Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego ont démontré le potentiel de l’utilisation d’algues vertes pour fabriquer des protéines virales recombinantes qui pourraient être utilisées dans des essais à grande échelle pour détecter des anticorps contre le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) – le agent responsable de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19).
Les protéines recombinantes pourraient également être utilisées comme antigènes pour des vaccins potentiels, explique Stephen Mayfield et ses collègues.
L’équipe a réussi à produire des protéines recombinantes du domaine de liaison au récepteur de pointe (RBD) du SRAS-CoV-2 recombinant dans les microalgues Chlamydomonas reinhardtii.
La protéine de pointe est la structure de surface que le virus utilise pour se lier aux cellules hôtes et les infecter. La RBD est la région du pic qui intervient dans ce processus grâce à son interaction avec l’enzyme 2 de conversion de l’angiotensine (ACE2) du récepteur de la cellule hôte.
«Parce que les algues peuvent être cultivées à grande échelle à très peu de frais, cette protéine recombinante peut être une alternative peu coûteuse à d’autres plates-formes d’expression», écrit l’équipe.
Une version pré-imprimée du document de recherche est disponible sur le bioRxiv* serveur, tandis que l’article est soumis à un examen par les pairs.
Chlamydomonas reinhardtii. Crédit d’image: Installation de microscope électronique de Dartmouth, Dartmouth College
Sommaire
Les défis des systèmes de test actuels
Les tests qui détectent l’ARN du SRAS-CoV-2, comme la réaction en chaîne par polymérase quantitative de la transcriptase inverse (RT-qPCR), sont devenus la méthode standard pour détecter une infection.
Cependant, les tests sérologiques qui mesurent les réponses des anticorps au virus et indiquent une séroconversion ne sont pas encore largement disponibles.
Bien que ces tests ne conviennent pas pour détecter une infection aiguë (car les anticorps sont souvent produits après le développement des symptômes), ils sont parmi les meilleurs indicateurs des réponses immunitaires antérieures aux antigènes viraux. Ils pourraient être utilisés pour déterminer si les gens sont immunisés.
Outre son application comme réactif pour détecter les anticorps, la protéine de pointe recombinante peut également servir d’antigène vaccinal. Presque tous les vaccins en cours de déploiement sont basés sur la protéine de pointe du SRAS-CoV-2.
Étant donné que ces vaccins sont déployés au niveau de la population, le suivi des réponses immunitaires à la protéine de pointe sera essentiel pour évaluer l’efficacité du vaccin, ainsi que pour indiquer potentiellement quand des rappels pourraient être nécessaires en raison de la diminution des réponses immunitaires avec le temps.
«Pour développer de tels tests d’anticorps, il est essentiel de produire les antigènes des protéines virales à très grande échelle et à un prix abordable, afin que les tests d’anticorps puissent être disponibles dans le monde entier, et pas seulement dans les pays économiquement favorisés», déclare Mayfield et collègues.
Les systèmes de cellules non animales ont posé problème
La production de protéines de pointe du virus SRAS fonctionnelles à l’aide de systèmes de production de cellules non animales a été un défi. Par exemple, la production de protéines virales du SRAS-CoV-1 à l’aide d’un système à base d’E. Coli a donné des protéines mal repliées. En outre, l’utilisation de systèmes fongiques a produit des protéines RBD de coronavirus à des ordres de grandeur inférieurs aux quantités précédemment observées avec ces systèmes pour d’autres protéines recombinantes.
Des études ont déjà démontré le succès de la production de protéines virales recombinantes à l’aide de systèmes à base de plantes, mais ces plates-formes génèrent moins de biomasse que les systèmes microbiens et impliquent des méthodes techniquement exigeantes et chronophages.
Cependant, il a été démontré que les plates-formes de microalgues vertes génèrent des protéines recombinantes correctement repliées qui peuvent être dirigées vers n’importe quelle structure subcellulaire, ce qui permet leur production rapide, à grande échelle et rentable.
Qu’ont fait les chercheurs?
L’équipe a examiné si les microalgues vertes unicellulaires Chlamydomonas reinhardtii pourrait servir de plate-forme pour la production de protéine RBD de pointe de SRAS-CoV-2 recombinante.
Les chercheurs ont testé trois stratégies de ciblage des protéines. Les protéines ont été ciblées pour être retenues dans le réticulum endoplasmique, pour être sécrétées de la cellule dans les milieux de culture ou pour s’accumuler dans le chloroplaste.
La protéine virale a été fusionnée à une protéine mClover fluorescente pour permettre un criblage fluorescent à haut débit et une identification rapide des algues exprimant suffisamment de protéines pour que son accumulation et sa fonction soient testées.
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(A) Diagramme de la particule virale SARS-CoV-2 avec la structure cristalline de la protéine de pointe (S) mis en évidence avec les sous-unités 1 et 2 indiquées (S1, S2, respectivement). Le domaine de liaison au récepteur (RBD) est situé dans la sous-unité plus variable 1. (B) Conception et construction du vecteur. La structure peptidique de la protéine de pointe indiquant le domaine N-terminal (NTD), le domaine de liaison au récepteur (RBD), le peptide de fusion (FP, région d’homologie 1 et 2 (HR1, HR2), le domaine d’association transmembranaire (TA) et le terminal intracellulaire ( Une version optimisée du codon nucléaire de C. reinhardtii de la séquence codant RBD a été clonée dans un vecteur contenant le promoteur AR1 (PAR1) conduisant une fusion transcriptionnelle du gène de résistance à la bléomycine (BleR), FMDV Fièvre aphteuse virus de la maladie 2A (F2A) motif ribosomal-skip et 5 ‘mClover green fluorescent protein tag. Un promoteur Beta-tubulin2 distinct entraînant la résistance à l’hygromycine a été utilisé pour la sélection secondaire. Trois versions différentes du RBD ont été générées. Une version dirigée vers le chloroplaste via N -fusion terminale de la séquence de transit du chloroplaste PsaE, une version sécrétée par l’ajout du peptide signal de sécrétion PHC2, et une version conservée du système ER188 Golgi par l’ajout ultérieur d’une séquence de rétention KDEL Golgi C-terminale. (C) Schéma résumant le processus de transformation et la chronologie, y compris la sélection du médicament, la sélection de clonage à travers des plaques de microtitrage à 96 puits, puis la caractérisation à l’échelle du ballon des lignées candidates d’expression RBD.
Qu’ont-ils trouvé?
La protéine RBD recombinante s’est accumulée à un niveau élevé dans le chloroplaste mais a été tronquée à l’extrémité amine et non reconnue par les anticorps anti-RBD dans les tests de transfert de Western. Cependant, les protéines ciblées sur le réticulum endoplasmique ou sécrétées hors de la cellule avaient la taille et la séquence d’acides aminés correctes.
Ensuite, les chercheurs ont montré que la protéine RBD de pointe purifiée à partir du réticulum endoplasmique se liait spécifiquement à la protéine ACE2 recombinante avec une affinité similaire à la RBD de pointe exprimée dans les cellules de mammifères.
«Ici, nous avons démontré que la production d’une protéine de pointe SRAS-CoV-2 correctement repliée et fonctionnelle RBD est possible dans l’algue verte C. reinhardtii», Écrit Mayfield et ses collègues.
Quelles sont les implications de l’étude?
Les chercheurs affirment que l’étude montre le potentiel de l’utilisation d’algues eucaryotes comme plate-forme efficace et évolutive pour fabriquer des protéines recombinantes RBD correctement repliées et fonctionnelles qui pourraient être utilisées dans des tests d’anticorps à grande échelle ou comme antigènes de vaccins potentiels.
«Parce que les algues peuvent être cultivées à grande échelle pour une fraction du coût des lignées cellulaires de mammifères, ce système offre le potentiel de produire cette protéine virale recombinante, pour une variété d’utilisations, y compris comme antigène pour détecter les anticorps sériques contre le SRAS-CoV-2 RBD ou même comme antigène viral potentiel pour le développement de vaccins, rapidement et à moindre coût », conclut l’équipe.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
