Covid-19 : comment fonctionnent les tests et quelles sont leurs utilités ?

On estime que près de 20 % des individus infectés par le SARS-CoV-2 sont asymptomatiques mais peuvent propager la maladie. En conséquence, la stratégie de lutte contre la pandémie de Covid-19 qui ébranle nos sociétés passe nécessairement par une intensification des tests de détection de l’infection. Des dizaines de millions d’individus devront encore être testés pour contenir l’épidémie. Mais également lors des déconfinements, afin de s’assurer qu’aucune nouvelle flambée épidémique ne survienne.

Pour atteindre ces objectifs, il sera vraisemblablement nécessaire de combiner deux types de tests. Les tests permettant d’identifier les individus porteurs du virus et les tests identifiant les individus ayant développé une réponse immunitaire contre le virus. Combinés, ces tests permettent d’identifier trois catégories d’individus. Les individus non infectés, ne présentant ni virus ni réponse immunitaire et qui sont donc susceptibles d’être infectés dans le futur. Les individus infectés, positifs pour le virus, qui peuvent disséminer l’infection et doivent donc être isolés. Et enfin les individus qui ne sont plus infectés et disposent d’anticorps contre le virus. Ces derniers devraient être, en théorie, résistants à l’infection et pourraient donc circuler et retravailler sans risque pour eux-mêmes ou leurs proches. Précisons qu’à ce stade, la qualité et la durée de cette protection n’est pas connue.

Dans un régime démocratique, l’adhésion de la population à une stratégie massive de tests est incontournable. Cette adhésion nécessite, à minima, une compréhension de la nature des tests réalisés, de leurs avantages ainsi que de leurs limites.

La structure du virus SARS-CoV-2

Le matériel génétique du coronavirus SARS-CoV-2 est un ARN positif monocaténaire (ssRNA). Cet ARN code pour quatre protéines structurelles : épine (spike, S), enveloppe (envelope, E), membrane (membrane, M) et nucléocapside (nucleocapsid, N).

Structure du coronavirus.
Wikipedia

La protéine N est directement associée à l’ARN. Les protéines S, E et M sont insérées dans une bicouche lipidique et forment l’enveloppe virale entourant le complexe N/ssRNA. La protéine S est responsable de l’attachement du virus aux cellules de l’hôte via le récepteur ACE2 (angiotensin converting enzyme 2). Celui-ci est principalement exprimé dans les voies respiratoires et digestives.

La détection du matériel génétique du virus

La réaction de RT-PCR (reverse transcriptase-polymerase chain reaction), communément appelée dans les médias test PCR, test nucléotidique ou test moléculaire, permet de détecter avec une spécificité et sensibilité inégalée la présence dans un prélèvement biologique de l’ARN du virus. Ce test fut le premier disponible pour diagnostiquer le SARS-CoV-2 car il peut être rapidement développé sur base de la séquence du virus.

L’ARN présent dans le prélèvement doit tout d’abord être purifié par ajout de différents solvants. Cette étape d’extraction, qui se termine par la resuspension de l’ARN dans de l’eau, dure entre une et deux heures. La RT-PCR elle-même comprend deux étapes majeures. L’ARN doit tout d’abord être transformé en ADN par une enzyme transcriptase réverse (RT). Cette enzyme prend l’ARN comme modèle pour synthétiser une séquence d’ADN dit complémentaire (ADNc). L’ADNc du virus, si celui-ci est présent dans le prélèvement, est ensuite fortement amplifié par une réaction de polymérase en chaîne (PCR) quantitative. Cette réaction a lieu en trois phases. Une dénaturation de l’ADNc par chauffage à 95 °C pour séparer les deux brins qui le composent, une hybridation des amorces aux extrémités de la séquence recherchée, puis une élongation grâce à l’action d’une enzyme ADN polymérase à 58 °C. Les amorces sont des séquences d’ADN simple brin spécifiques du virus. Ce sont elles qui garantissent la spécificité de la réaction d’amplification. Seuls les brins d’ADNc fixant ces amorces sont amplifiés. La durée d’un cycle de PCR est de l’ordre d’une minute. Il est répété 45 fois pour obtenir une multiplication exponentielle de la séquence d’ADN cible. C’est cette phase d’amplification qui confère au test RT-PCR une très haute sensibilité.

Principe de fonctionnement de la RT-PCR. Vous pouvez activer les sous-titres en français via l’onglet réglage de la vidéo.

Ce type de test présente cependant plusieurs inconvénients. Certains réactifs sont coûteux et l’augmentation exponentielle du nombre de tests a entraîné leur pénurie. Le test doit être réalisé en laboratoire et nécessite un matériel sophistiqué, disponible en quantité limitée. En fonction de son automatisation, il prend entre trois et six heures (déballage et étiquetage des échantillons, inactivation du virus, extraction de l’ARN, RT-PCR, validation). Un résultat n’est donc souvent disponible qu’en 24 heures.

Sa fiabilité dépend de nombreux facteurs. La qualité du prélèvement est critique. Celui-ci doit être réalisé assez profondément dans les cavités nasales du patient à l’aide d’un grand coton-tige, ce qui nécessite une bonne maîtrise. Il a aussi été observé que le virus pouvait être indétectable dans les voies respiratoires supérieures, mais présent dans les poumons. En conséquence, on estime que la fiabilité du test RT-PCR, malgré sa très haute spécificité (≃100 %) et sensibilité, n’est que de 60-80 % pour identifier un individu infecté. Cette fiabilité décroît avec le temps car le virus est éliminé par la réponse immunitaire. Elle n’est plus que de 40-50 % entre 15 et 39 jours post infection. Ce pourcentage peut sembler faible, mais il est similaire à celui des tests de détection par RT-PCR du virus influenza.

La détection des protéines du virus

Des tests rapides pouvant être réalisés sans passer par un laboratoire, directement sur le terrain (tests dit Point-of-Care, POC), ont également été développés pour détecter la présence du virus.

Les tests dits « antigène rapide » permettent la détection des protéines du virus chez un individu en quelques minutes. Un prélèvement est réalisé dans les cavités nasales, comme pour le test RT-PCR. La présence des protéines virales est mise en évidence à l’aide d’anticorps spécifiques de ces protéines couplés à une enzyme permettant une réaction colorimétrique sur une languette, comme pour un test de grossesse disponible en pharmacie.

Un test POC de ce type a, par exemple, été récemment développé par la société gembloutoise CorisBioconcept (Belgique), en collaboration avec plusieurs hôpitaux et universités. Il a reçu la certification de conformité à la pharmacopée européenne (CEP).

À la différence de tests par RT-PCR, les tests antigène rapide ne comportent pas de phase d’amplification du signal et ne détectent le virus que lorsqu’il est présent à un titre élevé. Ils sont donc moins sensible et fiable que le test RT-PCR pour identifier un individu infecté. Ces tests sont considérés comme des tests rapide d’orientation de diagnostic (TROD). En cas de résultat négatif, il est prudent de confirmer le test antigène rapide par un test RT-PCR.

La détection de la réponse immunitaire contre le virus

En réponse à l’infection, le système immunitaire de l’hôte produit des anticorps spécifiques contre les protéines du virus. Une partie de ces anticorps empêchent le virus de se fixer sur les cellules de l’hôte et sont dits neutralisant.

Les anticorps contre le virus sont présents dans le sang des individus infectés. Ils peuvent être détectés en réalisant un test immuno-enzymatique. Des protéines recombinantes du virus, synthétisées in vitro par génie génétique, sont fixées sur un support et capturent les anticorps spécifiques présents dans le sérum du patient. La présence d’anticorps est ensuite révélée par une réaction enzymatique qui libère un composant coloré.

On peut distinguer les tests de type ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) réalisés en laboratoire sur un prélèvement sanguin (veineux) classique. Et les tests POC par piqûre aux doigts (dits finger-prick). Dans le cas de l’ELISA, la réaction colorimétrique est mesurée de manière quantitative avec un spectrophotomètre, ce qui permet un dosage précis des anticorps. C’est le cas du test de la société allemande EUROIMMUN. Dans le cas des tests finger-prick, comme le test de la société Belge ZenTech, la lecture du résultat s’effectue à l’œil sur une languette.

La production d’anticorps spécifique contre le SARS-CoV-2 est détectable à partir de 10 à 20 jours, en moyenne, après le début de l’infection. Elle offre donc une information historique sur l’infection et permet d’identifier les individus potentiellement protégés contre celle-ci. La réponse immunitaire est cependant très variable entre individus et, bien que la Chine a utilisé avec succès des tests de type finger-prick pour lutter contre l’épidémie, nous manquons encore de recul pour apprécier la fiabilité des tests sérologiques de ce type sur une large population. De plus, il est indispensable de pouvoir exclure toute réaction croisée de ce test avec la réponse immunitaire contre les 6 autres coronavirus (HCoV-229E, HCoV-HKU1, HCoV-OC43, HCoV-NL63, SARS-CoV et MERS-CoV) pouvant infecter l’humain. Enfin, il serait utile que ces tests permettent, à terme, de discriminer entre les individus naturellement infectés et les individus qui seront vaccinés. Une attention toute particulière est donc requise pour le développement des tests sérologiques.

La problématique de l’organisation à grande échelle des tests

Début avril 2020, on dénombrait 78 tests RT-PCR, 13 tests antigènes rapides, et 101 tests sérologiques disposant du label CEP. De nombreux tests sont donc actuellement disponibles pour détecter la présence du SARS-CoV-2 ainsi que la réponse immunitaire spécifique contre ce virus. Ils représentent une manière peu coûteuse de collecter un grand nombre d’informations nécessaires à la gestion de cette pandémie.

Aucun de ces tests n’est fiable à 100 %, mais, utilisés par un personnel médical qualifié et en combinaison, ils permettent l’identification de la majorité des individus infectés et immunisés. Les tests antigènes et sérologiques POC, rapide et peu coûteux, semblent particulièrement adaptés à un dépistage de masse. Ils pourraient se substituer partiellement aux tests de détection du virus par RT-PCR et aux tests sérologiques par ELISA réalisés en laboratoire.

Le principal défi pour lutter efficacement contre cette pandémie est donc organisationnel. Plusieurs états européens ont légiféré pour interdire l’accès de ces tests à des particuliers. Il a été estimé que la réalisation de ces tests par un utilisateur profane pourrait mener à une mauvaise interprétation de l’état du patient. D’une part, chaque test présente un certain taux de faux positifs et négatifs. D’autre part chaque test fournit des informations spécifiques qui nécessitent une mise en contexte ou les résultats d’autres tests pour être correctement interprétés. Les tests devraient donc être réalisés par un personnel formé, dans les hôpitaux ou sur le terrain, ce qui pose de nombreux problèmes logistiques qu’il est du devoir des états de résoudre.

Singapore, Taiwan et Hongkong ont massivement investi dans des tests de dépistage et ont réussi à contenir l’infection et éviter une saturation de leurs hôpitaux, ce qui a considérablement réduit la mortalité associée à l’infection. En revanche, l’Europe et les USA n’ont, à l’évidence, pas anticipé le risque. Le système hospitalier de certains pays et régions a été saturé avec des conséquences dramatiques. Il est donc urgent, pour sortir de cette crise par le haut, que des tests de masse soient réalisés afin de sécuriser les services essentiels et d’évaluer régulièrement le niveau d’infection ainsi que le développement de l’immunité collective au sein des populations.


Je remercie Oberdan Leo (ULB), Fabienne Andris (ULB), Philippe Lefèvre (ULB), Olivier Denis (Sciensano) et Marta Romano (Sciensano) pour leurs commentaires et suggestions.The Conversation

Eric Muraille, Biologiste, Immunologiste. Maître de recherches au FNRS, Université Libre de Bruxelles

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.

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