/image%2F1635744%2F20150606%2Fob_b8319b_2015-06-06-les-champs-de-l-au-dela-tom.jpg)
La tomate GM comme vaccin comestible contre le Covid-19 ? Des scientifiques mexicains travaillent à sa réalisation
Daniel Norero*
Alors que de grandes entreprises et des consortiums du secteur public aux États-Unis, au Canada, en Chine et en Europe tournent à plein régime pour développer un vaccin produit dans des plants de tabac génétiquement modifié (GM), un groupe de recherche d'une université mexicaine travaille dans le même sens, mais avec une stratégie différente et innovante. Il utilise la bioinformatique et le génie génétique computationnel pour identifier les antigènes candidats pour un vaccin qui peut être exprimé dans des plants de tomates. Manger les fruits de ces plants conférerait alors une immunité contre le Covid-19.
Au moment où j'écris ces lignes, il y a déjà plus de 3,6 millions de personnes qui seraient infectées par la pandémie de Covid19 et quelque 252.000 décès dans le monde. Aux États-Unis, qui ont le taux d'infection le plus élevé au monde, les décès dus au Covid-19 ont dépassé ceux dus au cancer, aux maladies coronariennes et même à la grippe ou à la pneumonie en quelques mois seulement depuis l'arrivée du nouveau coronavirus.
Cette situation critique a conduit le monde entier à se lancer dans une véritable course pour développer un vaccin qui immunise la population contre cette nouvelle souche de coronavirus qui serait apparue à l'automne 2019 en Chine. À ce jour, plus de 100 vaccins sont à l'étude pour le Covid-19 par des universités, des centres de recherche publics et surtout des entreprises privées. Certains font déjà l'objet d'essais cliniques.
Les approches utilisées pour leur production ne diffèrent pas beaucoup de celles utilisées classiquement dans les vaccins, où les antigènes – un composé de l'agent pathogène utilisé pour générer l'immunité chez le patient – peuvent être le virus inactivé, ainsi que le matériel génétique ou une protéine du virus qui sont cultivés à grande échelle dans des œufs de poule, des tissus de cellules de mammifères ou d'insectes ou des microorganismes génétiquement modifiés.
Une approche moins connue pour produire des antigènes et des vaccins à grande échelle est l'utilisation de plantes comme biofabriques. Les plantes sont génétiquement modifiées (figure 1) pour produire, par exemple, des particules pseudo-virales (virus-like-particules – VLP), qui sont des protéines structurelles du virus, ou des protéines « multi-épitopes », où différentes séquences d'un antigène nous permettent de générer une réponse immunisante et protectrice chez l'homme.
La plante la plus utilisée est Nicotiana benthamiana, un proche parent du tabac, en raison de sa biomasse, de sa gestion facile en laboratoire et de sa croissance rapide. Mais les scientifiques ont également travaillé avec d'autres espèces, telles que la laitue, la carotte, la pomme de terre, le riz, la tomate et le maïs.
Au début de l'année 2020, 97 vaccins expérimentaux avaient été obtenus grâce à cette méthodologie, y compris des antigènes produits par des végétaux pour le VIH, la polio, l'hépatite B, la rage, le virus du papillome humain, le choléra et la tuberculose, entre autres agents pathogènes. Des travaux ont même été réalisés sur la culture de composés contre le cancer et les maladies auto-immunes.
Parmi les vaccins à base de plantes qui ont fait l'objet d'essais cliniques avancés, citons un vaccin antigrippal mis au point par Medicago, un vaccin contre la malaria de Fraunhofer et le ZMapp, un sérum à trois anticorps monoclonaux mis au point par Kentucky Bioprocessing, qui a déjà été utilisé sur des patients lors des épidémies d'Ebola de 2014-2015 et 2018-2019 en Afrique. Tous ces vaccins ont été obtenus par la culture de tabac génétiquement modifié.
Actuellement, les médicaments à base de plantes sont déjà une réalité et au moins un a fait son entrée sur le marché : la taliglucérase alfa, une enzyme cultivée dans des carottes GM et obtenue dans des bioréacteurs, qui est prescrite comme thérapie de remplacement pour la maladie de Gaucher.
Figure 1. Schéma général de la production de protéines recombinantes dans des plantes en utilisant l'agroinfiltration : le cycle d'expression des protéines recombinantes/antigènes prend 6 à 10 jours, en commençant par l'agroinfiltration des plantes cultivées et la culture d'Agrobacterium (A). L'agroinfiltration est réalisée en submergeant les plantes dans une culture bactérienne abritant des vecteurs plasmidiques codant pour le gène d'intérêt et en les soumettant à une impulsion de vide pour forcer la pénétration de la culture bactérienne (B). Les plantes sont incubées pendant plusieurs jours (C) et récoltées (D) selon un protocole strictement contrôlé conçu pour empêcher la libération de bactéries génétiquement modifiées dans l'environnement. Ensuite, on effectue l'extraction des protéines recombinantes (E) et la purification pour fabriquer le médicament ou le vaccin recombinant (F). Source : Pharmacognosy, 2017
Les avantages des vaccins cultivés dans les plantes sont notamment de faciliter leur transport et leur stockage sans qu'il soit nécessaire de mettre en place une chaîne du froid, ce qui réduit les coûts. En outre, il n'y a pas lieu de s'inquiéter de la contamination par des toxines et des agents pathogènes pour l'homme, un risque qui peut survenir lors de la production de vaccins dans des microorganismes ou des cultures de cellules de mammifères.
Dans la course au vaccin contre le Covid-19, la stratégie de la culture des plantes – également connue sous le nom de pharmaculture ou agriculture moléculaire – n'a pas été laissée de côté. Deux sociétés déjà mentionnées travaillent sur des antigènes du Covid-19 produits par des végétaux en exprimant des VLP dans du tabac génétiquement modifié. L'une d'elles est Medicago, dont le PDG a affirmé que la société canadienne serait en mesure de fabriquer « 10 millions de doses par mois » si sa méthode de production innovante et ses essais cliniques obtenaient l'approbation de la Food and Drug Administration (FDA) américaine. D'autre part, la société américaine Kentucky Bioprocessing utilise un tabac génétiquement modifié à croissance rapide qui lui est propre et a déclaré publiquement qu'elle menait déjà des essais précliniques et qu'elle avait la capacité de fabriquer jusqu'à trois millions de doses par semaine.
Le troisième groupe de recherche du secteur privé est une alliance entre la société américaine iBio et la société chinoise Beijing CC-Pharming, qui combinent la culture de VLP dérivées du virus du Covid-19 et d'un adjuvant immunostimulant porteur de lichénase dans un tabac génétiquement modifié.
Pendant ce temps, le secteur public n'est pas loin derrière. L'université de Californie, à San Diego, travaille sur un projet de collaboration innovant entre des groupes de recherche internes pour développer un patch-vaccin à micro-aiguilles qui utilise des protéines cultivées dans des plantes GM.
D'autre part, le Centre de Recherche en Génomique Agricole (Center for Research in Agricultural Genomics – RAG) d'Espagne, développera des antigènes du virus du Covid 19 dans la laitue et le tabac génétiquement modifiés ; le projet international NEWCOTIANA, qui travaille sur le développement de médicaments et de vaccins dans les plantes avec un financement de l'Union Européenne, a publié la séquence génétique complète de Nicotiana benthamiana afin d'accélérer le développement d'un vaccin à base de plantes. Ce dernier travail a été mené par l'IBMCP (Espagne) et l'Université de Technologie du Queensland (Australie).
Bien que les vaccins à base de plantes mentionnés ci-dessus présentent certains avantages par rapport aux vaccins conventionnels, leur voie d'administration reste l'injection parentérale, la « piqûre » qui peut causer tant de douleur aux enfants. Mais que se passerait-il si, au lieu d'utiliser du tabac génétiquement modifié et de purifier des antigènes pour fabriquer un vaccin injectable, nous pouvions manger un fruit génétiquement modifié qui confère directement l'immunité ?
Bien qu'un tel produit ne soit pas encore d'usage clinique, ce n'est pas une nouveauté en termes expérimentaux. Depuis les années 1990, plusieurs groupes de recherche ont travaillé sur la modification de plantes et de fruits comestibles qui génèrent une réponse immunitaire dans l'épithélium intestinal des animaux après ingestion par voie orale (figure 2). Les plantes génétiquement modifiées – toujours au niveau expérimental et non commercial – utilisées pour créer des « vaccins comestibles » vont de la pomme de terre, la tomate, la laitue, la papaye, la carotte et le riz au quinoa, à la luzerne, à la banane et aux algues. On s'est notamment concentré sur l'hépatite B, le rotavirus, le virus Norwalk, la malaria, le choléra et les maladies auto-immunes.
Figure 2 – Voies de développement pour la production d'anticorps produits par des végétaux ou de vaccins contre le virus SARS-CoV-2. Les approches de transformation transitoire permettent d'obtenir des rendements élevés en protéines dans les plantes transformées, qui sont traitées pour purifier le produit biopharmaceutique cible et obtenir des vaccins injectables ou des anticorps monoclonaux. Des technologies de transformation génétique stables appliquées à des espèces végétales comestibles peuvent produire des formulations de vaccins oraux (par exemple, des capsules ou des tablettes contenant des feuilles lyophilisées). Source : Rosales-Mendoza, 2020
Daniel Garza, un jeune biotechnologue et entrepreneur ayant effectué un séjour de recherche à l'Institut de Biotechnologie de l'Université Autonome de Nuevo León (UANL) au Mexique, a choisi cette voie comme approche pour développer un vaccin contre le Covid-19. « Le développement d'un vaccin comestible contre le SRAS-CoV-2 a jusqu'à présent été une alternative peu explorée, même si les avantages sont évidents », a déclaré M. Garza dans un entretien avec l'Alliance Cornell pour la Science. « Selon cette prémisse, ce problème serait traité en se concentrant sur le développement d'une protéine de fusion ayant les caractéristiques d'un vaccin à exprimer dans des plants de tomates. »
M. Garza, en collaboration avec un groupe multidisciplinaire de chercheurs, utilise la bioinformatique et le génie génétique computationnel pour appliquer une stratégie de vaccination inversée. Plus précisément, en utilisant des outils bioinformatiques, ils identifient les antigènes les plus susceptibles d'être des candidats vaccins pour induire une réponse immunitaire par une analyse « in silico » du génome de l'agent pathogène.
« Le développement de vaccins à l'aide de techniques conventionnelles dépend d'un grand nombre de méthodes biochimiques, immunologiques et microbiologiques qui demandent beaucoup de temps et impliquent des coûts de production plus élevés », a déclaré M. Garza. « La stratégie de vaccination inversée offre la possibilité d'identifier un plus grand nombre de protéines chez chaque agent pathogène et de sélectionner les meilleurs antigènes candidats pour les vaccins. Cela permet de développer des vaccins qui étaient auparavant difficiles ou impossibles à fabriquer. »
Les chercheurs du laboratoire de Garza travaillent avec cette approche depuis 2018 pour rechercher de nouveaux antigènes candidats pour un vaccin contre le virus Ebola – recherche qu'ils ont publiée fin 2019 dans le magazine Planta de l'UANL. « Les résultats observés jusqu'à présent nous permettent d'identifier de nouveaux épitopes dans les régions de la séquence de la protéine VP40 du virus Ebola avec des caractéristiques d'immunogénicité, d'antigénicité, d'hydrophilie et d'accessibilité qui en font un candidat vaccin », a déclaré M. Garza.
Une fois la séquence candidate identifiée, ils continuent à optimiser la séquence de nucléotides dans le plant de tomate et la transformation génétique par Agrobacterium tumefaciens. « L'expression dans les plants de tomate avec les nouveaux épitopes identifiés nous permet d'obtenir des niveaux élevés d'expression de la protéine recombinante », a ajouté M. Garza. En termes simples, la modélisation bioinformatique préalable permet d'économiser des efforts et fonctionne avec des antigènes qui ont une forte réponse protectrice contre l'agent pathogène, un antigène utile pour le développement d'un vaccin viable et pouvant être produit à grande échelle.
Toutefois, en raison de l'imprévisibilité et de la gravité de l'épidémie de SARS-CoV-2, le groupe de M. Garza a décidé de consacrer ses efforts à la modélisation bioinformatique d'un vaccin potentiel contre cet agent pathogène, en utilisant la même stratégie que celle utilisée contre le virus Ebola par la mise au point d'une tomate comestible comme méthode d'immunisation.
Le seul travail similaire que l'on peut trouver dans la bibliographie est la mise au point d'une tomate avec des antigènes du SARS-CoV, qui a été responsable du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS) dans les pays d'Asie du Sud-Est en 2002-2003 et qui présente 70 % de similarité génomique avec l'agent pathogène à l'origine de la pandémie actuelle. Bien que les souris immunisées par voie orale avec cette tomate transgénique aient révélé des niveaux significativement élevés d'anticorps spécifiques contre le SARS-CoV-1, il n'y a pas eu de progrès supplémentaire vers les phases cliniques.
« Nous sommes au stade de l'analyse, en utilisant les séquences génomiques et protéomiques du SRAS-CoV-2 et en utilisant des outils bioinformatiques qui nous permettent d'identifier les antigènes les plus susceptibles d'être candidats pour induire une réponse immunitaire », a déclaré M. Garza en ce qui concerne l'état actuel des efforts pour développer un vaccin contre le SARS-CoV-2, le virus qui cause le Covid-19, dans les plants de tomates.
« Les épitopes candidats sont sélectionnés sur la base de la prédiction de leur fonction, comme l'accessibilité et la sécrétion, puis ils sont clonés, exprimés et analysés pour confirmer leur localisation cellulaire in vitro. L'utilisation de modèles animaux nous permettra d'évaluer leur immunogénicité et leur capacité de protection », a ajouté M. Garza.
Daniel Garza García à l'Institut de Biotechnologie de l'UANL (2019)
Comme l'a expliqué M. Garza, cette recherche en est actuellement au stade de l'analyse et de l'identification des régions potentielles pour le développement d'un vaccin. Son équipe de recherche soumet maintenant son projet à un « appel général » adressé aux chercheurs mexicains travaillant sur le développement de médicaments contre le Covid-19 qui a été émis par le gouvernement mexicain, lequel finance les dépenses d'une collaboration avec l'Institut Paul Scherrer de Suisse. La prochaine phase du projet sera l'expression des antigènes candidats dans la tomate et l'évaluation de leur capacité immunogène et protectrice dans des modèles animaux. Au fur et à mesure de l'avancement du projet, les liens avec des entreprises ou des centres de recherche seront évalués pour amener le vaccin candidat à la phase clinique.
Au-delà de l'élimination de l'agaçante piqûre d'une aiguille, l'utilisation de fruits ou de plantes comestibles pour immuniser les gens contre les maladies offre plusieurs avantages, notamment des coûts de production réduits puisqu'il n'est pas nécessaire de procéder à un traitement ou à une purification avant l'administration orale.
La consommation directe d'une matière première – soit par le fruit lui-même, soit par sa biomasse lyophilisée encapsulée dans des pilules ou des comprimés de gélatine – est un avantage évident car elle réduit le coût du traitement et de la purification des antigènes, ainsi que la dégradation des antigènes dans le tractus gastro-intestinal en raison du rôle protecteur des cellules végétales dans l'estomac.
En outre, l'expression de l'antigène dans les graines permet un maintien et une stabilité plus longs. Les vaccins comestibles peuvent également produire des protéines multimériques complexes qui ne peuvent pas être exprimées par les systèmes microbiens et constituent une méthode de vaccination sûre et efficace.
Le fait que les formulations de vaccins comestibles ne nécessitent pas de purification des antigènes serait probablement le principal facteur contribuant à leur faible coût, nécessaire pour obtenir une large couverture vaccinale dans les pays en développement et à faible revenu.
Les statistiques montrent, par exemple, qu'il suffirait de 16 hectares pour produire chaque année les doses de vaccins contre l'hépatite B pour toute la population de la Chine, et seulement environ 80 hectares pour produire des vaccins comestibles pour tous les enfants du monde. L'objectif final de ce type de technologie serait de fournir non seulement des « vaccins » mais aussi de véritables « aliments médicinaux » – non pas au sens alternatif ou commercial, mais au sens littéralement curatif – grâce à des plantes et des fruits qui renforcent la santé générale et protègent le système immunitaire contre les agents pathogènes, le cancer ou les maladies auto-immunes. Cela est particulièrement important dans les pays sous-développés, où il est difficile d'obtenir des traitements ou des procédures qui nécessitent un équipement complexe et où les vaccins conventionnels sont difficiles à stocker et à transporter.
Ce sont les obstacles réglementaires et de biosécurité, plutôt que les contraintes techniques et expérimentales, qui pourraient retarder l'arrivée des vaccins comestibles sur nos tables et dans nos hôpitaux, surtout dans les pays qui en ont le plus besoin.
Bien que de nombreux pays sur tous les continents développent, ou aient développé, des plantes génétiquement modifiées à titre expérimental, seuls 26 pays ont mis en place des réglementations pour leur utilisation commerciale. Le fait que tant de pays n'aient pas de législation, ou utilisent des cadres réglementaires rétrogrades et lourds, comme celui employé par l'Union Européenne, pourrait augmenter le coût final de l'acheminement du vaccin comestible du laboratoire au marché, rendant difficile le développement de cette technologie par les petites et moyennes entreprises ou les institutions publiques.
Dans le cas du Mexique, où ils travaillent déjà sur le développement d'un vaccin comestible contre le Covid-19 dans les plants de tomates, les scientifiques locaux traversent une période difficile sous le mandat d'un président qui s'est déclaré à plusieurs reprises contre l'utilisation des cultures GM et qui a nommé une scientifique célèbre pour être une farouche opposante aux OGM au poste de directeur de CONACYT, l'entité gouvernementale qui régule le budget scientifique national. Nous ne pouvons pas non plus oublier le récent problème des producteurs de coton mexicains, qui ne reçoivent pas de nouvelles autorisations pour la culture d'OGM de la part du gouvernement actuel...
« Étant donné la situation d'urgence que nous vivons actuellement avec le Covid-19, cela nous fera sans aucun doute repenser la législation sur les OGM qui s'applique non seulement au Mexique mais aussi en Amérique latine », a noté M. Garza. « Ce qui se passe actuellement nous incite à nous demander si nous sommes vraiment capables, en tant que pays, de faire face à une pandémie d'une telle ampleur sans utiliser tout le potentiel que les OGM nous offrent pour le développement de vaccins, en particulier pour les pays en développement [...] Les avantages de la biotechnologie doivent être montrés à la société non pas comme un mal, mais comme une solution efficace à de nombreux problèmes que nous avons actuellement dans la région. »
Paradoxalement, si la recherche sur ce vaccin comestible prometteur – créé dans le secteur public mexicain – progresse avec succès, il est fort probable que son développement vers la phase clinique et la mise en production se déplacera vers le nord, aux États-Unis ou au Canada, où des entreprises travaillent déjà dans le domaine de la pharmaculture moléculaire visant le Covid-19 et disposent des cadres réglementaires sur les OGM les plus souples du monde. Cela pourrait se produire malgré les centres de recherche de haut niveau et les scientifiques de pointe travaillant dans la biotechnologie agricole au Mexique, tels que le CIMMYT, le CINVESTAV et l'INIFAP, ainsi que les universités locales ayant des capacités de biopharmacie.
Confronté au contexte des agences de réglementation qui n'ont pas élaboré de réglementation pour les composés pharmaceutiques à base de plantes, et à l'arrivée imminente de certains vaccins d'origine végétale contre le Covid-19, le chercheur mexicain Sergio Rosales Mendoza, qui étudie les vaccins recombinants dans les plantes et les algues à l'Université autonome de San Luis de Potosi (UASLP), a conclu un éditorial de la revue Expert Opinion on Biological Therapy par des questions clés :
« Les organismes de réglementation feront-ils preuve de souplesse pour valider et approuver les produits biopharmaceutiques anti-SARS-CoV-2 à base de plantes (par exemple en adaptant ou en simplifiant les exigences réglementaires pour cette technologie spécifique) ? Les organismes de réglementation accéléreront-ils le processus d'évaluation des produits biopharmaceutiques d'origine végétale contre le virus SARS-CoV-2 ? Les essais cliniques actuels des vaccins végétaux contre la grippe (avec des résultats encourageants) et l'enzyme déjà approuvée faciliteront-ils la procédure d'approbation ? Les pays en développement et à faible revenu bénéficieront-ils en fin de compte des technologies végétales dans la lutte contre le Covid-19 ? »
L'un des problèmes fondamentaux des vaccins comestibles est l'idée fausse encore bien ancrée dans l'esprit de beaucoup de gens selon laquelle les plantes génétiquement modifiées « sont nocives pour la santé ou l'environnement », malgré des milliers d'études et d'expertises, les déclarations publiques de plus de 250 institutions scientifiques/techniques qui corroborent leur innocuité et plus de deux décennies de consommation de plantes génétiquement modifiées sans aucun effet négatif signalé. Un défi central est de continuer à fournir ces informations, en particulier au public et aux législateurs des pays en développement, à des moments charnières, comme lorsque nous constatons que les nouvelles technologies « à base de plantes » font leur niche dans d'autres domaines, comme la viande de laboratoire révolutionnaire.
Raconterons-nous à nos petits-enfants et arrière-petits-enfants les histoires du passé des injections douloureuses qui nous ont été faites lorsque nous étions enfants ? Vivront-ils dans un monde où quelques capsules lyophilisées de carottes et de laitues les immuniseront contre tous les agents pathogènes mortels des 19e, 20e et 21e siècles ? Ou une délicieuse salade de tomates vaccinales suffira-t-elle à les protéger contre une nouvelle souche virulente qui n'existe pas encore ?
Peut-être que cette course contre la montre et l'urgence de trouver un vaccin viable contre le Covid-19 permettront aux plantes génétiquement modifiées de sauver des millions de vies et de laver leur réputation, injustement entachée et diabolisée par la peur et la désinformation, une fois pour toutes.
Rosales-Mendoza, S.; Márquez-Escobar, V.A.; González-Ortega, O.; Nieto-Gómez, R.; Arévalo-Villalobos, J.I. 2020. What Does Plant-Based Vaccine Technology Offer to the Fight against COVID-19? Vaccines, 8, 183.
Capell T.: Twyman, R.; Armario-Najera, V.; K.-C. Ma, J.; Schillberg, S.; Christou, P. 2020. Potential Applications of Plant Biotechnology against SARS-CoV-2. Trend in Plant Science.
Balke, I., & Zeltins, A. 2020. Recent Advances in the Use of Plant Virus-Like Particles as Vaccines. Viruses, 12(3), 270.
Kurup, V. M., & Thomas, J. 2020. Edible Vaccines: Promises and Challenges. Molecular biotechnology, 62(2), 79–90.
Concha C, Canas R, Macuer J, Torres MJ, Herrada AA, Jamett F, Ibanez C. 2017. Disease prevention: an opportunity to expand edible plant-based vaccines? Vaccines (Basel) 5:14.
Pogrebnyak, N.; Golovkin, M.; Andrianov, V.; Spitsin, S.; Smirnov, Y.; Egolf, R.; Koprowski, H. 2005. Severe acute respiratory syndrome (SARS) S protein production in plants: Development of recombinant vaccine. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 9062–9067.
_______________
/image%2F1635744%2F20230904%2Fob_6092d4_capture-virus.png)
/image%2F1635744%2F20230331%2Fob_c57d6a_capture-covid.jpg)
/image%2F1635744%2F20221022%2Fob_3a8055_capture-confinements.jpg)
/image%2F1635744%2F20220521%2Fob_46b43e_capture-medicago.jpg)
