Séquençage génomique et phylogénie des agents pathogènes

Microbiologie & immunologie · Master 1

Séquençage du génome viral, lignées, horloge moléculaire et chaînes de transmission.

Introduction

L'épidémiologie génomique utilise le séquençage de génomes entiers (WGS) pour retracer la dispersion d'agents pathogènes. Les mutations accumulées au fil des transmissions servent d'horloge moléculaire : plus deux génomes diffèrent, plus leur ancêtre commun est ancien.

Le flux de travail comprend extraction d'acides nucléiques, préparation de banques (amplicons ou métagénomique), séquençage (Illumina, Nanopore), assemblage ou alignement sur une référence, appel de variants, puis inférence phylogénétique et datation. La nomenclature des lignées (Pango, Nextstrain) permet de suivre les variants.

En Suisse, le Swiss SARS-CoV-2 Sequencing Consortium et le Swiss Pathogen Surveillance Platform (SPSP) ont organisé le partage de séquences entre laboratoires, l'OFSP et les universités (ETH Zurich, EPFL), avec les cadres de la loi sur les épidémies (LEp) et de la LPD.

Objectifs d'apprentissage

Décrire le flux de travail du séquençage d'un pathogène
Interpréter un arbre phylogénétique et une horloge moléculaire
Distinguer lignée, clade et variant
Expliquer l'usage des données génomiques en santé publique en Suisse

Concepts clés

Horloge moléculaire: Taux de substitution moyen par site et par an, permettant de dater l'ancêtre commun de séquences.
Lignée: Groupe de génomes dérivant d'un ancêtre commun, désigné par une nomenclature (ex. BA.5).
WGS: Séquençage de génome entier offrant la résolution maximale pour la distinction des souches.

Conclusion

Le séquençage génomique offre une résolution inédite pour comprendre la dynamique des épidémies, mais il exige une interprétation prudente, associée aux données épidémiologiques.

Le partage rapide de données entre laboratoires, dans le respect des règles de protection des données, est un facteur clé de la réponse de santé publique.

Cartes

Pourquoi les génomes viraux accumulent-ils des mutations utiles à la datation ?: Parce que les virus à ARN mutent rapidement : de l'ordre de 10^-3 substitutions/site/an pour le SARS-CoV-2.
Quelle est la différence entre séquençage par amplicons et métagénomique ?: Les amplicons ciblent un génome connu par PCR multiplexe ; la métagénomique séquence tout l'ADN/ARN sans a priori.
Quel avantage du séquençage Nanopore ?: Longues lectures en temps réel, portable, utile pour la réponse rapide aux épidémies.
Que signifie la couverture et la profondeur ?: Couverture : proportion du génome séquencée ; profondeur : nombre de lectures par position, qui détermine la fiabilité des variants.
Comment lit-on un arbre phylogénétique ?: Les feuilles sont les échantillons ; les nœuds, des ancêtres communs ; la longueur des branches reflète le nombre de substitutions.
Qu'est-ce que le bootstrap ?: Une méthode de rééchantillonnage évaluant la robustesse des branches d'un arbre (valeurs de 0 à 100).
Que permet la datation bayésienne (BEAST) ?: Estimer le moment de l'ancêtre commun et la taille de la population virale au cours du temps.
Qu'est-ce que GISAID ?: Plateforme de partage des séquences de virus respiratoires, utilisée pendant la pandémie de COVID-19.
Quel est le rôle de Nextstrain ?: Visualiser en temps réel l'évolution génomique d'agents pathogènes par arbres et cartes interactives.
Quelle limite des données génomiques ?: Biais d'échantillonnage : sous-représentation de régions ou de cas, qui fausse la reconstruction de la transmission.

Glossaire

Phylogénie: Reconstruction des relations évolutives entre séquences.
SNP: Polymorphisme d'un nucléotide unique, différence ponctuelle entre génomes.
Lignée Pango: Nomenclature dynamique des lignées virales fondée sur des mutations et la phylogénie.
Horloge moléculaire: Hypothèse d'un taux de mutation relativement constant dans le temps.
Métagénomique: Séquençage de l'ensemble des acides nucléiques d'un échantillon.
Consensus: Séquence représentative reconstruite à partir de lectures alignées.