Covid-19 : interrogations sur l’excrétion du virus et la réponse en anticorps

Des chercheurs allemands ont mené une analyse virologique détaillée auprès de neuf patients atteints de Covid-19 afin d’évaluer la réplication du SARS-CoV-2, la persistance et l’excrétion du virus, ainsi que la réponse du système immunitaire en anticorps. Autant de données particulièrement attendues par la communauté scientifique pour mieux comprendre la dynamique temporelle de ce nouveau virus et sa contagiosité.

Les patients inclus dans cette étude parue en ligne le 1er avril dans la revue Nature faisaient partie d’un cluster (agrégat de cas) découvert à Munich le 27 janvier dernier, autrement dit de sujets contacts, tous contaminés à partir d’un cas index. Tous les participants ont été traités dans le même hôpital, à Munich. Les tests de détection du génome du virus par la technique RT-PCR ont été effectués par deux laboratoires collaborant étroitement, la plupart des résultats obtenus par un laboratoire étant confirmés par l’autre.

L’évaluation virologique détaillée a consisté à analyser des prélèvements recueillis au tout début de l’évolution clinique de ces patients Covid-19 hospitalisés, de même que sur des échantillons biologiques prélevés avant leur admission à l’hôpital. Tous ces patients ont eu un test PCR positif pour le SARS-CoV-2 à partir de prélèvements de gorge ou nasopharyngés.

L’équipe conduite par Christian Drosten (hôpital universitaire de la Charité, Berlin) et Clemens Wendtner (Klinikum München-Schwabing, Munich) ont tout d’abord montré que ces patients n’avaient pas de co-infection (absence d’autres coronavirus humains, de virus grippaux, de rhinovirus, entérovirus, virus respiratoire syncytial, parainfluenza, metapneumovirus, adenovirus, bocavirus).

Réplication virale active dans les voies respiratoires supérieures 

Les premiers écouvillonnages revenus positifs l’ont été le lendemain des premiers symptômes qui étaient légers ou annonciateurs de la maladie. Tous les tests diagnostiques ont été positifs entre J1 et J5. Il s’agit d’une différence notable avec ce que l’on observe dans le SRAS (syndrome de détresse respiratoire aiguë) lors duquel le pic de la charge virale est observé entre J7 et J10. Cette étude montre donc que la charge virale dans la maladie Covid-19 peut atteindre un pic avant J5 et qu’elle est plus de 1000 fois plus importante.

Après J5, la charge virale dans les écouvillonnages a diminué, avec un taux de détection d’environ 40 %. La charge virale a été détectable dans les prélèvements de gorge pendant deux semaines, jusqu’à J28. Par ailleurs, la charge virale dans les crachats induits diminue plus lentement que dans les prélèvements de gorge. Ces résultats soulignent l’importance des gestes barrières visant à limiter la diffusion du virus par les gouttelettes.

Au vu des résultats obtenus, les chercheurs allemands considèrent qu’« une sortie précoce de l’hôpital avec isolement au domicile du patient pourrait être adoptée pour les patients ayant moins de 100 000 copies d’ARN viral par millilitre de crachats après le dixième jour des symptômes. Ces deux critères prédisent un faible risque d’infectiosité sur la base de la culture cellulaire ».

Cultures virales négatives sur les prélèvements après J8

Alors que le virus vivant a été facilement isolé à partir d’échantillons provenant de la gorge et des poumons au cours de la première semaine après le début des symptômes, il n’a plus été détecté dans les cultures de ces échantillons au-delà de J8. Ces résultats diffèrent de ceux obtenus chez des patients atteints de SRAS chez lesquels on ne parvient le plus souvent pas à isoler le coronavirus SARS-CoV. Tout indique donc, dans la maladie Covid-19, la présence d’une réplication active du virus dans les voies respiratoires supérieures.

En revanche, le coronavirus n’a pas été isolé dans les échantillons de selles réalisés entre J6 et J12 chez quatre patients. Il se peut que l’échec de l’isolement du virus dans les selles tienne au fait que les patients étaient atteints d’une forme modérée de Covid-19 et qu’un seul patient a présenté une diarrhée intermittente. Par ailleurs, il importe de déterminer si le SARS-CoV-2 peut éventuellement perdre son pouvoir infectieux dans l’environnement intestinal.

Les chercheurs indiquent ne pas avoir détecté l’ARN du SARS-CoV-2 dans les échantillons d’urine de même que dans aucun échantillon de sérum.

Les biologistes moléculaires ont recherché la présence de petits fragments d’ARN viral (ARN sub-génomique) témoignant de l’existence d’un cycle de reproduction active du virus dans les cellules infectées. Leurs données montrent effectivement que le SARS-CoV-2 se réplique activement dans la gorge pendant les cinq premiers jours après le début des symptômes. De tels résultats n’ont pas été obtenus à partir des échantillons de selles.   

Populations virales distinctes dans la gorge et les crachats

Par ailleurs, le séquençage du génome complet du virus indique la présence de différents génotypes (variants légèrement différents au niveau génétique*) dans les prélèvements de gorge et les crachats. Un résultat qui amène à penser qu’il existe une réplication virale indépendante dans la gorge et les poumons.

Alors que dans la plupart des cas, les symptômes se sont atténués au bout de la fin de la première semaine, l’ARN viral est resté détectable dans les prélèvements de gorge pendant la deuxième semaine. De même, les échantillons de selles et des crachats sont restés positifs pour l’ARN viral pendant plus de trois semaines chez 6 des 9 patients et ce, malgré une résolution complète des symptômes. Ce taux élevé tranche avec ce que l’on observe lors de l’infection par le coronavirus du MERS (syndrome respiratoire du Moyen-Orient) au cours de laquelle on trouve moins souvent l’ARN viral.

Les auteurs font également remarquer que 4 des 9 patients ont présenté une anosmie (perte d’odorat) et une agueusie (perte du goût).

La moitié des patients ont des anticorps à J7

La détection des anticorps (encore appelée séroconversion) a eu lieu à J7 chez 50% des patients. Une semaine plus tard, à J14, les neuf patients avaient développé des anticorps anti-SARS-CoV-2. Tous avaient des anticorps neutralisants, autrement dit capables de neutraliser l’action du virus lorsque celui-ci est mis au contact de cellules cibles en laboratoire. La quantité d’anticorps présente dans le sérum des patients (ce que les immunologistes appellent le titre en anticorps) ne semblait pas dépendre de l’évolution clinique.

Il importe de noter que cette étude n’a pas inclus de patients atteints d’une forme sévère de Covid-19. Des travaux supplémentaires sont donc nécessaires pour évaluer la valeur pronostique qu’aurait une augmentation de la charge virale au-delà de la première semaine.

L’évolution de la charge virale montre qu’il n’y a pas d’élimination abrupte du virus au moment de l’apparition des anticorps (séroconversion). La séroconversion en début de deuxième semaine s’accompagne plutôt d’un déclin lent mais régulier de la charge virale dans les crachats.

Les graphiques montrent que les résultats du test PCR de détection du génome viral oscillent entre résultats positifs et négatifs dans les derniers jours d’observation de l’étude. Cela correspond-il à une réactivation du virus, celui-ci réapparaissant après être resté caché dans un réservoir cellulaire ? Cette hypothèse est spéculative en l’absence de données permettant de l’étayer, même si l’on connaît des cas de réactivation virale avec guérison (résurgence de la varicelle, de maladie à virus Ebola). 

La possibilité d’une réactivation a été soulevée après que des responsables sud-coréens aient indiqué que 116 patients, considérés comme guéris du Covid-19, et dont on pensait qu’ils s’étaient débarrassés du virus, ont été testés positifs par PCR quelques jours plus tard. Des études épidémiologiques et cliniques sont en cours afin d’étudier ce phénomène rapporté les 11 et 13 avril par le directeur des Centres de contrôle et de prévention des maladies de la Corée du sud (KCDC), selon l’agence de presse Reuters.

Pourrait-il s’agir d’une réinfection ? Là encore, l’hypothèse apparaît fragile car elle supposerait une absence d’immunité post-infectieuse, autrement dit que l’individu guéri n’ait pas développé de réponse protectrice par anticorps, même transitoire. Très difficile à concevoir.

Dernière hypothèse : qu’un résultat PCR à nouveau positif après guérison ne témoigne d’un manque de sensibilité du test lorsque la charge virale avoisine la limite de détection de la technique. D’où la nécessité d’avoir recours lors du suivi de ces patients à des méthodes de détection à la fois très sensibles (capables de détecter une charge virale très faible) et spécifiques (ne donnant pas de faux-positifs en cas de co-infection par un autre coronavirus humain tel que NL63, 229E OC43, HKU1).

Une étude chinoise, publiée le 30 mars sur MedRiv, a également rapporté avoir observé la réapparition d’une positivité au test PCR après la sortie d’hôpital de patients guéris. Ce phénomène semble concerner des patients jeunes (moins de 14 ans) ayant présenté une forme légère à modérée de Covid-19. Parmi ces patients avec test PCR à nouveau positif, aucun n’avait développé de forme sévère. Surtout, aucun de ces jeunes patients avec PCR à nouveau détectable n’a par la suite développé des symptômes cliniques ou de progression de la maladie après une nouvelle hospitalisation, soulignent les médecins et chercheurs du Shenzhen Third People’s Hospital.

100 % des patients ont développé des anticorps un mois plus tard

On ne dispose à ce jour que de très peu d’études sur la cinétique de la réponse en anticorps sanguins anti-SARS-CoV-2 chez des patients Covid-19. Publiée le 28 mars dans la revue Clinical Infectious Diseases, une étude chinoise sur 173 patients hospitalisés rapporte des données sérologiques intéressantes. Le pourcentage de patients ayant développé des anticorps atteint 50 % à J11. La moitié des patients ont respectivement développé des anticorps IgM (témoins d’une infection récente) à J12 et des anticorps IgG (immunologulines produites par le système immunitaire après les IgM) à J14. Un mois (J39) après le début des symptômes, 100 % des patients avaient des anticorps contre le SARS-CoV-2.

Comme l’étude allemande parue dans Nature, l’étude chinoise rapporte que l’augmentation du taux des anticorps ne s’accompagne pas toujours de la disparition de l’ARN viral. Il est donc possible que la réponse en anticorps ne suffise pas à elle seule à éliminer le virus, estiment les auteurs.

Ne disposant pas d’échantillons de sérum recueillis à une phase plus tardive de la maladie, les chercheurs chinois ignorent combien de temps les anticorps persistent dans l’organisme de patients infectés.

Les auteurs indiquent cependant pour la première fois avoir observé une forte corrélation positive entre la sévérité de la maladie et la quantité d’anticorps à partir de la deuxième semaine. Selon eux, ces résultats montrent que le taux total d’anticorps peut être considéré comme un facteur de risque de gravité et ce, indépendamment de l’âge, du sexe masculin et de la présence de comorbidités. Le niveau d’anticorps anti-SARS-CoV-2 au cours de la phase aiguë de la maladie pourrait donc renseigner sur la sévérité de la maladie.

Manque de recul sur un nouveau virus émergent

Dans la mesure où le SARS-CoV-2 a émergé il y a seulement trois mois, les chercheurs n’ont pas encore assez de recul pour apprécier la réponse immunitaire des patients infectés. Il semble cependant que ceux ayant présenté une forme sévère développent, deux ou trois semaines après l’infection, une immunité qui semble protectrice et pérenne.

Il conviendrait cependant de suivre pendant des mois ces patients pour s’assurer de la persistance des anticorps. Il semblerait que des formes mineures ou bénignes de la maladie, notamment uniquement associées à des signes ORL, ne s’accompagnent pas d’une immunité après guérison. Cela pourrait expliquer que ces personnes puissent éventuellement être infectées à deux reprises. Là encore, il ne s’agit que d’une hypothèse non confirmée par la littérature médicale à ce jour.

30 % des patients développeraient de faibles taux d’anticorps neutralisants

Une étude chinoise a été conduite auprès de 175 patients guéris après avoir  développé une forme modérée de la maladie Covid-19. Aucun n’avait été admis en unité de soins intensifs. Le 26 février dernier, des échantillons de plasma sanguin ont été recueillis à la sortie de ces patients du Shanghai Public Health Clinical Center, afin de mesurer la quantité des anticorps neutralisants contre le SARS-CoV-2. Ces anticorps spécifiques, capables de bloquer l’infection virale, jouent un rôle majeur dans la disparition du virus dans l’organisme et sont considérés comme une composante clé de la protection ultérieure vis-à-vis de l’infection virale. Cette étude préliminaire, publiée le 6 avril sur le site de prépublication MedRxiv, est la première à évaluer les taux d’anticorps neutralisants dans le plasma de patients Covid-19 guéris.

Les chercheurs de l’université Fudan de Shanghai ont observé que le jour de leur sortie d’hôpital, ce qui correspondait à une période comprise entre J10 à J15 après le début de la maladie, ces patients Covid-19 avaient développé des anticorps neutralisants spécifiquement dirigés contre SARS-CoV-2. Cependant, environ 30 % des patients guéris ont développé de très faibles titres en anticorps neutralisants, autrement dit une quantité insuffisante d’anticorps protecteurs, se situant chez 10 patients en-deçà de la limite de détection. En outre, 17 % et 39 % des patients avaient un titre d’anticorps modérément faibles et modérément élevés. Enfin, seulement 14 % des patients guéris de cette cohorte avaient une quantité élevée d’anticorps neutralisants. La durée de la maladie était similaire chez les patients ayant développé de faibles titres d’anticorps neutralisants et les autres.

Chez ces patients guéris sans avoir produit un taux élevé d’anticorps neutralisants, d’autres mécanismes immunitaires ont pu contribuer à la guérison, notamment la production de globules blancs spécifiquement dirigés contre le virus (lymphocytes T) ou des substances produites par le système immunitaire (cytokines). Surtout, on ignore si ces patients guéris mais porteurs de faibles titres d’anticorps neutralisants sont à risque élevé de rebond de l’infection virale ou de réinfection.

Les chercheurs ont par ailleurs mesuré les taux d’anticorps neutralisants dans le plasma de 47 patients lors d’un suivi de deux semaines après leur sortie d’hôpital. Il s’avère que le titre des anticorps neutralisants collectés dans ces échantillons sanguins ne variaient pas significativement par rapport à ceux mesurés au moment de la sortie de l’hôpital. Ainsi, les patients qui n’avaient pas développé d’anticorps neutralisants lorsqu’ils ont quitté l’hôpital n’en ont pas produits par la suite. « Ces résultats ont révélé qu’une proportion de patients infectés par le SARS-CoV-2 guérissent sans développer de titres élevés d’anticorps neutralisants spécifiques du virus », soulignent les chercheurs chinois. Et d’ajouter qu’il conviendrait d’étudier plus avant « comment ces patients se sont rétablis sans l’aide d’anticorps neutralisants et s’ils risquent d’être réinfectés par le SARS-CoV-2 ». Une question d’autant plus importante qu’on envisage d’utiliser comme traitement le plasma de patients convalescents.

Les chercheurs ont observé que les patients âgés (40-59 ans et 60-85 ans) ont significativement plus tendance que les patients jeunes (15-39 ans) à développer des taux élevés d’anticorps neutralisants. Il semble donc que l’âge soit un facteur important pour la production de ces anticorps protecteurs. Ces résultats semblent donc indiquer que chez les patients âgés ou moyennement âgés un taux élevé d’anticorps neutralisants soit utile pour se débarrasser du virus et assurer la guérison. Les auteurs font remarquer avoir observé une corrélation négative entre les titres en anticorps neutralisants et les taux de lymphocytes dans le sang. Ainsi, les patients plus âgés et moyennement âgés avaient cette variété de globules blancs en moindre grande quantité que les patients plus jeunes. Ces résultats semblent donc montrer que la réponse en anticorps pourrait jouer un rôle important lorsque la réponse immunitaire cellulaire est compromise ou altérée.

Le virus serait excrété 2 à 3 jours avant les premiers symptômes

Un dernier éclairage sur la dynamique temporelle du virus chez des patients infectés est fourni par une étude de chercheurs chinois de l’université de Guangzhou parue le 15 avril dans la revue Nature Medicine. Ces chercheurs ont comparé les données d’excrétion du virus (évaluée par la mesure de la charge virale dans les prélèvements de gorge au début des symptômes) avec les résultats d’enquêtes épidémiologiques ayant mesuré deux paramètres essentiels, en l’occurrence la durée de la période d’incubation (le temps qui sépare l’infection du début des symptômes) et l’intervalle sériel (temps qui s’écoule avant l’apparition des symptômes chez des cas qui se suivent dans une chaîne de transmission).

Leur étude a reposé sur la mesure de la charge virale (du début des symptômes jusqu’à J32) chez 94 patients hospitalisés pour une forme modérée de Covid-19 au Guangzhou Eighth People’s Hospital. Par ailleurs, les chercheurs ont modélisé le profil infectieux du virus à partir de données détaillées provenant de 77 paires de patients (patient infectant/patient infecté) identifiés lors de chaînes de transmission observées en Chine et en dehors de Chine.

L’analyse montre que l’infectiosité du virus est maximale au moment ou avant le début des symptômes. Plus précisément, l’infectiosité débute en moyenne 2,3 jours précédant l’apparition des premiers symptômes et connaît un pic environ 0,7 jour avant. Surtout, les chercheurs estiment que la proportion de la transmission du virus au stade symptomatique est de 44 %**. L’infectiosité décroît ensuite au cours des 7 jours qui suivent. Un résultat qui rejoint celui obtenu dans l’étude allemande parue dans Nature Medicine qui a montré que le virus ne pouvait plus être cultivé à partir des prélèvements de gorge  au-delà de J8.

Reprenant leur analyse en tenant compte d’un taux d’infectiosité qui serait constant dans les jours précédant le début des symptômes, l’infectiosité était toujours maximale entre 0 et 2 jours avant l’apparition des symptômes. Quant à la proportion de la transmission à partir de patients asymptomatiques, elle se situait à un niveau encore plus élevé, compris entre 46 % et 55 %. Un niveau qui correspond à ce qui a été estimé par de précédentes études épidémiologiques à Singapour et à Tianjin (nord-est de la Chine).

Si la proportion notable de transmission du SARS-CoV-2 au stade où les patients ne présentent pas encore de symptômes devait être confirmée, l’importance des mesures barrières (hygiène personnelle reposant d’abord sur le lavage des mains régulier et sur la distanciation sociale) s’en trouveraient encore plus renforcées. En effet, selon les chercheurs, si l’on considère qu’un individu infecté en contamine en moyenne 2,5 autres, le traçage des sujets contacts et l’isolement des malades aurait moins de chance d’être efficaces si la transmission du virus survenait dans 30 % des cas à la phase asymptomatique, sauf à la condition que plus de 90 % des contacts puissent être identifiés. Où l’on voit que le traçage des seules personnes présentant des symptômes pourrait ne pas avoir l’efficacité  escomptée. Et les auteurs de conclure que « des critères plus inclusifs dans le traçage numérique permettant de capter de potentiels événements de transmission 2 à 3 jours avant le début des symptômes devraient être pris en compte de façon urgente pour obtenir un contrôle efficace de l’épidémie ».

Marc Gozlan (Suivez-moi sur Twitter, sur Facebook) 

* Polymorphisme sur un nucléotide en position 6446 dans le génome viral (variation sur la base située à cet endroit de l’ARN viral). 

** Intervalle de confiance 95%: 25-69%, la « vraie » valeur se situant entre ces deux extrêmes.

Pour en savoir plus :

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