BBB Terminale/Diagnostics Biologiques
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Les Diagnostics Biologiques

BBB TerminaleChapitre majeurECE et Bac écrit

Duree : 60 min · Difficulte : ⭐⭐⭐⭐

Objectifs du cours

  • Connaitre les differents types de prélèvements biologiques et leur interet diagnostique
  • Maitriser les techniques immunologiques : ELISA direct, indirect, sandwich
  • Comprendre les techniques moleculaires : PCR, RT-qPCR, sequencage
  • Interpreter les notions de sensibilite, specificite, VPP et VPN
  • Appliquer ces connaissances au diagnostic des maladies infectieuses, cancers et maladies genetiques

I. Introduction au diagnostic biologique

Le diagnostic biologique regroupe l ensemble des analyses effectuees sur des echantillons biologiques pour identifier une maladie, suivre son evolution ou evaluer l efficacite d un traitement. Il repose sur la detection de marqueurs biologiques specifiques.

A. Les prélèvements biologiques

Type de prélèvementAnalyses possiblesExemples d applications
Sang (serum/plasma)Serologie, biochimie, hematologieVIH, hepatites, glycemie, NFS
UrineBiochimie, microbiologieInfection urinaire, grossesse, drogues
Ecouvillonnage (gorge, nasopharynge)PCR, culture, tests rapidesCOVID-19, grippe, angine
Liquide cephalo-rachidien (LCR)Cytologie, biochimie, PCRMeningite bacterienne/virale
Biopsie tissulaireHistologie, immunohistochimieDiagnostic de cancers
SellesCoproculture, parasitologieGastro-enterites, parasites

B. Les deux grandes approches diagnostiques

Diagnostic direct

On recherche directement l agent pathogene ou ses composants.

  • • Detection de l antigene
  • • Detection du genome (PCR)
  • • Culture du micro-organisme
  • • Observation microscopique

Diagnostic indirect (serologie)

On recherche la reponse immunitaire de l organisme (anticorps).

  • • Detection des IgM (infection recente)
  • • Detection des IgG (immunite acquise)
  • • Titrage des anticorps
  • • Seroconversion

Le savais-tu ?

Les tests COVID-19 utilisaient les deux approches : la PCR (diagnostic direct) detecte le genome viral, tandis que les tests serologiques (diagnostic indirect) detectent les anticorps anti-SARS-CoV-2 pour savoir si une personne a ete infectee.

II. Techniques immunologiques - Le test ELISA

ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) est une technique immunoenzymatique permettant de detecter et quantifier des antigenes ou des anticorps dans un echantillon. Elle repose sur la specificite de la reaction antigene-anticorps et sur une revelation enzymatique coloree.

Principe general de l ELISA

Un anticorps ou antigene est fixe sur un support solide (plaque 96 puits). Apres incubation avec l echantillon, un anticorps conjugue a une enzyme (HRP ou PAL) est ajoute. L addition du substrat de l enzyme produit une reaction coloree mesurable au spectrophotometre.

A. ELISA Direct

Detection directe d un antigene dans l echantillon a l aide d un anticorps marque.

Schema ELISA Direct

Plaque:▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓
Antigene fixe:▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲
↓ Ajout Ac marque enzyme
Ac-enzyme:Y-E Y-E Y-E Y-E
↓ + Substrat
COLORATION = POSITIF

Avantages

  • • Rapide (peu d etapes)
  • • Moins de risques d erreurs

Inconvenients

  • • Moins sensible
  • • Necessite un Ac specifique marque

B. ELISA Indirect

Detection d anticorps dans le serum du patient. Tres utilise en serologie.

Schema ELISA Indirect (serologie)

1. Ag fixe sur plaque:▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲
↓ + Serum patient
2. Ac du patient:Y Y Y Y
↓ + Ac anti-Ig humain marque
3. Ac secondaire-E:Y-E Y-E Y-E
↓ + Substrat
COLORATION = Ac presents = POSITIF

Avantages

  • • Tres sensible (amplification du signal)
  • • Ac secondaire universel
  • • Economique

Inconvenients

  • • Plus d etapes = plus long
  • • Risque de reactivite croisee

Applications : serologie VIH (depistage), hepatites B et C, toxoplasmose, rubeole...

C. ELISA Sandwich

Detection et quantification d un antigene pris en sandwich entre deux anticorps. Methode de reference pour le dosage de proteines.

Schema ELISA Sandwich

1. Ac de capture fixe:Y Y Y Y Y Y
↓ + Echantillon (Ag)
2. Antigene capture:● ● ● ●
↓ + Ac de detection marque
3. Ac detection-E:Y-E Y-E Y-E
↓ + Substrat
COLORATION proportionnelle a [Ag]

Pourquoi sandwich ?

L antigene est litteralement pris en sandwich entre l anticorps de capture (fixe sur la plaque) et l anticorps de detection (marque par l enzyme). Cette double reconnaissance garantit une excellente specificite.

Avantages

  • • Tres haute sensibilite et specificite
  • • Quantification precise
  • • Large gamme dynamique

Inconvenients

  • • Necessite 2 Ac differents
  • • Plus couteux a developper

Applications : dosage hormones (TSH, hCG), cytokines, marqueurs tumoraux (PSA, CA125), detection de l antigene p24 du VIH...

Tableau comparatif des techniques ELISA

CritereELISA DirectELISA IndirectELISA Sandwich
Cible detecteeAntigeneAnticorpsAntigene
Sensibilite+++++++++
Specificite+++++++++
Rapidite+++++++
CoutMoyenFaibleEleve

III. Techniques moleculaires

Les techniques de biologie moleculaire permettent de detecter directement le materiel genetique (ADN ou ARN) d un agent pathogene ou de rechercher des mutations associees a des maladies.

A. PCR (Polymerase Chain Reaction)

Technique d amplification de l ADN permettant d obtenir des millions de copies d une sequence cible a partir d un echantillon contenant tres peu d ADN.

Les 3 etapes du cycle PCR

94-98°C

Denaturation

Separation des brins

50-65°C

Hybridation

Fixation amorces

72°C

Elongation

Synthese Taq pol

Amplification exponentielle : apres n cycles, on obtient 2^n copies. 30 cycles = 1 milliard de copies !

B. RT-qPCR (PCR quantitative en temps reel)

Combine la transcription inverse (RT) pour convertir l ARN en ADNc et la PCR quantitative (qPCR) pour mesurer la quantite de materiel genetique en temps reel.

Schema RT-qPCR

ARN viral

→ RT

ADNc

→ qPCR

Signal fluorescent

Le Ct (Cycle threshold)

Le Ct correspond au numero du cycle ou le signal fluorescent depasse le seuil de detection. Plus le Ct est bas, plus il y a de virus dans l echantillon. Un Ct < 25 indique une charge virale élèvee, un Ct > 35 est souvent considere comme la limite de positivite.

Applications : diagnostic COVID-19, charge virale VIH/VHC, detection virus respiratoires...

C. Sequencage de l ADN

Technique permettant de determiner l ordre des nucleotides (A, T, G, C) d un fragment d ADN. Indispensable pour identifier des mutations ou caracteriser des variants.

Sequencage Sanger (1ere generation)

  • • Methode de reference depuis 1977
  • • Utilise des ddNTP (terminateurs)
  • • Lit 500-1000 pb par reaction
  • • Ideal pour verifier une mutation

NGS (Next-Generation Sequencing)

  • • Sequencage massif en parallele
  • • Millions de sequences simultanees
  • • Genome complet en quelques heures
  • • Identification de variants (COVID)

Applications : identification de variants viraux (Omicron...), diagnostic de maladies genetiques, oncogenetique (mutations BRCA1/2), pharmacogenetique.

IV. Tests rapides et immunochromatographie

Les tests rapides d orientation diagnostique (TROD) permettent d obtenir un resultat en quelques minutes directement au lit du patient ou en pharmacie, sans equipement de laboratoire.

Principe de l immunochromatographie

L echantillon migre par capillarite sur une bandelette contenant des anticorps couples a des particules colorees (or colloidal, latex). La formation de complexes immuns revele des lignes colorees.

Schema d un test immunochromatographique

Zone depotConjugueLigne T (Test)Ligne C (Controle)

Migration par capillarite →→→

POSITIF

Ligne T + Ligne C

NEGATIF

Ligne C seule

INVALIDE

Pas de ligne C

Exemples de tests rapides

TestCibleDelaiPrélèvement
Test antigénique COVIDProteine N du SARS-CoV-215 minNasopharynge
Test de grossessehCG (hormone)3-5 minUrine
StreptatestStreptocoque A5 minGorge
Test VIH (TROD)Ac anti-VIH 1 et 215-30 minSang capillaire
Test grippeAg influenza A/B15 minNasopharynge

Limites des tests rapides

Les tests rapides sont moins sensibles que les techniques de laboratoire. Un resultat negatif n exclut pas totalement une infection, surtout en debut d infection. Un test PCR de confirmation peut etre necessaire.

V. Diagnostic des maladies infectieuses

A. Infections bacteriennes

BacterieTechniques diagnostiquesInteret
Streptocoque ATest rapide (TROD), cultureDistinguer angine virale/bacterienne
E. coli, SalmonellaCoproculture, antibiogrammeGastro-enterites, choix antibiotique
Mycobacterium tuberculosisMicroscopie (Ziehl), PCR, cultureTuberculose pulmonaire
Borrelia burgdorferiELISA + Western BlotMaladie de Lyme
Chlamydia trachomatisPCRIST, prélèvement urinaire/genital

B. Infections virales

VirusTechniques diagnostiquesMarqueurs
VIHELISA combo (Ag p24 + Ac), Western Blot, PCRCharge virale, CD4
Hepatite BELISA (Ag HBs, Ac anti-HBs, Ac anti-HBc)Profil serologique complet
Hepatite CELISA (Ac anti-VHC), PCRCharge virale, genotypage
SARS-CoV-2RT-qPCR, test antigenique, serologieCt, IgG/IgM
GrippeTest rapide, RT-PCRType A/B, sous-type
Herpes (HSV)PCR, serologieHSV-1 / HSV-2

Focus : algorithme de depistage VIH

1. ELISA combo 4e generation (Ag p24 + Ac) - tres sensible

2. Si positif → Western Blot de confirmation (tres specifique)

3. PCR charge virale pour quantifier et suivre le traitement

VI. Marqueurs tumoraux et maladies genetiques

A. Marqueurs tumoraux

Les marqueurs tumoraux sont des substances (proteines, hormones, enzymes) dont la concentration augmente en presence de certains cancers. Ils servent au depistage, au suivi du traitement et a la detection des recidives.

MarqueurCancer associeTechnique de dosage
PSAProstateELISA sandwich
CA 125OvaireELISA sandwich
CA 19-9Pancreas, voies biliairesELISA sandwich
ACEColon, poumon, seinELISA sandwich
AFPFoie, testiculeELISA sandwich
hCGTesticule, choriocarcinomeELISA sandwich, test rapide

Attention aux limites

Les marqueurs tumoraux ne sont pas specifiques a 100%. Une elevation peut etre due a des pathologies benignes. Ils ne permettent pas a eux seuls de poser un diagnostic de cancer mais orientent vers des examens complementaires.

B. Diagnostic des maladies genetiques

Le diagnostic moleculaire permet de detecter des mutations responsables de maladies genetiques ou predisposant a certains cancers.

Maladies monogeniques

  • Mucoviscidose : mutation CFTR (F508del)
  • Drepanocytose : mutation HBB
  • Hemophilie : genes F8/F9
  • Huntington : expansion CAG

Predispositions aux cancers

  • BRCA1/BRCA2 : sein, ovaire
  • Syndrome de Lynch : colon
  • RB1 : retinoblastome
  • TP53 : syndrome de Li-Fraumeni

Techniques utilisees : PCR + sequencage Sanger, NGS (panels de genes), MLPA (deletions/duplications), CGH-array (desequilibres chromosomiques).

VII. Interpretation des resultats - Performances d un test

L interpretation des resultats biologiques necessite de comprendre les notions de sensibilite, specificite, valeur predictive positive (VPP) et valeur predictive negative (VPN).

A. Tableau de contingence

Realite (gold standard)
Malade (M+)Non malade (M-)
TestPositif (T+)VP (Vrais Positifs)FP (Faux Positifs)
Negatif (T-)FN (Faux Negatifs)VN (Vrais Negatifs)

Sensibilite (Se)

Capacite du test a detecter les malades = proportion de vrais positifs parmi les malades.

Se = VP / (VP + FN)

Se élèvee → peu de faux negatifs → bon test de depistage

Specificite (Sp)

Capacite du test a identifier les non-malades = proportion de vrais negatifs parmi les sains.

Sp = VN / (VN + FP)

Sp élèvee → peu de faux positifs → bon test de confirmation

VPP (Valeur Predictive Positive)

Probabilite d etre malade quand le test est positif.

VPP = VP / (VP + FP)

Depend de la prevalence de la maladie !

VPN (Valeur Predictive Negative)

Probabilite de ne pas etre malade quand le test est negatif.

VPN = VN / (VN + FN)

Depend aussi de la prevalence !

B. Faux positifs et faux negatifs

Faux positif (FP)

Le test est positif mais la personne n est pas malade.

  • • Anxiete inutile pour le patient
  • • Examens complementaires couteux
  • • Traitements potentiellement dangereux

Faux negatif (FN)

Le test est negatif mais la personne est malade.

  • • Retard de diagnostic
  • • Absence de traitement
  • • Risque de transmission (infections)

C. Exemple pratique

Test de depistage sur 10 000 personnes

Prevalence de la maladie : 1% (100 malades sur 10 000)
Sensibilite du test : 99% / Specificite : 95%

Malades (100)Non malades (9900)Total
Test +VP = 99FP = 495594
Test -FN = 1VN = 94059406

VPP = 99 / 594 = 16.7% → Seulement 1 test positif sur 6 est un vrai malade !

VPN = 9405 / 9406 = 99.99% → Un test negatif exclut quasi-certainement la maladie

Conclusion importante

Meme avec un excellent test (Se=99%, Sp=95%), quand la maladie est rare (prevalence=1%), un resultat positif a plus de chances d etre un faux positif qu un vrai positif ! C est pourquoi on utilise souvent un test de confirmation tres specifique apres un test de depistage tres sensible.

Chiffres cles a retenir

ELISA

Technique de reference immunoenzymologie

2^n

Amplification PCR

Ct

Seuil en qPCR

VPP/VPN

Dependent de la prevalence

Resume du cours

  • Diagnostic direct = detection de l agent pathogene (PCR, culture, Ag)
  • Diagnostic indirect = detection des anticorps (serologie ELISA)
  • ELISA : Direct (Ag), Indirect (Ac), Sandwich (quantification Ag)
  • PCR : amplification ADN, RT-qPCR pour ARN et quantification
  • Tests rapides : immunochromatographie, resultat en 15 min
  • Sensibilite = VP/(VP+FN) → capacite a detecter les malades
  • Specificite = VN/(VN+FP) → capacite a identifier les non-malades
  • VPP et VPN dependent de la prevalence de la maladie

Questions d entrainement

1. Quelle technique ELISA est utilisee pour le depistage serologique du VIH ?

Reponse : ELISA indirect (detection des anticorps anti-VIH dans le serum)

2. Pourquoi un test tres sensible peut-il avoir une faible VPP ?

Reponse : Quand la prevalence de la maladie est faible, meme avec peu de faux positifs, ils peuvent representer plus que les vrais positifs.

3. Que signifie un Ct élève en RT-qPCR ?

Reponse : Un Ct élève signifie que le signal a ete detecte tardivement, donc qu il y avait peu de materiel genetique dans l echantillon (faible charge virale).

4. Quelle est la difference entre un test de depistage et un test de confirmation ?

Reponse : Le test de depistage doit etre tres sensible (ne pas rater de malades), tandis que le test de confirmation doit etre tres specifique (ne pas etiqueter a tort des personnes saines).

Scientia