Propriétés physiques de capsides virales étudiées à l'échelle du virus unique par microscopie à force atomique : exemples du rétrovirus VIH-1 et du parvovirus AAV

Viruses are nanometer size biological parasite, which highjack the cellular machinery of the infected cells to replicate and thereby produce new viruses. A virus consists of a protein capsid, protecting the viral genome, a long polymer of DNA or RNA, and in some cases is surrounded by a lipid envelope. Recent work suggests that the physical properties of viruses are important in order to understand the viral cycle. In order to link the biological behavior of the virus to their physical properties, we used an approach combining AFM imaging and mechanical measurements at the nanometer scale, in connection with the physical modeling of viral capsids. We have developed automated image and force curves analysis tools to quantify the physical properties of viral capsids and the effect of the microenvironment. We have focused on two very different viruses: the HIV-1 retrovirus, responsible for AIDS and the AAV vector used in gene therapy. This work has led to the characterization of the morphological and mechanical properties of virus-like particles and cores of HIV-1 at the single virus level and on populations of hundreds of viruses. Focusing on the effect of the nature of the RNA encapsidated inside the viral particles in cellulo, we have highlighted the structural control of the viral RNA, and more precisely the psi packaging signal, on both HIV-1 VLPs and cores. Finally, we have initiated the study of the effect of reverse transcription (conversion of viral genomic RNA into DNA) within the cores HIV-1 on its stability. The study of parvovirus AAV existing form of several natural variants (serotypes) allowed us to compare the capsid physical properties at thermodynamic equilibrium and out of equilibrium. By varying the microenvironment (temperature and pH), we probed its influence on the stability of the AAV capsid. We have shown in particular that the AAV8 virus is stiffer than AAV9 while thermal stability is reduced, in relation to different biological properties for these two serotypes. In addition, the rigidity of AAV8 capsids decreases in an acidic environment mimicking the late endosome transport, and this results in a higher thermal stability. Finally, we quantified the effect of the length and nature of the confined genome on the thermal stability of AAV capsids.Les virus sont des parasites biologiques de taille nanométrique. Détournant la machinerie cellulaire de la cellule infectée, ils mettent en place une stratégie de réplication permettant la production de nouveaux virus. Un virus est constitué d’une capside protéique protégeant le génome viral, long polymère d’ADN ou ARN, et possède dans certains cas une enveloppe lipidique. Des travaux récents suggèrent que les propriétés physiques des virus sont importantes pour comprendre certaines étapes du cycle viral. Dans le but de relier le comportement biologique des virus à leurs propriétés physiques, nous avons utilisé une approche combinant l’imagerie AFM et des mesures mécaniques à l’échelle nanométrique, en lien avec la modélisation physique des capsides virales. Nous avons développé des outils d’analyse automatisée des images et courbes de forces obtenues pour quantifier les propriétés physiques de capsides virales et l’effet du microenvironnement. Nous avons étudié deux virus très différents : le rétrovirus VIH-1, responsable du SIDA et le vecteur AAV, utilisé en thérapie génique. Ce travail a permis la caractérisation des propriétés morphologiques et mécaniques de pseudo-particules virales et de cores du VIH-1, à l’échelle du virus unique et sur des populations de centaines de virus. En nous intéressant à l’effet de la nature de l’ARN encapsidé dans les particules virales in cellulo, nous avons montré un rôle structurant pour l’ARN viral du VIH-1 et en particulier son signal d’encapsidation psi. Enfin, nous avons initié l’étude de l’effet de la retro-transcription (conversion du génome viral ARN en ADN) au sein du core VIH-1 sur la stabilité de celui-ci. L’étude du parvovirus AAV existant sous forme de plusieurs variants naturels (sérotypes) nous a permis de comparer les propriétés physiques des capsides à l’équilibre thermodynamique et hors d’équilibre. En faisant varier le microenvironnement (température et pH), nous avons sondé son influence sur la stabilité des capsides AAV. Nous avons pu montrer en particulier que la capside AAV8 est plus rigide que AAV9 alors que sa stabilité thermique est réduite, en relation avec des propriétés biologiques différentes pour ces deux sérotypes. En outre, la rigidité des capsides AAV8 diminue dans un environnement acide imitant l’endosome tardif, et ceci se traduit par une plus grande stabilité thermique. Enfin, nous avons quantifié l’effet de la longueur et de la nature du génome sur la stabilité des capsides AAV

RNA Control of HIV-1 Particle Size Polydispersity

HIV-1, an enveloped RNA virus, produces viral particles that are known to be much more heterogeneous in size than is typical of non-enveloped viruses. We present here a novel strategy to study HIV-1 Viral Like Particles (VLP) assembly by measuring the size distribution of these purified VLPs and subsequent viral cores thanks to Atomic Force Microscopy imaging and statistical analysis. This strategy allowed us to identify whether the presence of viral RNA acts as a modulator for VLPs and cores size heterogeneity in a large population of particles. These results are analyzed in the light of a recently proposed statistical physics model for the self-assembly process. In particular, our results reveal that the modulation of size distribution by the presence of viral RNA is qualitatively reproduced, suggesting therefore an entropic origin for the modulation of RNA uptake by the nascent VLP

Physical properties of viral capsids studed at the single virus level by atomic force microscopy (AFM) : examples of HIV-1 retrovirus and AAV parvovirus

Les virus sont des parasites biologiques de taille nanométrique. Détournant la machinerie cellulaire de la cellule infectée, ils mettent en place une stratégie de réplication permettant la production de nouveaux virus. Un virus est constitué d’une capside protéique protégeant le génome viral, long polymère d’ADN ou ARN, et possède dans certains cas une enveloppe lipidique. Des travaux récents suggèrent que les propriétés physiques des virus sont importantes pour comprendre certaines étapes du cycle viral. Dans le but de relier le comportement biologique des virus à leurs propriétés physiques, nous avons utilisé une approche combinant l’imagerie AFM et des mesures mécaniques à l’échelle nanométrique, en lien avec la modélisation physique des capsides virales. Nous avons développé des outils d’analyse automatisée des images et courbes de forces obtenues pour quantifier les propriétés physiques de capsides virales et l’effet du microenvironnement. Nous avons étudié deux virus très différents : le rétrovirus VIH-1, responsable du SIDA et le vecteur AAV, utilisé en thérapie génique. Ce travail a permis la caractérisation des propriétés morphologiques et mécaniques de pseudo-particules virales et de cores du VIH-1, à l’échelle du virus unique et sur des populations de centaines de virus. En nous intéressant à l’effet de la nature de l’ARN encapsidé dans les particules virales in cellulo, nous avons montré un rôle structurant pour l’ARN viral du VIH-1 et en particulier son signal d’encapsidation psi. Enfin, nous avons initié l’étude de l’effet de la retro-transcription (conversion du génome viral ARN en ADN) au sein du core VIH-1 sur la stabilité de celui-ci. L’étude du parvovirus AAV existant sous forme de plusieurs variants naturels (sérotypes) nous a permis de comparer les propriétés physiques des capsides à l’équilibre thermodynamique et hors d’équilibre. En faisant varier le microenvironnement (température et pH), nous avons sondé son influence sur la stabilité des capsides AAV. Nous avons pu montrer en particulier que la capside AAV8 est plus rigide que AAV9 alors que sa stabilité thermique est réduite, en relation avec des propriétés biologiques différentes pour ces deux sérotypes. En outre, la rigidité des capsides AAV8 diminue dans un environnement acide imitant l’endosome tardif, et ceci se traduit par une plus grande stabilité thermique. Enfin, nous avons quantifié l’effet de la longueur et de la nature du génome sur la stabilité des capsides AAV.Viruses are nanometer size biological parasite, which highjack the cellular machinery of the infected cells to replicate and thereby produce new viruses. A virus consists of a protein capsid, protecting the viral genome, a long polymer of DNA or RNA, and in some cases is surrounded by a lipid envelope. Recent work suggests that the physical properties of viruses are important in order to understand the viral cycle. In order to link the biological behavior of the virus to their physical properties, we used an approach combining AFM imaging and mechanical measurements at the nanometer scale, in connection with the physical modeling of viral capsids. We have developed automated image and force curves analysis tools to quantify the physical properties of viral capsids and the effect of the microenvironment. We have focused on two very different viruses: the HIV-1 retrovirus, responsible for AIDS and the AAV vector used in gene therapy. This work has led to the characterization of the morphological and mechanical properties of virus-like particles and cores of HIV-1 at the single virus level and on populations of hundreds of viruses. Focusing on the effect of the nature of the RNA encapsidated inside the viral particles in cellulo, we have highlighted the structural control of the viral RNA, and more precisely the psi packaging signal, on both HIV-1 VLPs and cores. Finally, we have initiated the study of the effect of reverse transcription (conversion of viral genomic RNA into DNA) within the cores HIV-1 on its stability. The study of parvovirus AAV existing form of several natural variants (serotypes) allowed us to compare the capsid physical properties at thermodynamic equilibrium and out of equilibrium. By varying the microenvironment (temperature and pH), we probed its influence on the stability of the AAV capsid. We have shown in particular that the AAV8 virus is stiffer than AAV9 while thermal stability is reduced, in relation to different biological properties for these two serotypes. In addition, the rigidity of AAV8 capsids decreases in an acidic environment mimicking the late endosome transport, and this results in a higher thermal stability. Finally, we quantified the effect of the length and nature of the confined genome on the thermal stability of AAV capsids

Mesure et modélisation : une méthode innovante pour l'étude des algorithmes de gestion énergétique, appliquée au cas d'une maison passive

10 pagesNational audienceRÉSUMÉ. Cet article présente le développement d'un modèle de simulation d'un bâtiment de test réel, travaux réalisés dans le cadre du projet HOMES. Le bâtiment est une maison individuelle d'un étage, entièrement instrumentée, construite sur la plateforme instrumentale de l'INES ; il a permis, via des campagnes de mesures appropriées, de calibrer et d'identifier le modèle. Le bâtiment comporte un système de chauffage électrique sur la VMC double flux, ainsi qu'un système de chauffage hydraulique alimenté par une pompe à chaleur air/eau. Le modèle global se compose de modèles de connaissance et de modèles paramétriques. Au final, le modèle numérique donne de bons résultats pour les premières périodes considérées. ABSTRACT. This paper presents the development of a simulation model for a real test building; the work has been done in the context of HOMES programme. The building is a house with two floors, completely instrumented, and located in the experimental platform of the French National Institute for the Solar Energy. The model has been calibrated and identified using measurements in the real house. The building is composed of an electrical heating in the mechanical ventilation system (with a heat recovery system) and an hydraulic heating with a air/water heat pump. The model is based on different kind of models (knowledge based or parametric). Finally, the numerical model gives interesting results for the first measurements campaigns

Microscopie à force atomique pour l’étude du cycle viral

Chaque étape du cycle viral du VIH-1 s’accompagne d’une modification de la morphologie et/ou des propriétés mécaniques de la particule entière ou de la capside virale. Le microscope à force atomique (AFM) est un outil physique extrêmement performant pour caractériser ces changements à l’échelle d’un virus unique. En effet, l’AFM permet, d’une part, la visualisation de capsides virales dans un environnement physiologique contrôlé, et, d’autre part, de sonder leurs propriétés mécaniques par nano-indentation. Enfin, la spectro-scopie de force AFM peut permettre de caractériser les affinités entre les protéines d’enveloppe virale et les récepteurs cellulaires à l’échelle de la ­molécule unique

New developments in ALCYONE 2.0 fuel performance code

International audienceALCYONE is a multi-dimensional (1D, 2D or 3D) fuel performance code dedicated to pressurized waterreactors (PWR). This code is co-developed in the PLEIADES platform by the CEA, EDF and AREVA andsimulates fuel pellets and cladding evolutions during base irradiation, power ramps and accidental situations.Sophisticated chemical and physical models are used. The thermal and mechanical behavior is solved with the finiteelement method based code CAST3M.ALCYONE 2.0 is the next release of the code and includes several new features: improvements in incidental andaccidental situations modeling, new models available for 2D and 3D schemes and an evolution of neutron model tosimulate gadolinium fuel.ALCYONE 2.0 uses a new version of PLEIADES platform which allows the parallelized computation of rod axialslices in order to decrease computation times.To better simulate accidental situations, an axial transfer model for gases and a modeling of heaters for Loss OfCoolant Accident (LOCA) experiments have been added to the code. The axial transfer model can simulate an axialinternal pressure gradient in the fuel rod.For power ramps simulations in the 1D scheme, a new model for dish filling is available

Characterization of AAV vector particle stability at the single-capsid level

International audienceVirus families have evolved different strategies for genome uncoating, which are also followed by recombinant vectors. Vectors derived from adeno-associated viruses (AAV) are considered as leading delivery tools for in vivo gene transfer, and in particular gene therapy. Using a combination of atomic force microscopy (AFM), biochemical experiments, and physical modeling, we investigated here the physical properties and stability of AAV vector particles. We first compared the morphological properties of AAV vectors derived from two different serotypes (AAV8 and AAV9). Furthermore, we triggered ssDNA uncoating by incubating vector particles to increasing controlled temperatures. Our analyses, performed at the single-particle level, indicate that genome release can occur in vitro via two alternative pathways: either the capsid remains intact and ejects linearly the ssDNA molecule, or the capsid is ruptured, leaving ssDNA in a compact entangled conformation. The analysis of the length distributions of ejected genomes further revealed a two-step ejection behavior. We propose a kinetic model aimed at quantitatively describing the evolution of capsids and genomes along the different pathways, as a function of time and temperature. This model allows quantifying the relative stability of AAV8 and AAV9 particles

Entérobactéries productrices de carbapénémases dans les eaux-urbaines et péri-urbaines en Côte d’Ivoire : une approche environnementale de l'épidémiologie de la résistance.

International audienceIntroduction : La lutte contre l’antibiorésistance représente un enjeu majeur de santé publique. L’OMS alerte plus particulièrement sur les entérobactéries productrices de carbapénémases (EPC) exposant à des impasses thérapeutiques [1]. La surconsommation et le mésusage des antibiotiques favorisent la dissémination de l’antibiorésistance chez l’Homme et dans l’Environnement. Ceci est particulièrement vrai pour les pays en voie de développement où les conditions sanitaires sont précaires et l’utilisation des antibiotiques anarchique [2]. Dans une stratégie globale de lutte « One Health », l’étude de l’antibiorésistance dans l’environnement pourrait contribuer à une meilleure connaissance de l’épidémiologie humaine à l'échelle d'un territoire et identifier des réservoirs environnementaux d’antibiorésistance.Matériel et méthodes : Cette étude évalue et cartographie l’antibiorésistance dans les eaux résiduaires urbaines dans des canaux à ciel ouvert dédiés normalement au drainage des eaux pluviales de 3 agglomérations de Côte d’Ivoire, Abidjan, Bouaké et Yamoussoukro (14 sites de prélèvements) et dans un bassin versant (Djibi) occupé partiellement par une commune d’Abidjan sans réseau d’assainissement (4 sites de prélèvements). Les gènes blaKPC, blaNDM, blaOXA-48, blaIMP et blaVIM codant des carbapénémases (GCC) ont été recherchés (PCR) dans l’eau de 94 prélèvements. Des EPC ont été recherchés par approche culturale.Résultats, discussion et conclusion : L’étude a mis en évidence la co-présence des GCC blaKPC, blaNDM et blaOXA-48 au niveau de 4 sites de prélèvement et la présence d’au moins l’un de ces gènes au niveau de 11 autres sites.L’étude culturale a permis d’isoler 14 Escherichia coli et 1 Klebsiella pneumoniae producteurs de carbapénémase NDM. La présence d’EPC dans des eaux urbaines rapportée dans d’autres pays est attribuée à des contaminations anthropiques liées à un défaut d’assainissement [3,4]. En l'absence de données d'épidémiologie clinique sur les EPC en Côte d'Ivoire, nous décrivons la présence significative de GCC dans des eaux anthropisées. La présence d’EPC dans des eaux urbaines est préoccupante, puisqu’elle constitue un réservoir environnemental d’antibiorésistance, exposant les habitants à des bactéries résistantes et pouvant jouer un rôle dans la dissémination des GCC [5]. Pour contrôler le cycle écologique de l’antibiorésistance, des études de caractérisation de ces réservoirs environnementaux apparaissent donc nécessaires

Water-based-Epidemiology (WBE) : a new wave for antimicrobial resistance spread monitoring?

International audienc

Water based epidemiology: a new wave?

International audienceThe screening wastewater for SARS-CoV-2 RNA has emerged in over 50 countries as a tool for tracking COVID-19 in population alongside traditional clinical monitoring, highlighting the usefulness of (waste)water-based epidemiology (WBE). Facing the significant problem of antimicrobial resistance (AMR), the monitoring of environmental AMR in epidemiologic aim is still poorly documented. As for COVID-19, WBE could be a proxy of AMR epidemiology in the context of lack of biological data i) at the community level in high income-country and ii) in lower middle-income country when resistance is often non-documented in human infections.The aim of the study is to explore AMR from surface water running in or in the vicinity of two contrasted densely urbanized areas: Lez watershed, Montpellier, France and Djibi watershed, Abidjan, Cote d’Ivoire.From June to November 2015, we collected 24 water samples, on 2 urban rivers in the Heart of Montpellier city: 2 sampling sites around the university hospital of Montpellier, 1 site downstream a public park and 1 site in a residential area. From July 2018 to November 2019, we collected 11 water samples in Djibi watershed (n = 11): 2 peri-urban sampling sites just outside of the Abidjan-urban area, 1 site downstream a wetland area and 1 site upstream the Aghien Lagoon.In both cities, 100% of samples were positive for blaTEM, an endemic beta-lactamase-encoding gene. In Montpellier, blaSHV and blaCTX-M were positive in 21% of samples. In Djibi watershed, 54% and 27% of samples were positive to both blaSHV and blaCTX-M, respectively. For carbapenemase-encoding genes which confer emerging resistance to last resort antibiotics, data were more contrasted between Montpellier and Abidjan. These genes were sparingly detected in Montpellier when the carbapenemase-encoding genes blaKPC, blaNDM, blaOXA-48 were each detected in 27% of samples in Djibi watershed samples.The worrisome epidemiology of AMR requires to identify AMR environmental reservoirs. AMR in urban settings could represent a hot spot in the dynamics of the epidemiological cycle of AMR. The development of WBE could help to cartography AMR at a small-territory scale to help for medical decisions, alerts and implementation of preventive measures