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La biologie synthétique pourrait accélérer la production de vaccins contre la grippe
La biologie synthétique insuffle une nouvelle vie au monde démodé de la production de vaccins, laissant espérer que les fabricants pourraient libérer des vaccins beaucoup plus rapidement lorsque des épidémies se produisent.
À réunion sur la biologie synthétique tenue au MIT, la société pharmaceutique Novartis a déclaré avoir synthétisé des génomes hybrides de la grippe dans un processus qui pourrait réduire de plusieurs semaines le temps nécessaire à la production de vaccins. Lorsqu'une nouvelle souche de grippe apparaît, les agences gouvernementales envoient normalement des échantillons aux fabricants de vaccins, qui cultivent un grand nombre de l'agent pathogène dans les œufs de poule comme matière première pour les vaccins, dit Philippe Dormitzer , leader de la recherche sur les vaccins viraux pour Novartis. Ce processus peut prendre des mois et peut manquer le pic d'une épidémie. Mais Novartis, en collaboration avec des biologistes synthétiques, a développé un moyen de synthétiser chimiquement les génomes des virus et de les faire croître dans des cellules de culture tissulaire. Cela permet de gagner du temps et peut produire des vaccins plus efficaces.
L'idée est de construire un virus synthétique basé sur des données de séquence qui peuvent être distribuées beaucoup plus rapidement que le matériel viral réel récolté sur le site d'une épidémie. Le génome viral synthétique combine un squelette génomique commun à de nombreux virus de la grippe avec des gènes spécifiques aux souches observées lors d'une nouvelle épidémie. En 2011, l'équipe a testé sa méthode en réponse à une simulation d'épidémie d'un virus de la grippe aviaire (un virus étroitement lié au virus H7N9 qui se propage actuellement en Chine). À partir de 8 heures du matin le lundi de cette année-là, l'équipe a commencé à synthétiser chimiquement un génome viral sur la base des données de séquence, explique Dormitzer. Le vendredi suivant à midi, l'équipe avait confirmé qu'elle avait un virus vivant en culture cellulaire.
Jusqu'à récemment, la plupart des efforts de biologie synthétique se sont concentrés sur l'ingénierie des bactéries pour produire des composés souhaitables tels que des médicaments (voir Les microbes peuvent produire en masse un médicament contre le paludisme) ou du carburant (voir Les bactéries fabriquent du diesel à partir de la biomasse) ; ils n'ont impliqué ni des humains ni d'autres mammifères. Mais cela est en train de changer. La biologie synthétique des mammifères, qui consiste à modifier les circuits génétiques des mammifères, en est encore à ses balbutiements, selon Jim Collins , biologiste synthétique à l'Université de Boston. Il n'y a qu'une poignée de groupes dans l'espace, et c'est très difficile de faire cette ingénierie, dit-il.
Dans d'autres travaux décrits à la réunion de Cambridge, Pam Argent , biologiste synthétique à la Harvard Medical School, a présenté des méthodes d'informatique cellulaire, dans lesquelles des portes logiques peuvent être construites à partir de protéines modifiées. Une application de ces outils est un circuit génétique qui permet aux cellules de se souvenir si elles ont été exposées à des radiations, même après la disparition des radiations. Jusqu'à présent, elle et son équipe ont construit un tel circuit dans des cellules de levure, mais elle dit que la technologie pourrait être transférée aux cellules humaines. Cela pourrait être une situation utile en thérapie et à long terme pour les voyages dans l'espace, et aussi pour simplement rendre compte des expériences des cellules du corps, explique Silver.
Certains efforts pour appliquer la biologie synthétique à la santé se concentrent sur la programmation des cellules souches pour qu'elles se comportent comme des cellules naturelles qui ont été perdues à cause d'une maladie. Douglas Melton , biologiste moléculaire et cellulaire à l'Université Harvard, programme des cellules souches pour remplacer les cellules de détection du glucose et de production d'insuline perdues dans le diabète de type 1. Cette condition résulte généralement d'une réaction auto-immune contre les cellules bêta du pancréas, qui laisse le corps sans insuline.
Melton et son laboratoire travaillent à une technologie dans laquelle les cellules bêta et autres cellules impliquées dans la régulation de la glycémie pourraient être remplacées par des collections encapsulées de cellules matures dérivées de cellules souches. Le défi sera de produire les types cellulaires différenciés finaux en utilisant des hormones ou d'autres signaux chimiques pour guider le processus de développement. Ce que l'on veut comprendre, c'est comment indiquer à la cellule quels gènes elle doit activer et désactiver, explique Melton.
Mais reproduire les processus naturels du développement cellulaire n'est pas facile. Melton dit que son groupe est capable de fabriquer des cellules bêta qui produisent de l'insuline, mais le processus est imparfait. Environ la moitié des cellules font ce que vous voulez faire, dit-il. Nous ne savons pas comment dire que les cellules ne sont que des cellules bêta. Et les cellules bêta cultivées n'ont pas la réponse finement ajustée au glucose que les cellules du corps ont : les cellules bêta doivent détecter les niveaux de glucose, puis injecter la bonne quantité d'insuline, dit-il. Nos cellules réagiront au glucose, mais pas avec des mécanismes de détection précis. Ils déchargent généralement l'insuline sur le premier [signe] de glucose.
D'autres chercheurs espèrent concevoir des circuits entièrement nouveaux dans les cellules pour aider les patients diabétiques. Martin Fussenegger , bio-ingénieur à l'Ecole polytechnique fédérale de Suisse, a décrit un système moléculaire dans lequel les cellules sont modifiées avec des gènes capables de détecter des niveaux de pH bas dans le sang, signe d'un état diabétique. En réponse, dit-il, les cellules modifiées produiront de l'insuline pour mieux réguler la glycémie et calmer l'état diabétique.
Ce type d'ingénierie dépend généralement des virus pour modifier les gènes afin que les cellules effectuent des tâches utiles. Mais cette méthode est risquée : l'ADN introduit pourrait s'intégrer dans le génome à un endroit malheureux qui pourrait conduire au cancer. Harvey Lodish , biologiste cellulaire au MIT, travaille sur une technologie qui pourrait éviter ce problème : les globules rouges fabriqués en laboratoire. Une fois ces cellules modifiées, elles expulseront le virus au cours de leur processus de développement naturel.
La beauté des globules rouges est qu'ils sont à peu près la seule cellule du corps sans noyau, dit Lodish. Au moment où ils entrent en circulation, ils ont perdu leur ADN et sont stables pendant 120 jours sans risque de tumeurs.
Dans la méthode de Lodish, un rétrovirus porte un nouveau gène dans le génome des cellules progénitrices qui finiront par produire des globules rouges. La cellule utilise ce nouveau gène pour produire une version modifiée des protéines qui se trouvent à la surface du globule rouge mature même après que la cellule a perdu son ADN. La protéine de surface modifiée a été conçue pour que d'autres composés puissent s'y attacher facilement : des anticorps qui pourraient éliminer les substances toxiques dans le sang, ou des médicaments à petites molécules pour attaquer les cancers ou d'autres cellules malades. Lodish pense que la technologie est une approche plus sûre pour utiliser la biologie synthétique dans le corps humain.