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Reportages

Moléculture: L'or vert des pharmas

Par Marine Corniou - 14/05/2015


Les plantes peuvent synthétiser des vaccins et des médicaments à moindre coût et avec une rapidité jamais vue. C’est la «moléculture». Une révolution en pharmacologie? (Lire le reportage en pdf intégral ici.)

Vingt-cinq mille personnes touchées et plus de 10 000 morts en moins de 1 an: l’épidémie de fièvre Ebola a pris le monde par surprise. Même l’Organisation mondiale de la santé (OMS) a été forcée de reconnaître le manque de réactivité de ses troupes face à ce redoutable virus.

Si la menace est encore loin d’être écartée, elle aura eu au moins le mérite de donner un coup d’accélérateur à la recherche, en permettant de tester sur le terrain plusieurs vaccins et traitements expérimentaux, dont le Zmapp, un sérum composé d’anticorps censés neutraliser le virus et accélérer la guérison.

Développé conjointement par le Laboratoire national de microbiologie de Winnipeg, au Manitoba, et la société californienne Mapp Biopharmaceutical, le Zmapp a démontré son efficacité sur des singes infectés et a été admi­nistré en urgence à plusieurs malades en 2014. En février dernier, un essai clinique a officiellement débuté au Libéria, sous l’égide de l’Institut national états-unien de l’allergie et des maladies infectieuses (NIAID). Et voilà que le département de la santé des États-Unis fait aujourd’hui appel à une entreprise québécoise, Medicago, pour l’aider à produire davantage de ce Zmapp prometteur.

Établie à Québec, dans le Parc technologique, Medicago n’a pourtant rien d’un géant de la pharmaceutique. Le bâtiment ne paie pas de mine, mais c’est l’intérieur qui surprend le plus: lorsqu’on pousse la porte d’entrée, une douce odeur de terreau monte aux narines. Ici, pipettes et boîtes de Pétri ont laissé la place aux bottes de caoutchouc et aux rangées de végétaux! Car les vaccins et les médicaments sont fabriqués par des plantes, dans une serre chaude et humide attenante aux bureaux.

Plus précisément, c’est Nicotiana benthamiana, une cousine australienne du tabac, qui travaille sans relâche. C’est elle qui fournit en quelque sorte la «machinerie» cellulaire et la matière première que les biologistes détournent à leurs fins, la contraignant à fabriquer des molécules thérapeutiques.



Hauts d’une trentaine de centimètres, les plants aux larges feuilles (ci-dessus, source Wikicommons Chandres) arrivent en effet à fournir, et en seulement une dizaine de jours, une quantité importante de protéines d’intérêt médical, que les procédés classiques ne permettraient d’obtenir qu’en plusieurs semaines, si ce n’est plusieurs mois. Les doses de Zmapp produites par Medicago seront bientôt utilisées dans le cadre d’une étude d’efficacité sur des primates, mais elles pourraient un jour sauver des vies.

Une production accélérée

Marc-André D’Aoust, le vice-président de la recherche et de l’innovation de Medicago, y croit. «Le sérum Zmapp est très prometteur, explique-t-il en déam­bulant entre les plants éclairés par une kyrielle de lampes jaunes. Mais la capacité de production en Californie est limitée. Si le gouvernement des États-Unis est intéressé par notre procédé, c’est qu’il permet justement de réagir très rapidement en cas de crise.»

Il faut dire que Medicago n’en est pas à son coup d’essai. La start-up québécoise, achetée en 2013 par la firme japonaise Mitsubishi Tanabe Pharma (pour plus de 400 millions de dollars), possède aussi, en plus de ses installations de Québec, une immense serre automatisée en Caroline du Nord. C’est là-bas que, en 2012, déjà à la demande du gouvernement états-unien, l’entreprise a réussi à produire 10 millions de doses d’un vaccin contre la grippe H1N1 en moins de 1 mois!

Quand on sait que, lors de la pandémie de 2009, il a fallu presque six mois pour élaborer le premier vaccin, on comprend l’intérêt grandissant des autorités de santé pour l’agriculture moléculaire – ou «moléculture» –, même si elle n’en est encore qu’au stade de développement.

«Cela fait 20 ans que les scientifiques travaillent à mettre la moléculture au point. Leurs efforts vont enfin déboucher sur des applications concrètes. Il faut s’attendre à une véritable explosion», observe Dominique Michaud, chercheur au département de phytologie de l’Université Laval.

Une «explosion» qui pourrait bien révolutionner notre façon de faire face aux situations d’urgence, comme le bioterrorisme et les épidémies de fièvre Ebola ou de grippe.

Cela dit, il n’y a pas que la rapidité de production qui fait des plantes des outils incom­parables pour produire des médi­ca­ments en urgence. Leur utilisation permettrait aussi de diviser par 10 les coûts de production d’un vaccin antigrippal, par exemple. Et même de diviser par 100, environ, l’investissement nécessaire au développement d’anticorps comme ceux du Zmapp.

«Aucune entreprise pharmaceutique classique n’aurait financé le développement d’un tel produit, destiné à une maladie circonscrite aux pays en développement», estime Julian Ma, directeur de l’Institute for Infection and Immunity du St. George’s Hospital Medical School, à Londres, et spécialiste international de la moléculture.

Sans cette biotechnologie, le Zmapp n’aurait probablement pas vu le jour. En effet, les anticorps, comme d’autres protéines utiles en médecine, sont des molécules complexes qui ne peuvent être fabriquées que par des cellules vivantes. On utilise habituellement des levures, des bactéries et, de plus en plus souvent, des cellules animales (d’insecte ou de mammifère), aptes à produire des assemblages plus élaborés. Or, ces cultures cellulaires coûtent cher, et doivent être maintenues dans des bioréacteurs stériles. En comparaison, les plantes ont l’avantage majeur de se contenter d’amour et d’eau fraîche, ou presque.

Une usine végétale

L’idée de produire des composés pharmaceutiques à l’aide de végétaux taraude d’ailleurs  les chercheurs depuis longtemps. «En fait, la première publication scientifique fai­sant état d’un médicament produit par une plante date de la fin des années 1980. Mais le premier produit commercial [NDLR: l’enzyme taliglucérase alfa, permettant de soigner une maladie génétique rare appelée maladie de Gaucher] a été approuvé en 2012», précise Julian Ma.

Mise au point par Protalix Biotherapeutics, une entreprise israélienne, la taliglucérase alfa est fabriquée par des cellules de carotte génétiquement modifiées, cultivées en suspension. Le coût par patient: 150 000 $ par an, ce qui est encore loin d’être bon marché.

«Les scientifiques ont d’abord pensé produire des médicaments avec des plantes génétiquement modifiées, notamment avec du maïs, en laboratoire et aussi en plein champ. Mais les géants de la pharmacie ne souhaitaient pas exposer leurs produits aux intempéries ni aux maladies. De plus, en Europe, la confrontation avec les activistes anti-OGM a refroidi l’enthousiasme», analyse Loïc Faye, ancien chercheur au Centre national de recherche scientifique français, spécialiste de la moléculture. D’autant que fabriquer de toutes pièces un OGM végétal capable de produire une molécule précise demande des mois, voire des années de travail. «C’est pourquoi, aujourd’hui, la plupart des compagnies utilisent la même plante, Nicotiana benthamiana, et la même technologie de production, beaucoup plus rapide et offrant un rendement multiplié par 30 ou 40», précise-t-il.

Cette technique, choisie par Medicago, c’est l’«expression transitoire». C’est celle qui consiste à introduire, dans une plante normale, le gène correspondant à la protéine que l’on souhaite obtenir, et à forcer la plante à en fabriquer de grandes quantités. Contrairement aux OGM, ce gène ne s’intégrera pas de façon permanente au génome et ne pourra donc pas être transmis aux graines ni au pollen.

Pour l’introduire de façon transitoire, on utilise une bactérie du sol, Agrobacterium tumefaciens, qui peut, de façon naturelle, transférer de l’ADN dans les cellules végétales. «Notre but est de mettre ensuite toutes les cellules de la plante en contact avec Agrobacterium pour maximiser la production de protéines», précise Marc-André D’Aoust. Pour ce faire, les plantes sont plongées à l’envers dans un bain où flottent d’innombrables bactéries porteuses du gène qui intéresse les biologistes. «On fait d’abord le vide pour que les feuilles se rétractent. Puis on rétablit la pression. Alors les feuilles se gonflent comme des éponges, et elles absorbent le liquide et les bactéries», ajoute-t-il.

L’opération dure à peine quelques minutes. Les plantes en ressortent trempées et un peu ratatinées. Puis, pendant une dizaine de jours, presque chaque cellule, dans chacune des feuilles, va se mettre à produire la précieuse protéine en grande quantité, en bonne ouvrière disciplinée. Dans une salle jouxtant la serre, des employés en sarrau blanc broieront ensuite les feuilles, «comme on hache des épinards». Puis le produit sera finalement extrait, filtré et purifié, non loin de là, dans une autre usine de Medicago. Le tour est joué!

Déjouer les défenses de la plante

Cela dit, il aura fallu ruser pour arriver à ces résultats: les plantes ne se plient pas de bonne grâce à la production de protéines qui leur sont parfaitement inutiles. «Une cellule de plante qui exprime un gène étranger va le reconnaître comme tel et réagir en tentant d’interrompre cette production parasite», explique Dominique Michaud, de l’Université Laval. Quand elle détecte la présence de matériel génétique étranger, la plante est capable de le séquestrer et de le neutraliser.

La parade qu’utilise Medicago pour déjouer cette réaction consiste à introduire dans la plante, en plus du gène qui produira la protéine médicale, un autre gène appelé P19. Ce gène de virus empêche naturellement les végétaux d’activer leurs moyens de défense. La plante n’y voit donc que du feu, et fabrique à la pelle les protéines étrangères, lesquelles peuvent représenter de 10% à 15% de la masse totale des protéines de la feuille (même jusqu’à 50% dans certains cas!).

Pour autant, il est encore possible d’améliorer le rendement, croit Dominique Michaud. «D’une part, toutes les feuilles n’ont pas le même taux de production. Et surtout, d’autre part, les protéines une fois produites se font souvent tronquer ou détruire», dit-il. Travaillant de près avec Medicago, il s’intéresse à la moléculture depuis ses tout premiers pas. Son terrain de jeu? Les protéines, leur circulation dans la cellule, les étapes de leur transformation. «Je cherche à comprendre l’impact des processus naturels de dégradation sur le rendement en protéines, et à trouver des façons de garder les produits finaux intacts», explique-t-il. Justement, l’une des pistes consiste à bloquer les protéases, les enzymes qui détruisent les protéines étrangères. «On peut aussi stabiliser la protéine qui nous intéresse en lui greffant un “partenaire” qui la rend plus solide, ou qui facilite son stockage dans certaines parties de la feuille et sa purification.»

Autre voie d’amélioration: la glycosylation, l’étape finale de la production de protéines. «La cellule ajoute des sucres, les glycanes, sur les protéines, pour les stabiliser ou les rendre actives. Chez les plantes, la glycosylation est presque identique à la nôtre, mais il y a des différences. Certains glycanes de plante, comme le fucose, peuvent causer des allergies ou altérer le fonctionnement de la protéine», précise le biologiste, qui tente de contrôler ces mécanismes.

Une nouvelle ère

Il n’empêche, chez Medicago comme ailleurs, le rendement obtenu par les plantes est désormais suffisant pour assurer la rentabilité. La moléculture – le pharming, comme on dit de plus en plus – est bel et bien arrivée à un tournant. «Nous pouvons produire dans des plantes des substances qui ne peuvent pas être produites autrement – soit pour des raisons techniques, soit pour des raisons de coût –, se réjouit Julian Ma, dont l’équipe s’apprête à lancer un essai clinique pour évaluer l’efficacité d’anticorps anti-VIH produits par des plants de tabac génétiquement modifiés. En bref, la moléculture n’est ni une solution de rechange ni une menace pour les procédés pharmaceutiques classiques, mais bien un complément qui nous autorise à imaginer des produits totalement inédits.»

Surtout que, outre sa rapidité (il ne s’écoule que 12 jours entre l’introduction du gène et la récolte de la protéine), le processus est plus sécuritaire que les cellules animales habituellement utilisées pour produire les protéines thérapeutiques. «Il n’y a pas de risque de contamination par des virus d’humains ou de mammi­fères, donc pas besoin de milieu stérile», souligne M. D’Aoust.

Chez Medicago, deux vaccins antigrippaux à base de protéines – l’un contre les grippes pandémiques de type H5 et l’autre contre la grippe annuelle (ciblant quatre souches virales) –, sont actuellement en cours d’essai clinique de phase II. «Au total, 2 000 patients ont déjà reçu nos vaccins, indique le biologiste. Le profil d’innocuité est excellent et la protection semble même meilleure que celle des vaccins actuels.»
Ça tombe bien. Car en matière de vaccination antigrippale, la performance n’est pas toujours au rendez-vous. Cette année, par exemple, l’efficacité du vaccin saisonnier contre l’influenza était proche de zéro au Québec, et très faible (23% seulement), aux États-Unis. «L’OMS tente chaque année de prédire quelles seront les principales souches de virus qui circuleront l’hiver suivant, pour laisser le temps aux compagnies pharmaceutiques de produire le vaccin correspondant. Cet hiver, les souches circulantes n’étaient pas celles qu’on attendait, d’où l’inefficacité du vaccin», précise Marc-André D’Aoust.

S’il faut tant de temps pour produire les vaccins antigrippaux, c’est qu’il est d’abord nécessaire d’isoler la souche virale, puis de la modifier pour améliorer sa multiplication (on l’hybride avec d’autres souches). Elle est alors injectée dans des milliers d’œufs de poule fécondés mis à incuber. Au bout de quelques jours, le blanc d’œuf contient des millions de virus vaccinaux qu’il faut extraire et inactiver.

Au total, après l’identification d’une nouvelle souche de virus grippal, il faut donc de cinq à six mois pour obtenir un vaccin. En comparaison, Medicago, dans ses installations de Caroline du Nord, y est parvenu en 19 jours.

«On ne manipule pas le virus. Il nous suffit de connaître et de copier l’un de ses gènes – en l’occurrence celui de l’hémagglutinine, une protéine présente à la surface du virus. En cas de pandémie, la mise au point d’un nouveau vaccin peut donc être très rapide», résume le directeur. Voilà qui pourrait rassurer les autorités de santé. Car selon le docteur Keiji Fukuda, sous-directeur général en charge de la Sécurité sanitaire à l’OMS, Ebola n’est qu’un avant-goût des drames médicaux que l’humanité pourrait devoir affronter. «Aussi terrible que soit la maladie à virus Ebola, il existe de pires scénarios, en particulier celui d’une pandémie grippale entraînant de graves symptômes respiratoires», a-t-il souligné il y a quelques mois, lors du congrès de l’American Association for the Advancement of Science (AAAS).

Ajoutons que la souplesse de l’expression transitoire est aussi une force pour la recherche. Medicago a d’ailleurs mis au point un robot capable de tester chaque semaine 200 approches différentes. «On veut développer d’autres vaccins que celui contre l’influenza. Mais, pour chaque virus, les contraintes sont très différentes, précise M. D’Aoust. On travaille, entre autres, à trouver de nouveaux vaccins contre le rotavirus et le virus de la rage.»

Sans oublier la production d’anticorps contre Ebola destinée au gouvernement états-unien. S’ils s’avèrent réellement efficaces, ils pourraient même, à terme, être fabriqués directement dans les pays affectés par l’épidémie. C’est ce que soutient Julian Ma, persuadé que les faibles coûts de la moléculture ouvriront l’accès à la production pharmaceutique dans les pays pauvres.

La moléculture peut en effet se pratiquer partout, l’agriculture n’étant un secret pour personne. «On peut même faire de la production dans un sous-sol d’immeuble, grâce à la culture hydroponique», soutient Loïc Faye qui a, quant à lui, créé en 2010 la société Angany Genetics en France. Il s’apprête à commercialiser des protéines pour le diagnostic et le traitement des allergies. «Aujourd’hui, la moléculture se pratique dans un milieu entièrement contrôlé. Chez Angany, les plantes sont disposées sur plusieurs étages, ce qui permet une très grande capacité de production sur une petite surface», explique-t-il, privilégiant lui aussi la technique d’expression transitoire dans Nicotiana benthamiana.

«Cette technologie est mature, il n’y a plus de gros problèmes techniques, sauf que les grandes compagnies pharmaceutiques restent routinières», déplore-t-il.
Les autorités de santé, elles aussi, demeurent frileuses. «Avec une nouvelle technologie, il faut faire la preuve de tout, indique Marc-André D’Aoust. De notre côté, il est difficile de mesurer de façon objective la capacité de nos vaccins à générer une réponse immunitaire, même si les résultats cliniques sont excellents. Les protocoles utilisés pour étudier les vaccins classiques doivent d’abord être améliorés et adaptés à nos produits.»

Le vent pourrait toutefois tourner, et le Zmapp aura eu le mérite de révéler au monde les atouts de la moléculture. Les plantes, après avoir été, pendant des millénaires, des outils de base de la médecine traditionnelle, sont peut-être bien en passe de devenir des outils de pointe de la médecine moderne.

 
OGM ou expression transitoire?

Bien que l’expression transitoire dans Nicotiana benthamiana soit aujourd’hui la technique privilégiée de moléculture, les plantes transgéniques n’ont pas dit leur dernier mot.
«L’expression transitoire offre une production rapide et flexible, appropriée en cas d’urgence ou pour les vaccins antigrippaux, explique Julian Ma, directeur de l’Institute for Infection and Immunity du St. George’s Hospital Medical School, à Londres. Les techniques plus stables, c’est-à-dire la production de plantes génétiquement modifiées, dans lesquelles le gène d’intérêt est intégré définitivement, permettent de produire à plus grande échelle, avec des équipements plus simples. Cela les rend plus adaptées pour la production de gros volumes (vaccins contre la rage, VIH, etc.) et pour le transfert de technologie dans les pays en développement.»
 
Animaux et aliments

Les plantes peuvent fabriquer des protéines thérapeutiques, mais les animaux transgéniques aussi! Vaches, chèvres, brebis, souris, cochons, lapins ont tous prêté leurs corps à des fins pharmaceutiques.

En 2006, l’Union européenne a d’ailleurs autorisé la commercialisation d’anti­thrombine humaine (un inhibiteur de la coagulation sanguine) obtenue dans
du lait de chèvre transgénique.

Du côté des végétaux, de nombreux essais sont aussi menés pour mettre au point des fruits ou des graines «alicaments». Entre autres, une banane ou du riz OGM enrichis en vitamine A, une pomme de terre faisant office de vaccin oral contre l’hépatite B, ou encore des tomates censées protéger contre la maladie d’Alzheimer.


Article paru dans le numéro de juin-juillet 2015
Illustration: François Escalemel


 

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