Étude : Une algue unicellulaire produit pour la première fois la protéine Spike complète du coronavirus

L'équipe autour d'Anna Kiefer et Justus Niemeyer mise sur la plante verte Chlamydomonas reinhardtii pour produire la protéine Spike. (Photo : Koziel/TUK)

Pour produire des principes actifs médicaux, on fait souvent appel à des micro-organismes tels que les bactéries. Cependant, en ce qui concerne les molécules complexes, ils atteignent leurs limites, car ils ne sont pas capables de les synthétiser. Une alternative consiste en l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Des chercheurs de l'Université technique de Kaiserslautern (TUK) ont pu, pour la première fois, produire la protéine Spike complète du coronavirus, qui se fixe aux cellules humaines. Jusqu'à présent, cela n'avait pas été possible. Le travail démontre le rôle que cette algue pourrait jouer à l'avenir dans la production de principes actifs. L'étude a été publiée dans la revue spécialisée renommée Frontiers in Plant Science.  

Les micro-organismes tels que les bactéries et les levures sont utilisés comme micro-factories, car ils permettent de produire relativement facilement certaines protéines à l'échelle industrielle. Cela intéresse également la recherche pharmaceutique, par exemple pour développer des protéines thérapeutiques. D'autres méthodes sont souvent coûteuses et complexes.

Pour les molécules complexes, les bactéries atteignent cependant leurs limites. « Elles ne sont pas capables de glycosylation des protéines », explique Justus Niemeyer, doctorant dans le groupe de travail en biotechnologie moléculaire et en biologie des systèmes dirigé par le professeur Dr. Michael Schroda à l'Université technique de Kaiserslautern. Cela signifie que des chaînes de sucres sont ajoutées à ces molécules. « Chaque organisme a un motif caractéristique propre », poursuit-il. « Cette signature est nécessaire pour que les protéines soient fonctionnelles. »

C'est pourquoi l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii devient de plus en plus un sujet de recherche. « Avec elle, il est possible de synthétiser des molécules complexes », indique la doctorante Anna Kiefer, première auteure de l'étude actuelle. Comme l'humain, cette algue appartient aux eucaryotes. Ceux-ci, contrairement aux procaryotes, dont font partie les bactéries, possèdent un noyau cellulaire.

L'équipe autour des deux chercheurs a utilisé cette algue pour produire la protéine Spike du coronavirus. Celle-ci permet au virus de se fixer à la cellule humaine. Pour la recherche, cela est intéressant car cela constitue un point d'entrée potentiel pour la production de médicaments.

« L'algue ajoute également une signature de sucre à la protéine. Dans nos essais, nous avons constaté qu'elle est active et remplit sa fonction. Elle se fixe aux cellules humaines en culture, en se liant à la protéine ACE2 sur la cellule », explique la biologiste de Kaiserslautern.

Les chercheurs ont réussi, pour la première fois, à produire cette protéine à l'aide de l'algue. « Un autre groupe de travail a fabriqué des parties de la protéine Spike, mais personne n'a encore synthétisé la molécule entière avec cette algue », indique Niemeyer. Pour adapter l'information génétique à la production de la protéine Spike dans l'algue, les scientifiques ont utilisé un système modulaire. Grâce à celui-ci, ils ont rapidement et efficacement créé des modèles d'ADN pour la protéine à partir d'éléments génétiques standardisés.

Le travail montre que les algues pourraient, dans un avenir proche, être utilisées pour la production de principes actifs. « Elles peuvent être cultivées à moindre coût, rapidement, de manière durable et sont faciles à entretenir », résume Kiefer.

L'équipe souhaite poursuivre ses recherches. Elle veut notamment travailler à la purification de la protéine Spike à partir des autres protéines produites par l'algue. Elle souhaite également étudier en profondeur les motifs de glycosylation utilisés par l'algue. « À ce jour, peu de choses sont connues à ce sujet », indique Kiefer. « Y a-t-il par exemple des similitudes avec les motifs chez l'humain ? Quelles en sont les différences ? C'est ce que nous voulons examiner de plus près. »

L'étude est publiée dans la revue spécialisée renommée Frontiers in Plant Science. « Production et sécrétion de la protéine Spike fonctionnelle du SARS-CoV-2 dans Chlamydomonas reinhardtii »
DOI 10.3389/fpls.2022.988870