COVID-19 : Pourquoi les pointes sont si essentielles à sa transmission

La forme des pointes du virus ou « protéines Spike » contribue à sa capacité d’infection (Visuel Physics of Fluids)

Cette équipe de biophysiciens de l'Institut des sciences et technologies d'Okinawa (OIST) utilise des techniques de minimisation d'énergie pour examiner les protéines chargées sur les particules biologiques. Lors de l’émergence de la pandémie, l’équipe japonaise s’est rendu compte de l’intérêt de la technique développée pour examiner de près le coronavirus SRAS-CoV-2 et voir comment la forme les pointes du virus ou « protéines Spike » contribue à sa capacité d’infection. Ces travaux en physique des fluides décryptent comment la diffusion rotationnelle de la particule contribue à sa capacité à se fixer sur des objets (tels que les cellules hôtes) et contribue à sa vitesse de propagation interhumaine.

Jusque-là ces bioingénieurs travaillaient sur les molécules de cholestérol, mais lorsque l’épidémie de COVID-19 s’est développée, ils ont mis leur technique au service de la recherche sur le nouveau coronavirus. Jusque-là la particule virale était décrite comme une grande sphère avec de nombreuses sphères plus petites uniformément réparties à sa surface : « Quand on envisage une seule particule de coronavirus, il est courant de penser à une sphère avec de nombreuses pointes ou des sphères plus petites réparties à sa surface », explique l’auteur principal, le Dr Vikash Chaurasia de l’OIST : « C'est la façon dont le virus a été modélisé à l'origine. Mais ce modèle est une ébauche et depuis, nous avons beaucoup appris sur le virus ».

La forme des « péplomères ou « protéines S » ou « Spike » est essentielle dans la propagation du virus

Ces pointes situées à la surface de la particule virale pourraient être modélisées sous la forme de 3 petites sphères empilées ensemble pour former une forme triangulaire. Cette découverte est importante car la forme de la particule virale conditionne sa capacité à se disperser et ce modèle de pointe pourrait expliquer la transmissibilité actuelle du virus.

Sur la diffusivité rotationnelle : la particule virale est comparée par les scientifiques à une balle qui se déplace dans l'espace. La balle va suivre une courbe mais, ce faisant, va tourner également sur elle-même. La « diffusivité rotationnelle » décrit la vitesse à laquelle la balle tourne. La particule de SRAS-CoV-2 se déplace de la même manière que cette balle bien qu'elle soit suspendue dans un liquide, ces minuscules gouttelettes de salive. La diffusion rotationnelle de la particule a un impact sur sa capacité à se fixer sur des objets, comme les surfaces contaminées mais aussi les tissus ou les cellules d'une personne. Cette capacité est essentielle dans la propagation du virus. Une diffusivité rotationnelle plus élevée signifiera que la particule va trembler lorsqu'elle suit une trajectoire et aura plus de difficulté à se fixer, une capacité de diffusion rotationnelle plus faible a l'effet inverse.

Sur la charge de chaque pointe : les chercheurs ont supposé que chaque pointe était également chargée. Les mêmes charges se repoussent toujours, donc s'il n'y a que deux pointes sur une particule et qu'elles ont des charges égales, elles seront situées à l'un ou l'autre des pôles (aussi loin que possible l'une de l'autre). À mesure que des pointes supplémentaires, toujours également chargées sont ajoutées, elles deviennent uniformément réparties sur la surface de la sphère. Ce principe a permis aux scientifiques de modéliser un arrangement géométrique qui leur a permis ensuite de calculer la diffusivité rotationnelle.

Sur la constitution des pointes : les chercheurs montrent que la diffusivité rotationnelle de la particule diminue lorsque la pointe est modélisée avec 3 sphères plutôt qu’1 (précisément de 39%) et que cette tendance de réduction de la diffusivité rotationnelle se poursuit avec l'ajout de pointes supplémentaires à la surface de la particule. Alors qu’une diffusivité rotationnelle plus faible signifie que les particules virales peuvent mieux infecter, l’étude suggère, en regard des données de transmissibilité du virus, que les pointes de forme triangulaire (ou à 3 sphères) ont pu contribuer à la transmission excessivement rapide du SRAS-CoV-2.

Il s’agit bien évidemment d’une modélisation que ses auteurs commentent eux-mêmes ainsi :

«Nous savons que c'est probablement encore plus compliqué que cela».

Cependant, ici, la recherche sur le COVID-19 contribue aussi à répondre à une question posée il y a plus d'un siècle par le physicien Joseph John Thomson qui a découvert l'électron et exploré comment un certain nombre de charges pourraient être répartie sur une sphère. Les scientifiques relèvent ainsi que la pandémie aura aussi stimulé la recherche fondamentale.