Des produits pharmaceutiques moins coûteux grâce à des vers à soie

Mettre les vers à soie à contribution

NIAS élève toutes sortes de vers à soie, ce qui rend service à la recherche tout en contribuant à la préservation des espèces.

L’Institut national des sciences agrobiologiques (NIAS), qui a été fondé en 2001, joue un rôle clé dans la biotechnologie japonaise. Dans le cadre de l’un de ses projets les plus importants, des savants sont en train d’essayer d’exploiter la capacité étonnante des vers à soie de fabriquer des protéines, en les incitant à en produire d’autres que celles qu’ils secrètent naturellement. On trouve déjà sur le marché des cosmétiques à base de protéines produites par des vers à soie transgéniques et les chercheurs envisagent maintenant d’utiliser le bombyx du mûrier pour fabriquer des produits pharmaceutiques fiables à un prix abordable.

La sériciculture, c’est-à-dire l’élevage de vers à soie (bombyx du mûrier) pour obtenir du fil de soie, est apparue en Chine environ quinze siècles avant J.-C. et elle est arrivée dans l’Archipel vers le II^e siècle de notre ère. Au début du XX^e siècle, le Japon était le premier producteur de soie du monde, mais l’invention de fibres synthétiques et le développement prodigieux de l’industrie ont mis en difficulté les petits producteurs japonais. Aujourd’hui la soie provient essentiellement de Chine, d’Inde et de Thaïlande.

Au Japon, il existe quelque six cents espèces de vers à soie, dont certaines sont génétiquement modifiées. Une des caractéristiques communes du bombyx du mûrier, c’est que, contrairement aux autres insectes, il ne peut pas voler, même quand la chenille se métamorphose et sort de son cocon sous forme de papillon.

Les vers à soie compatibles avec la sériciculture ont été sélectionnés et « domestiqués » pendant des milliers de générations, ce qui a grandement facilité la tâche des chercheurs quand ils ont voulu les transformer génétiquement pour pouvoir exploiter certaines de leurs propriétés. Comme tous les organismes génétiquement modifiés, les vers à soie transgéniques sont soumis à des contrôles et à des restrictions très sévères en vertu du Protocole de Carthagène sur la biosécurité signé le 29 janvier 2000 dans le cadre de l’Organisations des Nations Unies(*1). Le fait que les vers à soie soient dépourvus de la capacité de voler permet de veiller plus facilement à ce qu’aucun membre d’une espèce transgénique ne s’échappe dans la nature et ne se mélange avec les espèces naturelles.

La femelle du papillon du bombyx du mûrier pond 300 à 400 œufs (ou graines) en une seule fois. Quand les graines éclosent, les larves de ver à soie ont la taille d’un petit morceau de fil, mais au cours de leur croissance, qui comporte quatre mues, elles multiplient leur poids par dix mille.

Un mois après leur éclosion, les larves s’enferment dans un cocon et pour ce faire, elles produisent une grande quantité de protéines qui leur servent de matière première. Elles sont dotées de glandes séricigènes composées de trois parties bien distinctes qui produisent chacune des types de protéines différents. C’est ainsi que la partie arrière de la glande fabrique une protéine fibreuse appelée « fibroïne », et la partie médiane, une protéine gélatineuse appelée « séricine ».

Le fil de soie est une mélange constitué d’environ 75 % de fibroïne et de 25 % de séricine. La séricine est une matière gélatineuse soluble dans l’eau. Quand on plonge les cocons dans l’eau bouillante, elle disparaît et seule reste la fibroïne fibreuse qui deviendra le fil de soie.

La technique de la recombinaison génétique

Les graines de vers à soie font environ 1 mm de diamètre. Pour injecter de l’ADN dans la partie de l’œuf qui se transformera en cellules germinales, il faut une grande dextérité (en haut). Uchino Keirô, directeur de recherches au NIAS, introduit de l’ADN dans un œuf de ver à soie à l’aide d’un microscope (en bas).

Les chercheurs de l’Institut national des sciences agrobiologiques qui travaillent sur les vers à soie génétiquement modifiés injectent deux brins d’ADN dans chaque œuf de bombyx du mûrier pour en faire des vers à soie transgéniques. Le premier des ces brins est un vecteur d’ADN (*2). Il contient des gènes étrangers qui fabriquent des protéines spécifiques, appelées élément à ADN transposable (ou transposon), et qui sont capables de se déplacer et de se multiplier de façon autonome dans un génome. Le second est un brin d’ADN complémentaire qui contient des enzymes facilitant le transfert d’ADN. Une fois les deux brins d’ADN injectés dans l’œuf, ont attend que celui-ci éclose. La nouvelle génération est alors contrôlée et sélectionnée en tant que vers à soie recombinants utilisables.

« Quand nous injectons les brins d’ADN, nous visons la partie de l’œuf qui se transforme en cellules germinales », précise Uchino Keirô, directeur de recherches au NIAS. « Cela permet de transmettre des propriétés spécifiques aux générations suivantes. C’est grâce à cette technologie que la production de masse de vers à soie génétiquement modifiés est devenue possible. »

Il y a neuf ans, l’Institut national des sciences agrobiologiques a mis au point une nouvelle technique qui a permis aux chercheurs de choisir l’emplacement de l’œuf où les propriétés du gène étranger apparaissent. En injectant les brins d’ADN dans la partie arrière de la glande séricigène des vers à soie, qui sécrète la protéine fibreuse appelée fibroïne, ils ont réussi à modifier les caractéristiques du fil de soie. Grâce à cette technique ils sont même arrivés à produire du fil de soie de couleurs fluorescentes.

Machii Hiroaki, directeur du Centre de recherches sur les organismes génétiquement modifiés du NIAS

Quand la partie médiane de la glande séricigène — qui sécrète la protéine gélatineuse appelée séricine — apparaît, l’œuf produit aussi des protéines qui affectent la structure interne de la séricine. Et comme la séricine se dissout facilement dans l’eau, les protéines produites de cette façon sont très faciles à extraire. « Nous avons créé des espèces dont la production de protéines est constituée à 98 % de séricine », explique Machii Hiroaki, directeur du Centre de recherches sur les organismes génétiquement modifiés du NIAS. « Il suffit de combiner ces espèces avec d’autres pour obtenir un plus grand nombre de protéines. »

L’Institut national des sciences agrobiologiques travaille en étroite collaboration avec le Centre des technologies de la sériciculture de Gunma, ainsi qu’une coopérative agricole de vers à soie transgéniques de Maebashi et un certain nombre d’entreprises du secteur privé. Machii Hiroaki se dit optimiste pour l’avenir. « A l’heure actuelle, l’industrie de sériciculture japonaise traverse une période difficile, mais j’ai bon espoir que les vers à soie génétiquement modifiés lui permettront de se redresser. »

Des cosmétiques aux produits pharmaceutiques

Les Laboratoires immuno-biologiques de Fujioka, dans la prèfecture de Gunma, ont réussi à créer un ver à soie génétiquement modifié qui produit du collagène humain (*3), et ce avec l’assistance technique de l’Institut national des sciences agrobiologiques. Ce collagène humain est déjà employé pour la fabrication de produits cosmétiques en vente dans le commerce. 

Jusque-là, le collagène naturel était difficile à se procurer. Les nouveaux vers à soie génétiquement modifiés des Laboratoires immuno-biologiques produisent environ 10 mg de collagène par cocon. Pour récupérer cette précieuse substance, on dissout les cocons dans l’eau et on filtre le tout pour récupérer la fibre. Mais cette technique n’est pas sans difficulté. En effet, la séricine, qui est gélatineuse, a tendance à coller au filtre, ce qui complique les opérations de filtrage. Tomita Masahiro, responsable du département de la fabrication des protéines des Laboratoires immuno-biologiques, a fini par mettre au point une méthode qui lui permet de récupérer 6 à 7 mg de collagène sur les 10 mg produits par chaque cocon.

Les Laboratoires immuno-biologiques de Fujioka utilisent du collagène humain issu de vers à soie transgéniques pour fabriquer, entre autres, des cosmétiques. Les produits de beauté classiques utilisent du collagène provenant de poissons qui a l’inconvénient de provoquer des allergies chez certaines personnes. Avec le collagène humain, ce problème n’existe pas. Qui plus est, son image est valorisée par le fait qu’il est associé à la soie et aux cocons.

Quand on introduit de nouveaux matériaux sur un marché déjà existant, la compétitivité des coûts est aussi importante que la qualité. Les chercheurs des Laboratoires immuno-biologiques pensent que les protéines produites par des vers à soie transgéniques sont intéressantes en termes de coûts pour l’industrie pharmaceutique.

 « Nous envisageons de créer une gamme complète de produits pharmaceutiques et de médicaments vendus sans ordonnance. Beaucoup d’agents de diagnostic contiennent des anticorps obtenus à partir de cultures de cellules ou de souris. Du point de vue de la protection et du respect des animaux, il vaut mieux éviter d’avoir recours aux souris. Quant à la culture cellulaire, elle n’est pas non plus idéale dans la mesure où son coût élevé implique un produit fini plus onéreux. Tous ces problèmes seraient résolus si nous pouvions faire produire des anticorps à des vers à soie.

Les anticorps appartiennent à la famille des protéines. C’est pourquoi nous espérons que nous pourrons fabriquer des produits pharmaceutiques fiables et abordables de cette façon », déclare Tomita Masahiro.

Pendant des millénaires, les hommes ont admiré la beauté et la texture de la soie. Les protéines produites par des vers à soie transgéniques devraient bientôt permettre de fabriquer des remèdes fiables et bon marché qui nous aideront à rester en bonne santé. Les êtres humains auront alors une raison de plus d’éprouver de la reconnaissance envers les vers à soie.

(Original en japonais écrit par Hayashi Aiko. Photographies de Hans Sautter.)