Minute Cellule

2) Exemple de l'application de l'artémisinine :

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Nous allons étudier le cas particulier de la molécule d'artémisinine. C'est un médicament contre le paludisme, qui à l'heure actuelle, est l'exemple d'application de la biologie de synthèse le plus représentatif. C'est également une application en lien avec la cellule minimale même si celle-ci n'est pas encore réalisable en laboratoire. En effet les scientifiques ont utilisé ce qui se rapproche le plus d'une cellule minimale fonctionnelle à savoir un microorganisme, la levure de boulanger. 

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Le paludisme en deux mots :

 

    La malaria, ou paludisme, a touché selon les estimations de 2015 de l'OMS (Organisation Mondiale de la Santé), 212 millions de personnes. Elle fut responsable de 429 000 décès, dans les 91 pays touchés par cette maladie.

 

    La malaria est transmise par des moustiques anophèles ( moustiques femelles infectées par des parasites ou plasmodiums responsables la maladie.) Il existe cinq espèces de plasmodiums, les deux plus dangereux étant le Plasmodium falciparium et le Plasmodium vivax.

Les symptômes de cette maladie infectieuse apparaissent après la piqûre de moustique, entre 9 et 14 jours. Il s'agit de fièvre, de tremblements et d'autres symptômes s'apparentant à un état grippal.  Selon l'espèce de plasmodium, il peut y avoir une destruction des globules rouges ou, une obstruction de capillaires, alimentant en sang les organes vitaux et le cerveau.

 

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La recherche d'un médicament contre le paludisme :

 

    Il existe aujourd'hui un grand nombre de molécules actives contre la malaria mais, au fil du temps, les scientifiques se sont aperçus que les molécules étaient de moins en moins actives. En effet, les parasites sont devenus résistants à ses molécules, suite à des mutations génétiques. C'est le problème que posaient les monothérapies (  ). C'est la raison pour laquelle, en 2002, l'OMS  a demandé aux chercheurs de trouver une molécule active contre la maladie, et à laquelle les parasites n'étaient pas encore résistants. Une autre condition a été ajoutée, celle de coupler obligatoirement la molécule avec deux autres, aussi actives contre les parasites pour former une trithérapie, toute monothérapie étant désormais proscrite. Ainsi, une molécule tue en grande partie les parasites présent dans l'organisme. Ensuite, s'il en reste certains, devenus résistants, la seconde molécule prend le relais. Enfin, si ce n'est pas suffisant la troisième finie de les achever.

 

    L'artémisinine est donc une molécule antipaludéenne initialement produite par l'armoise annuelle ou Artemisiana annua. Ses vertus sont connues depuis des millénaires en Asie, où la plante était utilisée en décoctions, quand les habitants souffraient de fièvre. La production de cette plante s'est par la suite étendue à l'Afrique, où de nombreux pays sont victimes de la malaria. Les prix de vente du produit fluctuants, tout comme la production, ne permirent pas d'obtenir la quantité annuelle nécessaire, pour l'exploitation de la molécule. 

 

Début du travail de recherche sur l'artémisinine :

 

    Dans les années 2000, Jay Keasling et son équipe, de l'Université de Californie à Berkeley aux Etats-Unis, ont donc débuté un travail de recherche sur la synthèse par voie chimique de l'artémisinine. Cette approche n'a pas été concluante. En effet, aux vues du nombre d'étapes de synthèse trop importantes (une douzaine), ils obtinrent un coût de production trop élevé pour un rendement trop bas. 

Ils ne se sont pas arrêtés à cet échec et se sont tournés vers une biomanufacture autre que la plante, ici une levure de boulanger (  ) : Saccharomyces cerevisiae. Il aura fallu environ 10 ans et 40 à 50 milliards de dollars pour aboutir en 2013 à un début de production sans bénéfices par Sanofi (un des plus grands groupes pharmaceutiques). La production initiale était de 60 tonnes d'artémisinine par an, elle est ensuite montée à 100 tonnes d'artémisinine. 

 

Étapes de la création du bio-organisme destiné a produire de l'artémisinine :

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1. Trouver le schéma métabolique de l'armoise annuelle, soit, comprendre comment elle synthétise de l'artémisinine.

2. Récupérer, à l'intérieur de la plante, les enzymes et les gènes qui codent pour ces enzymes nécessaires à la production d'artémisinine.

3. Transplanter les gènes dans la levure de boulanger (Saccharomyces cerevisiae). Il s'agit, ici, de « découper » les gènes de l'armoise annuelle, et, de les insérer par transgenèse dans le génome de la levure. 

4. Adapter l'usage des codons à la levure, pour qu'elle exprime les gènes transplantés en quantité correcte.

5. Optimiser la biologie de synthèse à des méthodes plus rapides, soit diminuer le nombre d'étapes nécessaires à la synthèse de l'artémisinine et, la rendre plus efficace. C'est à ce stade que les scientifiques ont eu recours à la méthode Top Down pour retirer des séquences de gènes non essentielles à la survie de la cellule et à la production de la molécule d'intérêt. Ainsi, la cellule "allégée" a pu produire plus efficacement la molécule. Les scientifiques ont réussi à faire produire à la levure, 30mg/L d'artémisinine, ce qui la rend potentiellement industrialisable.

 

Ce travail considérable aura représenté une quinzaine d'années, dont une dizaine de recherche fondamentale et cinq de développement artificiel.

    

Principe de la transgenèse :

 

    Cette technique se base sur l'implantation d'un ou plusieurs gènes étrangers (transgènes) dans un organisme. Le mécanisme est le suivant, on va tout d'abord sélectionner, dans un organisme A, une cellule cible qui sera la cellule recevant le transgène. Dans le cas de l'artémisinine, la cellule recevant le transgène est Saccharomyces cerevisiae. On va ensuite choisir et isoler un ou plusieurs gènes d'intérêts dans un organisme B, ici l'armoise annuelle. Celui-ci va être implanté dans le génome de la cellule A et, afin d'être efficace, il va devoir s'exprimer. En effet, on va vérifier son aptitude à produire une molécule spécifique soit l'artémisinine. Cette implantation peut se faire de différentes façons, par projection d'ADN ou par transfert dans des protoplastes. La projection d'ADN se fait par un canon à particules, celui-ci va « pulvériser » des microparticules entourées d'ADN dans les cellules cibles. Au contraire, le transfert dans les protoplastes se fait grâce à un agent chimique ou par électroporation. Ce passage est possible car, les protoplastes étant des cellules, dont la paroi a été éliminée par des enzymes, les morceaux d'ADN peuvent facilement entrer dans celle-ci. L'objectif de cette méthode est de modifier un organisme, afin de lui faire produire de nouveaux éléments. Il devra faire cela, tout en maintenant sa capacité à se répliquer avec ce nouveau caractère, dans le génome. 

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