment été séquencé tant que ca. On n'en a séquencé qu'un petit bout. Il n'y a pratiquement pas eu de recherche épidémiologique ni d'études à son sujet. Personne ne l'a même envisagé, parce que personne n'avait la moindre idée qu'il pouvait provoquer une insuffisance respiratoire. Et pourquoi cela? La simple habitude. Il n'y a pas de donnés -- pas de données qui montrent s'il provoque une maladie grave ou bénigne. Manifestement, nous avons le cas d'une personne en bonne santé qui va de plus en plus mal.

OK, c'est le compte rendu d'un cas. Je vais vous dire une dernière chose dans les deux minutes qui restent qui n'a pas été publiée -- cela va être rendu public demain -- et c'est un exemple intéressant d'utilisation de cette puce pour trouver quelque chose de nouveau et ouvrir une nouvelle voie. Le cancer de la prostate. Je n'ai pas besoin de vous donner plein de statistiques sur le cancer de la prostate. La plupart d'entre vous les connaissent déjà: la troisième cause de décès par cancer aux Etats-Unis. Beaucoup de facteurs de risque, mais il y a une prédisposition génétique au cancer de la prostate. Dans peut-être 10 pour cent des cancers de la prostate, il y a des gens qui y sont prédisposés. Et le premier gène qui a été cartographié dans les études d'association sur ça, le cancer de la prostate chez l'homme jeune, était le gène qui s'appelle RNASEL. Qu'est-ce que c'est? C'est une enzyme antivirale. Donc nous restons assis à réfléchir, pourquoi les hommes qui ont cette mutation, un défaut dans le système de défense antiviral, développeraient-ils un cancer de la prostate? Ça n'est pas logique -- sauf si, peut-être, il y a un virus.

Donc, nous avons mis des tumeurs -- et nous avons maintenant plus de 100 tumeurs -- sur notre puce. Et nous savons qui a ou non un RNASEL défectueux. Et je vous montre ici le signal sur la puce, et je vous le montre pour le bloc des oligos de rétrovirus. Et ce que je vous dis ici à partir du signal est que les hommes qui ont une mutation de cette enzyme antivirale, et qui ont une tumeur, ont souvent -- 40 pour cent des cas -- une signature qui révèle un nouveau rétrovirus. OK, c'est plutôt fou. Qu'est-ce c'est? Donc, nous clonons le virus en entier. D'abord, je vous dirai qu'une rapide prévision automatisée nous a dit qu'il était très semblable à un virus de souris. Mais ça ne nous dit pas grand chose, donc nous l'avons vraiment cloné en entier. Et le génome que je vous montre juste ici? C'est un rétrovirus gamma classique, mais il est totalement nouveau; on ne l'avait jamais vu avant. Son plus proche parent vient, en fait, des souris, et donc nous l'appelons un rétrovirus xénotropique, parce qu'il infecte une autre espèce que les souris. Et ceci est un petit arbre phylogénétique pour voir quelles sont ses relations de parenté avec les autres virus. Et ensuite nous avons fait cela pour de nombreux patients, et nous pouvons dire que toutes ces infections sont indépendantes. Ils ont tous le même virus, mais ils sont suffisamment différents pour qu'on ait des raisons de croire qu'ils ont été infecté indépendamment. Est-ce vraiment dans les tissus. Et je finirai là-dessus. Oui. Nous prenons des coupes de ces biopsies de tissus tumoraux et utilisons ce matériel pour localiser vraiment les virus, et nous trouvons ici des cellules qui contiennent des particules virales. Ces types ont vraiment ce virus.

Ce virus provoque-t-il le cancer de la prostate? Rien de ce que je dis ici n'implique la causalité. Je ne sais pas. Est-ce un lien vers l'oncogenèse? Je ne sais pas. Est-ce parce que ces types sont davantage sujets aux virus? C'est possible. Et ça peut n'avoir rien à voir avec le cancer. Mais maintenant ça ouvre une voie. Nous avons une forte association entre la présence de ce virus et une mutation génétique que l'on a liée au cancer. Voilà où nous en sommes. Donc, je crains que ça pose plus de questions que ça ne donne de réponses, mais ça, vous savez, c’est le point fort de la science. Tout cela est fait par les gens dans le labo; pour la majeure partie je ne peux pas m'en attribuer le mérite. C'est une collaboration entre moi-même et Don. C'est le type qui a commencé le projet dans mon labo, et lui c'est le type qui a fait les trucs sur la prostate. Merci beaucoup.