Images 3D rapides des structures cellulaires infectées par un coronavirus
Pour comprendre comment les maladies virales telles que la COVID-19 se propagent, les scientifiques ont étudié la structure des cellules hôtes infectées par le virus. Les techniques de microscopie à fluorescence et électronique utilisées jusqu’à présent pour visualiser la structure 3D des cellules infectées prennent beaucoup de temps et génèrent une trop grande quantité de données. Des chercheurs soutenus par les projets IndiGene et CoCID, financés par l’UE, ont adapté une technique appelée tomographie à rayons X mous à rotation complète (SXT) pour produire des images 3D à haute résolution de cellules infectées par un virus et de leurs changements structurels en moins de dix minutes. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue «Cell Reports Methods». «Les microscopes électroniques à balayage sont privilégiés dans l’imagerie cellulaire parce qu’ils fournissent des images extrêmement nettes à l’échelle nanométrique», explique la Dre Venera Weinhardt, d’IndiGene et de l’université de Heidelberg (Allemagne), auteure principale et partenaire du projet CoCID, dans un article publié sur le site web de l’université. «Mais cette technologie requiert une bonne semaine pour scanner une cellule individuelle. Elle génère également une énorme quantité de données qu’il est difficile d’analyser et d’interpréter. Grâce à la tomographie à rayons X mous, nous obtenons des résultats exploitables en cinq à dix minutes.»
Le secret est dans le porte-échantillons
Bien que la SXT puisse produire une imagerie des cellules entières, de nombreuses études sur les cellules infectées par un virus n’ont pas réussi à tirer le meilleur parti de cette capacité. Comment? En utilisant des microscopes à grille plate comme porte-échantillons, en d’autres termes, les mêmes porte-échantillons que ceux utilisés en tomographie électronique. Lorsque ces porte-échantillons plats sont inclinés, l’épaisseur des échantillons change, ce qui fait que certaines structures cellulaires apparaissent hors champ. Comme la planéité des porte-échantillons complique le balayage des cellules sous tous les angles, il en résulte également des angles morts. De plus, les cellules peuvent adhérer à la grille ou s’y étaler, ce qui nécessite d’assembler plusieurs tomogrammes pour visualiser une cellule entière. Comme cela permet seulement de générer des images d’un petit échantillon d’une cellule au lieu de toutes ses structures, il est difficile pour les scientifiques de suivre les changements cellulaires liés à une infection virale. «Pour contourner ce problème, nous sommes passés à des capillaires de verre cylindriques à paroi mince pour contenir les échantillons. Durant la microscopie, les échantillons peuvent être tournés à 360 degrés et scannés sous tous les angles», explique Venera Weinhardt. Grâce à ces supports cylindriques, l’équipe de recherche a pu obtenir des images de cellules entières de mammifères en un seul tomogramme. En outre, ils ont réalisé un tomogramme à rotation complète de cellules épithéliales pulmonaires humaines en moins de dix minutes, ce qui, selon l’étude, «permet de montrer la capacité de la SXT à visualiser des grappes individuelles de virions de SARS-CoV-2 à la surface des cellules et des vésicules à double membrane, qui sont les sites de réplication de l’ARN viral dans le cytoplasme des cellules infectées». L’équipe du projet a également comparé les structures cellulaires 6 et 24 heures après l’infection avec des cellules infectées fictives, mettant en évidence des changements «profonds» causés par le virus dans la structure subcellulaire. Les résultats de l’étude soulignent la capacité de la SXT à visualiser et à quantifier les changements dans des cellules entières. Le projet IndiGene (Genetics of Individuality) est hébergé par le Laboratoire européen de biologie moléculaire, en Allemagne. Le projet CoCID (Compact Cell-Imaging Device to provide insight into the cellular origins of diseases and to aid in the development of novel therapeutics) est coordonné par l’University College de Dublin. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet IndiGene site web du projet CoCID
Mots‑clés
IndiGene, CoCID, SARS-CoV-2, virus, cellule, tomographie à rayons X mous, coronavirus, COVID-19