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Coronavirus : Une étude de simulation du mouvement des aérosols montre pourquoi les nouvelles variantes, Delta et Omicron, sont plus contagieuses que l’original

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Une équipe de 50 chercheurs a créé un aérosol contenant une particule de coronavirus et a simulé sa capacité à rester en suspension dans l’air afin d’évaluer le potentiel de transmission du virus par voie aérienne.

Les chercheurs ont modélisé une minuscule goutte d’eau contenant une particule de virus afin d’évaluer la capacité du virus à résister au contact de l’air pour infecter un nouvel hôte, rapporte le New York Times.

L’équipe a utilisé un superordinateur pour suivre l’interaction et l’activité de 1,3 milliard d’atomes en une microseconde.

« Introduire une particule de virus dans une goutte d’eau est quelque chose qui n’a jamais été fait auparavant. Personne n’a jamais vu à quoi cela ressemble », a déclaré Rommie Amaro de l’Université de Californie, coordinateur du projet.

La simulation a été présentée lors d’une conférence internationale consacrée aux simulations informatiques de haute performance.

Au début de la pandémie, la communauté scientifique supposait que le virus ne pouvait être transmis que par les gouttelettes de salive libérées par les éternuements et la toux, et qu’il ne durerait que peu de temps dans l’air se déplaçant à moins de deux mètres de la personne infectée.

Des études épidémiologiques ultérieures ont montré que le virus est transmis par voie aérienne, c’est-à-dire simplement par un certain nombre de personnes parlant dans un espace clos et mal ventilé.

Les gouttelettes sont définies comme des gouttes de salive d’une taille supérieure à 100 microns, tandis que les aérosols peuvent être si minuscules qu’ils ne transportent qu’une infime particule de virus et restent dans l’air pendant plusieurs heures.

Le problème de la transmission du virus par aérosols est le temps nécessaire pour qu’ils infectent d’autres personnes avant de s’évaporer et de se désintégrer.

« À ce stade, nous ne comprenons pas entièrement comment cela se produit », déclare Linsey Marr, professeur d’ingénierie civile et environnementale à Virginia Tech, qui n’a pas participé à la nouvelle étude.

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L’équipe d’Amaro a créé un modèle de coronavirus composé de 300 millions d’atomes virtuels auquel ils ont ajouté une membrane de molécules d’acides gras et une composition de protéines. Ces derniers sont conçus pour maintenir la membrane du coronavirus intacte.

Parmi celles-ci, les protéines spike sont des structures ramifiées qui s’élèvent à la surface du virus et dont on a observé que les extrémités s’ouvrent spontanément pour permettre au virus de s’accrocher et d’infecter les cellules hôtes.

Après avoir créé le virus, l’équipe de chercheurs a fabriqué un aérosol composé d’un milliard d’atomes et mesurant un micromètre.

Il ne peut s’agir que d’eau, car les aérosols libérés par les poumons d’une personne infectée contiennent de la mucine – un mucus provenant de la paroi du tissu pulmonaire et d’autres fluides, ainsi que des surfactants provenant des alvéoles.

La plus grande difficulté a été de suivre le mouvement de cet aérosol avec la particule de virus qu’il contient en tenant compte des interactions atomiques et des forces électriques générées par leurs charges.

Ils ont pu calculer la position des atomes à une microseconde près en utilisant le superordinateur Summmit – développé par IBM – au Laboratoire national d’Oak Ridge, géré par le ministère américain de l’énergie.

L’équipe a eu besoin de plusieurs essais pour obtenir un aérosol stable qui n’exploserait pas immédiatement en raison des collisions entre les atomes.

Lorsqu’ils ont réussi, ils ont capturé 10 images nanosecondes de l’activité des aérosols.

« Si la modélisation moléculaire n’est pas nouvelle, l’échelle de la simulation est d’un niveau supérieur », a observé Brian O’Flynn, chercheur postdoctoral au St. Jude Children’s Research Hospital, qui n’a pas participé à l’étude.

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La simulation a fourni des indices sur la capacité du virus à résister dans les aérosols. Les chercheurs ont observé que les mucines des poumons qui ont des charges électriques négatives sont attirées par les protéines de pointe du virus qui ont des charges électriques positives.

Amuro a proposé l’hypothèse selon laquelle les mucines agissent comme un bouclier protecteur pour empêcher le virus de pénétrer dans l’air qui le détruirait.

« Nous pensons que la particule virale est enrobée de ces mucines et que cela fonctionne comme une couche protectrice lorsqu’elle se déplace dans l’air », a expliqué le chercheur.

Ces résultats peuvent faire la lumière sur la contagiosité de la souche Delta qui est devenue dominante dans le monde.

Les protéines de la variante Delta sont chargées positivement en plus grand nombre que les variantes précédentes, de sorte qu’elles attirent plus fortement les mucines qui les entourent.

Des simulations ont montré comment les protéines des pointes s’ouvrent comme des fleurs pour se coller aux cellules hôtes.

« La variante Delta s’ouvre beaucoup plus facilement que la souche originale sur laquelle nous avons effectué des simulations », explique M. Amaro.

L’équipe doit encore étudier d’autres facteurs qui pourraient contribuer à la transmissibilité du virus, comme le niveau d’acidité d’un aérosol ou le degré d’humidité de l’air. Ils étudieront également la variante Omicron lorsqu’ils disposeront d’un modèle tridimensionnel de la protéine de pointe du coronavirus.

Selon des données préliminaires, les mutations des protéines de pointe du nouveau variant de coronavirus Omicron présentent une charge électrique positive encore plus élevée que Delta, ce qui suggère également un pouvoir infectieux plus élevé.

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