Une équipe de recherche scientifique de Suisse et du Japon a récemment enregistré pour la première fois avec une haute résolution spatiale et temporelle l'ensemble du processus par lequel le virus de la grippe se déplace à la surface des cellules humaines vivantes et pénètre dans les cellules, offrant ainsi une perspective détaillée sans précédent sur la révélation de l'étape initiale de l'infection virale. La recherche montre que les cellules hôtes ne sont pas des cibles passives, mais qu’elles s’étirent, poussent et tirent activement lorsque le virus s’approche. La relation entre le virus et la cellule ressemble davantage à une « danse d’invasion » précisément coordonnée.
L’infection grippale débute généralement lorsque des gouttelettes contenant le virus pénètrent dans le corps humain. Le virus s’attache à la surface des cellules comme l’épithélium respiratoire et achève l’invasion. Utilisant des cellules humaines cultivées comme modèle, l'équipe collaborative a développé une technologie d'imagerie microscopique spécialisée qui peut observer en continu la dynamique ultrastructurale de la surface cellulaire sous un champ de vision agrandi, « diffusant ainsi en direct » le processus complet d'entrée des virus de la grippe dans les cellules vivantes pour la première fois. Le projet était dirigé par Yohei Yamauchi, professeur de médecine moléculaire à l'ETH Zurich. Il a décrit l’invasion du virus comme « comme une danse entre le virus et la cellule ». La cellule « tendra » activement la direction du virus et participera à l’ensemble du processus d’enveloppement et d’endocytose.
L’étude a révélé que, bien que les résultats montrent que ce processus aide seulement le virus à achever l’infection, le virus détourne en réalité la voie endocytaire normale utilisée par les cellules pour absorber des molécules essentielles telles que les hormones, le cholestérol et le fer. Le virus de la grippe doit d'abord se lier à des molécules spécifiques à la surface cellulaire, puis « glisser » le long de la membrane cellulaire, se déplaçant d'une position à une autre sur la surface de la membrane jusqu'à ce qu'il trouve une zone avec une forte concentration de récepteurs de surface, qui devient son « entrée d'invasion » la plus efficace. Lorsque le récepteur reconnaît le virus et termine son agrégation, la membrane cellulaire forme une fosse progressivement enfoncée. Une protéine structurelle appelée clathrine participe à sa formation et à son soutien, ce qui rend la fosse plus profonde et finit par envelopper le virus comme une poche pour former une vésicule. Par la suite, cette vésicule est attirée dans la cellule et son revêtement superficiel se désintègre progressivement, permettant au virus d'être libéré dans la cellule, démarrant ainsi l'étape suivante du processus de réplication.
Dans le passé, les chercheurs ont essayé d'utiliser des microscopes électroniques pour capturer ce lien clé, mais de telles techniques nécessitent de réparer et de détruire les cellules et ne peuvent obtenir que des « instantanés » statiques, ce qui rend difficile la restauration des processus dynamiques. Bien que la microscopie à fluorescence puisse imager des cellules vivantes, elle est limitée par la résolution spatiale et ne peut pas révéler de fins détails structurels tels que les dépressions de la membrane cellulaire et l'agrégation des protéines. Pour surmonter ces goulots d'étranglement, l'équipe a développé une nouvelle méthode qui combine la microscopie à force atomique (AFM) avec la microscopie confocale à fluorescence, appelée « Microscopie à force confocale-atomique à double mode visible par virus » (ViViD-AFM). D’une part, cette technologie utilise la microscopie à force atomique pour décrire la morphologie de surface des cellules à l’échelle nanométrique. D’autre part, il utilise des signaux fluorescents pour marquer les positions des virus et des protéines associées afin d’obtenir un suivi simultané de la structure et de la fonction.
Avec l'aide de ViViD-AFM, les chercheurs ont observé que les cellules « coopèrent » activement avec le virus à plusieurs niveaux pour achever l'invasion : par exemple, elles recrutent précisément la clathrine à l'emplacement du virus et aident à former des vésicules membranaires qui encapsulent le virus. Lorsque le virus s'éloigne légèrement de la surface cellulaire, la membrane cellulaire se « soulève » vers le haut, provoquant une déformation évidente et un mouvement dynamique pour se rapprocher et capturer le virus. Ces mouvements sont plus intenses lorsque le virus s’écarte légèrement. Cela montre que le virus de la grippe emprunte dans une large mesure le système d'absorption de substances hautement régulé de la cellule elle-même et « inverse » le mécanisme utilisé à l'origine pour les activités vitales en tant que voie d'infection.
L’équipe de recherche a souligné que cette nouvelle plate-forme d’imagerie revêt une grande importance pour le développement de médicaments antiviraux, car elle peut observer les effets spécifiques des médicaments candidats à chaque étape de l’invasion virale en temps réel dans un système cellulaire vivant, permettant ainsi un dépistage et une optimisation plus ciblés des stratégies d’inhibition. De plus, ViViD-AFM ne se limite pas aux virus grippaux. À l’avenir, il pourra également être utilisé pour étudier l’interaction entre d’autres virus et même entre les particules et les cellules des vaccins. On s'attend à ce que cela fournisse des indices physiques et biologiques plus complets dans les premiers stades de l'infection et fournisse une base expérimentale pour la conception de nouvelles thérapies antivirales et méthodes de prévention.