Protéines recombinantes d'origine végétale
Les plantes comme atout incroyable pour la production de vaccins, anticorps et d’autres protéines
La science a réalisé d'importants progrès dans la production de protéines recombinantes telles que les antigènes et les vaccins. Généralement produites dans des systèmes tels que les cultures de cellules animales, de cellules d'insectes, de bactéries (comme Escherichia coli) et de levures (comme Saccharomyces cerevisiae), les protéines recombinantes suscitent un intérêt croissant lorsqu'elles sont produites dans des plantes transgéniques, un domaine appelé "molecular pharming" ou "molecular farming".
La production de protéines recombinantes par les plantes passe par la transformation de ces dernières par des bactéries, comme le genre Agrobacterium (exemple Agrobacterium tumefaciens, causant la maladie de la galle du collet).
Ces bactéries ont la capacité d’introduire leur gène (sous forme de plasmide) dans la plante hôte. Cette capacité est exploitée donc par le génie génétique pour introduire dans les plantes des gènes d’intérêt codant des protéines spécifiques. La plante, alors dite transgénique, va naturellement exprimer ces gènes, synthétisant ainsi la protéine équivalente.
Un processus d’extraction et de purification est alors utilisé pour isoler les protéines des plantes. On obtient ainsi une gamme de protéines importantes dans la prévention, le diagnostic et le traitement des maladies, comme les vaccins, les anticorps …
1. Production de protéines par les plantes
Plusieurs plantes sont utilisées dans la production des protéines :
La plante de tabac (Nicotiana sp.) pour sa praticité et sa capacité à fournir des quantités abondantes de matériel pour la caractérisation des protéines. Exemples de protéines produites : anticorps et vaccins contre le cancer et le VIH.
L'Arabette des dames (Arabidopsis thaliana) est utilisée dans la production de plusieurs protéines recombinantes. Elle est facile à transformer par le génie génétique (en utilisant la bactérie Agrobacterium) et permet la production de nombreuses graines. Cependant, elle a un petit feuillage et donc un faible rendement en biomasse, ce qui freine sa production à grande échelle. Exemple de protéine produite : Protéine Helicobacter pylori TonB pour l'immunisation contre les infections à Helicobacter.
Le riz (Oryza sativa) est une céréale très utilisée, malgré son coût élevé, dans la production de protéine comme le lysozyme humain recombinant.
Le maïs (Zea mays) est aussi une céréale très utilisée pour son rendement élevé en grains, son contenu élevé en protéine, son coût faible et sa transformation facile. Un exemple de protéine produite est l'aprotinine, un inhibiteur de protéase. La société ProdiGene Inc. possède deux produits commerciaux qui sont exprimés en maïs.
La pomme de terre (Solanum tuberosum) permet une production élevée de protéines dans les tubercules. Exemples : les interleukines et les interférons humains, vaccins contre les maladies entériques.
La tomate (Lycopersicon esculentum) a un rendement élevé en biomasse (et donc en protéine) et sa culture dans les serres facilite sa production en masse. Exemples : Expression de vaccins tels que la protéine F du virus respiratoire syncytial.
Les algues (Chlamydomonas reinhardtii) ont une croissance rapide et sont cultivées sur des milieux peu coûteux et réutilisables, ce qui les rend rentables. Exemple : Production des anticorps monoclonaux.
La laitue (Lactuca sativa) produit peu de métabolites secondaires, ce qui facilite la purification des protéines. Cependant, en plus de son coût élevé, la stabilité et le rendement des protéines sont faibles à cause de son contenu élevé en eau. Exemple : Production d'anticorps contre le cancer colorectal, la rage et la maladie du charbon.
L'utilisation de plantes comestibles a donné naissance au concept de vaccins comestibles.
Cette approche permet une protection des vaccins contre l'acidité gastrique
et facilite l'activation de la réponse immunitaire muqueuse.
Les plantes offrent plusieurs avantages dans la production de protéines par rapport aux autres systèmes :
Rentabilité ;
Coût faible ;
Culture facile et rapide ;
Protocoles de croissance optimisés ;
Possibilité de production de protéines complexes ;
Absence de contamination par les agents pathogènes transmis par les mammifères.
2. Avantages et inconvénients
Cependant, les plantes présentent quelques inconvénients qui freinent la production à grandes échelles :
Problème d’approbation réglementaire ;
Qualité des produits incohérente ;
Capacité de glycosylation limitée ;
Purification en aval difficile ;
Rendement faible en protéines recombinantes.
Le développement de vaccins contre des maladies telles que le cancer, le VIH (virus de l'immunodéficience humaine responsable du SIDA) et d'autres affections est particulièrement exploré, avec certains vaccins déjà en phase d'essais cliniques. Un exemple probant est le médicament antiviral Ebola ZMappTM, une protéine recombinante produite efficacement par des plantes.
3. Vaccins contre le COVID-19 produits par les plantes
La recherche de vaccins recombinants de qualité contre le COVID-19 s'est accélérée en réponse à la pandémie mondiale. L'utilisation de plantes transgéniques dans la production de vaccins est explorée, et plusieurs vaccins sont actuellement en phase d'essai clinique. Ce domaine émergeant promet des avancées significatives dans la lutte contre la propagation rapide de la maladie.
Selon Ortega-Berlanga et Pniewski (2022), plusieurs antigènes du virus de COVID (SARS-CoV-2) ont été produits dans les plantes (surtout le tabac), comme les Spikes (ou protéines S ou protéines de pointe) et les protéines de la capside. Ces antigènes étaient immunogènes (ont causé une réaction immunitaire) après injection à des animaux. Ainsi, plusieurs sociétés sont entrain de produire des vaccins, comme la société Kentucky BioProcessing Inc. (KBP), la société iBio (Texas) et Baiya Phytopharm (Thaïlande).
Sources :
Article de synthèse : Gaobotse, G., Venkataraman, S., Mmereke, K. M., Moustafa, K., Hefferon, K. & Makhzoum, A. (2022). Recent progress on vaccines produced in transgenic plants. Vaccines, 10(11), 1861.
Article de synthèse : Ortega-Berlanga, B. & Pniewski, T. (2022). Plant-Based Vaccines in Combat against Coronavirus Diseases. Vaccines, 10, 138.
Sources supplémentaires :
Article de synthèse : Kurup, V. M. & Thomas, J. (2020). Edible vaccines: Promises and challenges. Molecular biotechnology, 62, 79-90.
Perspective : Shohag, M. J. I., Khan, F. Z., Tang, L., Wei, Y., He, Z. & Yang, X. (2021). COVID-19 Crisis: How Can Plant Biotechnology Help? Plants, 10, 352.
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