LES PLANTES TRANSGENIQUES: LES PLANTES TRANSGENIQUES: BIOREACTEURS BIOREACTEURS

POUR LA PRODUCTION POUR LA PRODUCTION DE PROTEINES RECOMBINANTES DE PROTEINES RECOMBINANTES

A USAGES THERAPEUTIQUEA USAGES THERAPEUTIQUEET BIOPHARMACEUTIQUEET BIOPHARMACEUTIQUE

Dr NATO AIMEDr NATO AIME Maître de Conférences Maître de Conférences Bât. 360 Bât. 360 Institut de Génétique et MicrobiologieInstitut de Génétique et Microbiologie UMR UPS/CNRS 8621UMR UPS/CNRS 8621 Université Paris Sud XIUniversité Paris Sud XIaime.nato@igmors.u-psud.fraime.nato@igmors.u-psud.fr91405 ORSAY Cedex France91405 ORSAY Cedex FranceTél. : 01 69 15 46 93Tél. : 01 69 15 46 93Fax : 01 69 15 63 34Fax : 01 69 15 63 34

1) LA TRANSGENESE VEGETALE : PRINCIPES- APPLICATIONS

2) ASPECTS FONDAMENTAUX DE LA PRODUCTION DES PROTEINES HETEROLOGUES CHEZ LES PLANTES

- Avantages des cellules végétales par rapport aux cellules animales et aux micro-organismes

3) AGRICULTURE MOLECULAIRE VEGETALE- Aspects génétiques de l’agriculture moléculaire chez les plantes

- Modifications post-traductionnelles et purification de la protéine recombinante

- Les techniques de l’agriculture moléculaire

4) EXEMPLES DE PRODUCTION DES MOLECULES BIOACTIVES PAR LES PLANTES TRANSGENIQUES

5) CONCLUSIONS - PERSPECTIVES POUR L'INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE

PLAN DU COURSPLAN DU COURS

LA TRANSGENESE VEGETALE (1/3) LA TRANSGENESE VEGETALE (1/3) PRINCIPES-APPLICATIONSPRINCIPES-APPLICATIONS

DOMAINE DE BIOTECHNOLOGIESDOMAINE DE BIOTECHNOLOGIES

CHANGEMENTS TECHNOLOGIQUES LIES CHANGEMENTS TECHNOLOGIQUES LIES A L’INGENIERIE GENETIQUEA L’INGENIERIE GENETIQUE

NOMBREUX DOMAINES D’APPLICATION : NOMBREUX DOMAINES D’APPLICATION : AGRICULTUREAGRICULTURE AGROALIMENTAIREAGROALIMENTAIRE INDUSTRIESINDUSTRIES ENVIRONNEMENTENVIRONNEMENT SANTE-PHARMACIESANTE-PHARMACIE

LA TRANSGENESE VEGETALE (2/3)LA TRANSGENESE VEGETALE (2/3)

LE CODE GENETIQUE EST UNIVERSELLE CODE GENETIQUE EST UNIVERSEL

PAS DE DIFFERENCES FONDAMENTALES ENTRE LA PAS DE DIFFERENCES FONDAMENTALES ENTRE LA NATURE DES GENES D’ESPECES ANIMALES OU NATURE DES GENES D’ESPECES ANIMALES OU VEGETALES.VEGETALES.

UN GENE D’UNE ESPECE INTRODUIT DANS LE GENOME UN GENE D’UNE ESPECE INTRODUIT DANS LE GENOME D’UNE AUTRE ESPECE CODERA POUR LA MEME D’UNE AUTRE ESPECE CODERA POUR LA MEME PROTEINE QUE L’ESPECE DONT IL PROVIENT.PROTEINE QUE L’ESPECE DONT IL PROVIENT.

L’INTRODUCTION D’UN GENE D’INTERET SE FAIT DANS L’INTRODUCTION D’UN GENE D’INTERET SE FAIT DANS UNE PLANTE, ON PARLE DE TRANSGENESE VEGETALE UNE PLANTE, ON PARLE DE TRANSGENESE VEGETALE ET DES OGM.ET DES OGM.

L’INTEGRATION DANS LE GENOME EST ALEATOIRE ET L’INTEGRATION DANS LE GENOME EST ALEATOIRE ET LA SEGREGATION EST DE TYPE MENDELIENNE.LA SEGREGATION EST DE TYPE MENDELIENNE.

LA TRANSFORMATION EST ENVISAGEABLE LORSQUE LA TRANSFORMATION EST ENVISAGEABLE LORSQUE LA REGENERATION IN VITRO EST POSSIBLE A PARTIR LA REGENERATION IN VITRO EST POSSIBLE A PARTIR DES CELLULES OU DES TISSUS.DES CELLULES OU DES TISSUS.

APRES LA REGENERATION DES PLANTES,LA APRES LA REGENERATION DES PLANTES,LA SELECTION DES TRANSGENIQUES SE FAIT GRACE A LA SELECTION DES TRANSGENIQUES SE FAIT GRACE A LA RESISTANCE AUX ANTIBIOTIQUES , HERBICIDES…RESISTANCE AUX ANTIBIOTIQUES , HERBICIDES…

L’EXPRESSION DU GENE D’INTERETSE FAIT PAR LA L’EXPRESSION DU GENE D’INTERETSE FAIT PAR LA VERIFICATION DE LA PRODUCTION DE LA MOLECULE VERIFICATION DE LA PRODUCTION DE LA MOLECULE RECOMBINANTERECOMBINANTE . .

LA TRANSGENESE VEGETALE (3/3)LA TRANSGENESE VEGETALE (3/3)

INTRODUCTION DE L’ADN DANS LE NOYAU DE LA INTRODUCTION DE L’ADN DANS LE NOYAU DE LA CELLULE VEGETALE PAR:CELLULE VEGETALE PAR:

BOMBARDEMENT DE PARTICULES D’ADN OU BOMBARDEMENT DE PARTICULES D’ADN OU BIOLISTIQUE, APPLICABLE A TOUS LES TISSUS OU BIOLISTIQUE, APPLICABLE A TOUS LES TISSUS OU TYPES CELLULAIRESTYPES CELLULAIRES

ELECTROPORATION : APPLICABLE AUX PROTOPLASTESELECTROPORATION : APPLICABLE AUX PROTOPLASTES

TRANSFERT NATUREL PAR TRANSFERT NATUREL PAR AGROBACTERIUMAGROBACTERIUM: : ESSENTIELLEMENTAPPLICABLE AUX PLANTES ESSENTIELLEMENTAPPLICABLE AUX PLANTES DICOTYLEDONESDICOTYLEDONES

TRANSFORMATION DES PLANTES TRANSFORMATION DES PLANTES METHODOLOGIEMETHODOLOGIE

Le remplacement de l’ADN-T par un gène d’intérêt

RB = Extrémité droiteRB = Extrémité droiteR* = Gène selectif de R* = Gène selectif de résistanrésistanP = PromoteurP = PromoteurscFv = Gène d’intérêtscFv = Gène d’intérêtc-myc tag = Gène c-myc tag = Gène rapporteurrapporteurT = TerminateurT = TerminateurLB = Extrémité gaucheLB = Extrémité gauche

Schéma du ADN-T ayant reçu le gène Schéma du ADN-T ayant reçu le gène correspondant aux scFv des correspondant aux scFv des

InterleukinesInterleukines

PRINCIPALES ETAPES DE LA TRANSGENESE PRINCIPALES ETAPES DE LA TRANSGENESE VEGETALEVEGETALE

LES GRANDES ETAPES DU LES GRANDES ETAPES DU DEVELOPPEMENT DES PLANTES DEVELOPPEMENT DES PLANTES

TRANSGENIQUESTRANSGENIQUES

1973 : Identification du plasmide Ti dans la bactérie 1973 : Identification du plasmide Ti dans la bactérie Agrobacterium tumefaciensAgrobacterium tumefaciens. Ce plasmide permet . Ce plasmide permet d’accueillir le gène porteur du caractère recherché, qu’il d’accueillir le gène porteur du caractère recherché, qu’il est en mesure d’introduire dans le génome d’une plante. est en mesure d’introduire dans le génome d’une plante.

1983 : Première plante transgénique obtenue (tabac au 1983 : Première plante transgénique obtenue (tabac au stade expérimental). stade expérimental).

1985 : Première plante transgénique résistante à un 1985 : Première plante transgénique résistante à un insecte. insecte.

1987 : Première plante transgénique tolérante à un 1987 : Première plante transgénique tolérante à un herbicide total. herbicide total.

1988 : Première céréale transgénique (maïs résistant à la 1988 : Première céréale transgénique (maïs résistant à la kanamycine).kanamycine).

LES GRANDES ETAPES DU LES GRANDES ETAPES DU DEVELOPPEMENT DES PLANTES DEVELOPPEMENT DES PLANTES

TRANSGENIQUESTRANSGENIQUES 1990 : Première commercialisation d’une plante transgénique : 1990 : Première commercialisation d’une plante transgénique :

tabac résistant à un virus (Chine).tabac résistant à un virus (Chine).

1994 : Premier légume transgénique commercialisé (tomate à 1994 : Premier légume transgénique commercialisé (tomate à maturation retardée). maturation retardée).

1997 : Premier tabac producteur d’hémoglobine.1997 : Premier tabac producteur d’hémoglobine.

En France : première autorisation de la culture En France : première autorisation de la culture transgénique du maïs résistant à la pyrale. transgénique du maïs résistant à la pyrale.

1999 : 40 millions d’ha de plantes transgéniques dans le monde. 1999 : 40 millions d’ha de plantes transgéniques dans le monde.

2000 : Séquençage du génome d’Arabidopsis thaliana. 2000 : Séquençage du génome d’Arabidopsis thaliana.

2002 : 58,7 millions d’ha de plantes transgéniques cultivées 2002 : 58,7 millions d’ha de plantes transgéniques cultivées dans le monde.dans le monde.

APPLICATIONS DE LA TRANSGENESE APPLICATIONS DE LA TRANSGENESE VEGETALE (1/3)VEGETALE (1/3)

AGRONOMIEAGRONOMIE

Résistance aux herbicides, aux insectes et Résistance aux herbicides, aux insectes et contre certains virus et bactéries.contre certains virus et bactéries.

Résistance aux stress ( chaleur, froid, Résistance aux stress ( chaleur, froid, sécheresse et salinité).sécheresse et salinité).

Introduction des caractères pour obtenir Introduction des caractères pour obtenir des avantages nutritionnels, gustatifs et des avantages nutritionnels, gustatifs et pour améliorer la transformation pour améliorer la transformation industrielle.industrielle.

APPLICATIONS DE LA TRANSGENESE APPLICATIONS DE LA TRANSGENESE VEGETALE (2/3)VEGETALE (2/3)

INDUSTRIEINDUSTRIE

Améliorations des procédés industriels et Améliorations des procédés industriels et la qualité des produits :la qualité des produits :

ExempleExemple: diminution du taux de lignine : diminution du taux de lignine dans les variétés de peupliers pour dans les variétés de peupliers pour faciliter le blanchiment de la pâte à faciliter le blanchiment de la pâte à papier.papier.

Du colza génétiquement modifié capable Du colza génétiquement modifié capable de produire des copolymères de produire des copolymères biodégradables (plastique).biodégradables (plastique).

APPLICATIONS DE LA TRANSGENESE APPLICATIONS DE LA TRANSGENESE VEGETALE (3/3)VEGETALE (3/3)

SANTESANTE

Le secteur de la Santé humaine constitue à lui Le secteur de la Santé humaine constitue à lui seul près de 70% du marché des seul près de 70% du marché des biotechnologies.biotechnologies.

Molecular Farming a pour but la production de Molecular Farming a pour but la production de molécules nouvelles à visée thérapeutique.molécules nouvelles à visée thérapeutique.

Recherches poussées pour la production des Recherches poussées pour la production des vaccins, des anticorps, des protéines, vaccins, des anticorps, des protéines, l’hémoglobine...l’hémoglobine...

… … secteur industriel en pleine secteur industriel en pleine effervescence.effervescence.

AVANTAGES DES CELLULES VÉGÉTALESAVANTAGES DES CELLULES VÉGÉTALES

La plante en tant que bioréacteur représente une La plante en tant que bioréacteur représente une alternative intéressante comparée aux alternative intéressante comparée aux microorganismes ou aux cellules des mammifères.microorganismes ou aux cellules des mammifères.

Les protéines humaines subissent des Les protéines humaines subissent des modifications post traductionnelles pour acquérir modifications post traductionnelles pour acquérir une activité biologique.une activité biologique.

Ces modifications (glycosylation, carboxylation, Ces modifications (glycosylation, carboxylation, lipidation) sont difficiles, voire impossible chez les lipidation) sont difficiles, voire impossible chez les bactéries ou les levures.bactéries ou les levures.

L’approche bioréacteur végétal écarte le risque de L’approche bioréacteur végétal écarte le risque de contaminations virales, subvirales, bactériennes contaminations virales, subvirales, bactériennes d’origine animale, potentiellement infectieuse d’origine animale, potentiellement infectieuse pour l’homme.pour l’homme.

AVANTAGES DES CELLULES VÉGÉTALESAVANTAGES DES CELLULES VÉGÉTALES

En effet, les virus pathogènes de l’homme ne se En effet, les virus pathogènes de l’homme ne se développent pas dans les cellules végétales. développent pas dans les cellules végétales.

Avec les plantes transgéniques, il n’y a pas de Avec les plantes transgéniques, il n’y a pas de problèmes de contamination par des problèmes de contamination par des endotoxines bactériennes.endotoxines bactériennes.

Les plantes se distinguent du monde animal par Les plantes se distinguent du monde animal par :: Absence de réponse immunitaire Absence de réponse immunitaire Absence de réponse aux stress divers par Absence de réponse aux stress divers par

synthèse de différentes molécules synthèse de différentes molécules Expression de la Totipotence de la cellule Expression de la Totipotence de la cellule

végétale : régénération d’une plante à végétale : régénération d’une plante à partir de n’importe quel tissu ou cellule.partir de n’importe quel tissu ou cellule.

TOTIPOTENCE DE LA CELLULE VEGETALETOTIPOTENCE DE LA CELLULE VEGETALE

EXEMPLES DE PLANTES TRANSGENIQUES EXEMPLES DE PLANTES TRANSGENIQUES (TABAC) REGENEREES ET CULTIVEES IN (TABAC) REGENEREES ET CULTIVEES IN

VITROVITRO

LES AVANTAGES DES PLANTES LES AVANTAGES DES PLANTES TRANSGENIQUES COMME BIOREACTEURS TRANSGENIQUES COMME BIOREACTEURS

(1/3)(1/3) Une grande flexibilité dans la taille de production.Une grande flexibilité dans la taille de production.

Le coût d’implantation est faible et les modalités Le coût d’implantation est faible et les modalités de culture sont simples.de culture sont simples.

L’obtention des animaux transgéniques (vaches, L’obtention des animaux transgéniques (vaches, moutons, chèvres, cochons, lapins) et les moutons, chèvres, cochons, lapins) et les conditions de leur élevage sont chères et strictes.conditions de leur élevage sont chères et strictes.

Les milieux de culture de cellules de mammifères Les milieux de culture de cellules de mammifères et des insectes sont chers et les conditions de et des insectes sont chers et les conditions de cultures sont strictes.cultures sont strictes.

Le sérum de veau fœtal et les dérivés de sérum Le sérum de veau fœtal et les dérivés de sérum augmentent le risque de contamination par des augmentent le risque de contamination par des agents infectieux.agents infectieux.

LES AVANTAGES DES PLANTES LES AVANTAGES DES PLANTES TRANSGENIQUES COMME BIOREACTEURS (2/3)TRANSGENIQUES COMME BIOREACTEURS (2/3)

Les protéines thérapeutiques sont dans leur Les protéines thérapeutiques sont dans leur grande majorité des glycoprotéines.grande majorité des glycoprotéines.

Les modifications post-traductionnelles , en Les modifications post-traductionnelles , en particulier la glycosylation est indispensable particulier la glycosylation est indispensable pour l’activité biologique et la stabilité de la pour l’activité biologique et la stabilité de la molécule produite.molécule produite.

La production par les plantes de protéines La production par les plantes de protéines thérapeutiques correctement glycosylées et thérapeutiques correctement glycosylées et non immunogènes paraît possible.non immunogènes paraît possible.

LES AVANTAGES DES PLANTES LES AVANTAGES DES PLANTES TRANSGENIQUES COMME BIOREACTEURS (3/3)TRANSGENIQUES COMME BIOREACTEURS (3/3)

Le stockage stable des protéines recombinées Le stockage stable des protéines recombinées dans des endroits stratégiques de la plante dans des endroits stratégiques de la plante est possible (tubercules, feuilles, graines, est possible (tubercules, feuilles, graines, fruits…).fruits…).

L’expression dans ces organes de stockage L’expression dans ces organes de stockage facilite l’extraction et la purification.facilite l’extraction et la purification.

Si la protéine recombinée est administrée Si la protéine recombinée est administrée oralement, la consommation directe de la oralement, la consommation directe de la plante est possible, réduisant le coût de plante est possible, réduisant le coût de l’extraction et de la purification.l’extraction et de la purification.

EXEMPLES DE MOLECULES OBTENUESEXEMPLES DE MOLECULES OBTENUES

Hormone de Croissance (Somatotropine) : 1Hormone de Croissance (Somatotropine) : 1ere ere

protéine humaine exprimée dans les plantes en protéine humaine exprimée dans les plantes en 1986.Exprimée dans les chloroplastes, cette 1986.Exprimée dans les chloroplastes, cette hormone peut représenter jusqu’à 7% des hormone peut représenter jusqu’à 7% des protéines totales.protéines totales.

Interféron : protéine pharmaceutique humaine Interféron : protéine pharmaceutique humaine produite dans le riz en 1994.produite dans le riz en 1994.

Collagène : protéine constitutive humaine sous Collagène : protéine constitutive humaine sous forme de complexe ou polymère produite par forme de complexe ou polymère produite par du tabac transgénique (2000 et 2002).du tabac transgénique (2000 et 2002).

Phosphatase alcaline humaine, anti-trypsine Phosphatase alcaline humaine, anti-trypsine humaine produite par des racines et des humaine produite par des racines et des cellules végétales (1999).cellules végétales (1999).

EXEMPLES DE MOLECULES OBTENUESEXEMPLES DE MOLECULES OBTENUES

Hémoglobine: molécule végétale possède la même Hémoglobine: molécule végétale possède la même structure que la nôtre mais ne peut jouer son rôle de structure que la nôtre mais ne peut jouer son rôle de transporteur oxygène.transporteur oxygène.

Lactoferrine Humaine: protéine multifonctionnelle du lait à Lactoferrine Humaine: protéine multifonctionnelle du lait à activités anti-bactérienne, anti-fongique,et anti-virale. Elle activités anti-bactérienne, anti-fongique,et anti-virale. Elle induit la maturation des lymphocytes, détient une activité induit la maturation des lymphocytes, détient une activité immunostimulante, inhibe la croissance des cellules immunostimulante, inhibe la croissance des cellules animales et l’agrégation des plaquettes, se lie à des animales et l’agrégation des plaquettes, se lie à des récepteurs…récepteurs…

Meristem Therapeutics a effectué des essais en champs de Meristem Therapeutics a effectué des essais en champs de tabac transgéniques renfermant cette molécule tabac transgéniques renfermant cette molécule recombinante.recombinante.

Les procédés d’extraction et de purification sont au point Les procédés d’extraction et de purification sont au point et en attente de l’autorisation de mise sur le marché…et en attente de l’autorisation de mise sur le marché…

EXEMPLES DE MOLECULES OBTENUESEXEMPLES DE MOLECULES OBTENUES

Albumine humaine: sous produit de la Albumine humaine: sous produit de la purification de molécules plasmatiques.purification de molécules plasmatiques.

Les besoins mondiaux sont de l’ordre de 300 Les besoins mondiaux sont de l’ordre de 300 tonnes par an. Une estimation la moins tonnes par an. Une estimation la moins optimiste envisage un coût de production par optimiste envisage un coût de production par les plantes cinq fois moins élevé que les plantes cinq fois moins élevé que l’albumine purifié à partir du plasma.l’albumine purifié à partir du plasma.

La protéine native entière a été exprimée dans La protéine native entière a été exprimée dans les plantes dès 1990 et une forte accumulation les plantes dès 1990 et une forte accumulation (11% des protéines) par transformation (11% des protéines) par transformation chloroplastique a été observée (2003).chloroplastique a été observée (2003).

EXEMPLES DE MOLECULES OBTENUESEXEMPLES DE MOLECULES OBTENUES

Lipase Gastrique Acide: Lipase Gastrique Acide:

Utile au traitement oral de la mucoviscidose.Utile au traitement oral de la mucoviscidose. Des travaux font référence à la production de l’enzyme Des travaux font référence à la production de l’enzyme

dans les feuilles de tabac et les graines de colza. Ainsi, 1 dans les feuilles de tabac et les graines de colza. Ainsi, 1 ha de plantes transgénique permettrait la production d’un ha de plantes transgénique permettrait la production d’un kilo d’enzyme pure.kilo d’enzyme pure.

HirudineHirudine Puissant Inhibiteur de la thrombine utilisé comme Puissant Inhibiteur de la thrombine utilisé comme

anticoagulant, dont la source naturelle est la sangsue (les anticoagulant, dont la source naturelle est la sangsue (les glandes salivaires).glandes salivaires).

On a réussi à produire dans les graines de colza On a réussi à produire dans les graines de colza transgénique de l’hirudine recombinée, biologiquement transgénique de l’hirudine recombinée, biologiquement active. active.

Deux étapes de purification permettent d’obtenir de Deux étapes de purification permettent d’obtenir de l’anticoagulant et 600 ha de culture de colza transformé l’anticoagulant et 600 ha de culture de colza transformé permettraient de couvrir le besoin mondial en hirudine.permettraient de couvrir le besoin mondial en hirudine.

EXEMPLESEXEMPLES DE MOLECULES OBTENUESDE MOLECULES OBTENUES

VACCINSVACCINS

Hépatite B: l’ingestion par les souris de pomme de Hépatite B: l’ingestion par les souris de pomme de terre exprimant un antigène de surface du virus de terre exprimant un antigène de surface du virus de l’hépatite B déclenche une réponse immunitaire.l’hépatite B déclenche une réponse immunitaire.

Deux candidats aux vaccins recombinants dits « Deux candidats aux vaccins recombinants dits « comestibles » sont actuellement en cours d’étude comestibles » sont actuellement en cours d’étude clinique. Il s’agit de l’antigène, dirigé contre la clinique. Il s’agit de l’antigène, dirigé contre la sous-unité B sous-unité B d’Escherichia Colid’Escherichia Coli entérotoxinogène entérotoxinogène et celui dirigé contre la protéine de capside du et celui dirigé contre la protéine de capside du virus de Norwalk.virus de Norwalk.

Choléra: production de la sous unité de la toxine Choléra: production de la sous unité de la toxine dans la pomme de terre.dans la pomme de terre.

Rage : glycoprotéine du virus produit par la Rage : glycoprotéine du virus produit par la tomate, premier exemple d’un vaccin comestible.tomate, premier exemple d’un vaccin comestible.

LES ANTICORPSLES ANTICORPS

EXEMPLESEXEMPLES DE MOLECULES OBTENUESDE MOLECULES OBTENUES

DES ANTICORPS RECOMBINANTS DES ANTICORPS RECOMBINANTS (PLANTIBODIES)(PLANTIBODIES)

Un anticorps chimérique IgG-IgA sécrétoire contre Un anticorps chimérique IgG-IgA sécrétoire contre l’antigène de surface de l’antigène de surface de Streptococcus mutants Streptococcus mutants (agent des caries dentaires) produit par le tabac (agent des caries dentaires) produit par le tabac (1998).(1998).

Un anticorps (IgG) contre le virus de l’Hèrpes, Un anticorps (IgG) contre le virus de l’Hèrpes, produit par le soja (1998).produit par le soja (1998).

Un anticorps (scFv) contre la glycoprotéine de Un anticorps (scFv) contre la glycoprotéine de surface de cellules carcinoembryonnaires (CEA), a surface de cellules carcinoembryonnaires (CEA), a été produit par le riz, la tomate, le tabac et le blé été produit par le riz, la tomate, le tabac et le blé (2000). Ces anticorps sont utilisés pour l’imagerie (2000). Ces anticorps sont utilisés pour l’imagerie médicale et pour les traitements thérapeutiques médicale et pour les traitements thérapeutiques des cas de cancer. des cas de cancer.

Des scFv sont produits par le tabac (1999) pour les Des scFv sont produits par le tabac (1999) pour les traitements des lymphomes, et des IgG pour les traitements des lymphomes, et des IgG pour les traitements du cancer du côlon.traitements du cancer du côlon.

ASPECTS COMMERCIAUX ET ASPECTS COMMERCIAUX ET TECHNIQUES DES PLANTIBODIESTECHNIQUES DES PLANTIBODIES

Il n’y a pas encore d’exploitation commerciale des Il n’y a pas encore d’exploitation commerciale des anticorps produits par les plantes. Planet anticorps produits par les plantes. Planet Biotechnology (USA) estime le coût de production Biotechnology (USA) estime le coût de production d’un gramme de IgG par les plantes 10 à 20 fois d’un gramme de IgG par les plantes 10 à 20 fois moins cher au coût classique avec les cellules moins cher au coût classique avec les cellules animales. Ce sont les étapes de purification qui animales. Ce sont les étapes de purification qui alourdissent les coûts chez les plantes. Aussi, alourdissent les coûts chez les plantes. Aussi, l’accumulation de ces molécules thérapeutiques l’accumulation de ces molécules thérapeutiques dans les grains de riz ou de blé est préconisée.dans les grains de riz ou de blé est préconisée.

Il en est de même pour les «vaccins comestibles» Il en est de même pour les «vaccins comestibles» produits par les plantes à partir des protéines produits par les plantes à partir des protéines immunogènes des pathogènes. Les tests sont immunogènes des pathogènes. Les tests sont pratiqués sur des animaux de laboratoire. Ces pratiqués sur des animaux de laboratoire. Ces vaccins oraux doivent être délivrés sous forme vaccins oraux doivent être délivrés sous forme bioencapsulée (liposomes) afin de protéger la bioencapsulée (liposomes) afin de protéger la molécule active.molécule active.

ASPECTS COMMERCIAUX ET ASPECTS COMMERCIAUX ET TECHNIQUES DES PLANTIBODIESTECHNIQUES DES PLANTIBODIES

Un autre aspect concerne le niveau de Un autre aspect concerne le niveau de production de la molécule biopharmaceutique production de la molécule biopharmaceutique qui doit représenter au moins 1% du stock qui doit représenter au moins 1% du stock protéique.protéique.

Certaines propriétés des IgG dépendent de la N-Certaines propriétés des IgG dépendent de la N-glycosylation. Les structures des N-Glycannes glycosylation. Les structures des N-Glycannes des plantibodies sont diverses : 40% étant de des plantibodies sont diverses : 40% étant de type Mannose, les 60% des oligosaccharides ont type Mannose, les 60% des oligosaccharides ont du Xylose et du Fucose liés au core Mannose. du Xylose et du Fucose liés au core Mannose. Cette structure est spécifique des plantes et ne Cette structure est spécifique des plantes et ne se trouve pas chez les mammifères.se trouve pas chez les mammifères.

ASPECTS COMMERCIAUX ET ASPECTS COMMERCIAUX ET TECHNIQUES DES PLANTIBODIESTECHNIQUES DES PLANTIBODIES

De plus, on ne rencontre pas d’acide sialique De plus, on ne rencontre pas d’acide sialique chez les plantibodies alors qu’il représente chez les plantibodies alors qu’il représente jusqu’à 10% des sucres chez un anticorps de jusqu’à 10% des sucres chez un anticorps de souris.souris.

Ces différences de structure dans les Ces différences de structure dans les glycannes n’affectent pas l’activité biologique glycannes n’affectent pas l’activité biologique des plantibodies. Le risque réside seulement des plantibodies. Le risque réside seulement dans des problèmes d’allergie provoqué lors dans des problèmes d’allergie provoqué lors traitements thérapeutiques humains.traitements thérapeutiques humains.

Un autre problème concerne la stabilité des Un autre problème concerne la stabilité des molécules hétérologues bioactives et leur molécules hétérologues bioactives et leur assemblage en structures complexes dans des assemblage en structures complexes dans des compartiments de la cellule végétale compartiments de la cellule végétale (membranes, réticulum endoplasmique, (membranes, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, chloroplastes…).appareil de Golgi, chloroplastes…).

TRANSFORMATION CHLOROPLASTIQUETRANSFORMATION CHLOROPLASTIQUE

Une approche alternative pour l’expression des Une approche alternative pour l’expression des protéines hétérologues consiste à intégrer le protéines hétérologues consiste à intégrer le gène d’intérêt dans le génome chloroplastique.gène d’intérêt dans le génome chloroplastique.

Ainsi par exemple, chez le tabac, on a réussi à Ainsi par exemple, chez le tabac, on a réussi à obtenir 10000 copies du gène par cellule et obtenir 10000 copies du gène par cellule et une accumulation de la molécule recombinante une accumulation de la molécule recombinante de l’ordre de 47% du stock protéique.de l’ordre de 47% du stock protéique.

TRANSFORMATION CHLOROPLASTIQUETRANSFORMATION CHLOROPLASTIQUE

De plus, on n’observe pas les effets de «gène De plus, on n’observe pas les effets de «gène silencieux» lors de l’intégration dans le silencieux» lors de l’intégration dans le génome du chloroplaste. La maturation de la génome du chloroplaste. La maturation de la protéine avec des ponts disulfure est correcte. protéine avec des ponts disulfure est correcte.

La présence des molécules chaperones facilite La présence des molécules chaperones facilite l’assemblage et le repliement des protéines l’assemblage et le repliement des protéines recombinantes. recombinantes.

Ainsi, en 2000, on a obtenu la surproduction Ainsi, en 2000, on a obtenu la surproduction (7% des protéines totales) de l’hormone de (7% des protéines totales) de l’hormone de croissance (somatotropine) dans les croissance (somatotropine) dans les chloroplastes de tabac. chloroplastes de tabac.

CONCLUSIONS & PERSPECTIVES POUR CONCLUSIONS & PERSPECTIVES POUR L'INDUSTRIE PHARMACEUTIQUEL'INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE

OGM : Réservoirs de graines de OGM : Réservoirs de graines de médicaments! Non, toutes les plantes médicaments! Non, toutes les plantes transgéniques ne sont pas à arracher!transgéniques ne sont pas à arracher!

Elles apportent de réels espoirs dans le Elles apportent de réels espoirs dans le traitement de certaines maladies.traitement de certaines maladies.

La maîtrise croissante des techniques de La maîtrise croissante des techniques de transfert de gènes met en évidence le transfert de gènes met en évidence le fabuleux potentiel du système végétal pour fabuleux potentiel du système végétal pour la production de médicaments.la production de médicaments.

Pour l’année 2001, le ministère de l’Agriculture Pour l’année 2001, le ministère de l’Agriculture Française a accordé 6 autorisations de culture en Française a accordé 6 autorisations de culture en plein champs à la plein champs à la Société Meristem Therapeutics Société Meristem Therapeutics pour produire des pour produire des OGM destinés à des OGM destinés à des applications thérapeutiques :applications thérapeutiques :

Tabac pour le collagène, maïs pour la lipase, Tabac pour le collagène, maïs pour la lipase, pour l’albumine et pour la lactoferrine, du pour l’albumine et pour la lactoferrine, du tabac pour l’interféron, un panel d’anticorps tabac pour l’interféron, un panel d’anticorps pour des traitements anticancéreux….pour des traitements anticancéreux….

CONCLUSIONS & PERSPECTIVES POUR CONCLUSIONS & PERSPECTIVES POUR L'INDUSTRIE PHARMACEUTIQUEL'INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE

Le coût pour une production à grande Le coût pour une production à grande échelle est estimé par la Société Meristem échelle est estimé par la Société Meristem Therapeutics à 100 fois inférieur!Therapeutics à 100 fois inférieur!

Autre avantage majeur de ces nouvelles Autre avantage majeur de ces nouvelles substances: elles apportent une sécurité substances: elles apportent une sécurité sanitaire accrue. Les plantes sont sanitaire accrue. Les plantes sont dépourvues d’effets pathogènes, en dépourvues d’effets pathogènes, en particulier de virus dangereux pour l’homme.particulier de virus dangereux pour l’homme.

Ces innovations sont à la base de Ces innovations sont à la base de l’Agriculture Moléculaire ou de l’Agro-l’Agriculture Moléculaire ou de l’Agro-Biotechnologie, important pôle économique Biotechnologie, important pôle économique en émergence!en émergence!

Demain, des pommes de terre et des Demain, des pommes de terre et des bananes seront modifiées pour inoculer en bananes seront modifiées pour inoculer en douceur des vaccins…douceur des vaccins…

CONCLUSIONS & PERSPECTIVES POUR CONCLUSIONS & PERSPECTIVES POUR L'INDUSTRIE PHARMACEUTIQUEL'INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE

Milieu C gélosé

Milieu C liquide

PERSPECTIVESPERSPECTIVES

Obtention de racines isoléesObtention de racines isolées

PERSPECTIVESPERSPECTIVES

PERSPECTIVESPERSPECTIVES

Mode de préparation d’un vaccin comestibleMode de préparation d’un vaccin comestible

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R Fischer, E Stoger, S Schillberg , P Christou, RM Twyman, R Fischer, E Stoger, S Schillberg , P Christou, RM Twyman, Plant-Plant-based production of biopharmaceuticalsbased production of biopharmaceuticals . .Current Opinion in Current Opinion in Plant Biology (2004) 7 : 152-158Plant Biology (2004) 7 : 152-158

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• Dr NATO AIMEDr NATO AIME Maître de Conférences Maître de Conférences Bât. 360 Bât. 360

Institut de Génétique et Institut de Génétique et MicrobiologieMicrobiologie

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