Imaginez une usine où chaque ouvrier n'est ni humain, ni même une machine, mais une plante. Depuis des millénaires, les humains cultivent des plantes pour se nourrir, produire des fibres, du fourrage et du carburant. Mais qu'arriverait-il si, au lieu de récolter des fruits ou des céréales, nous pouvions récolter des médicaments ? Et si chaque cellule était une minuscule usine capable de produire des vaccins, des anticorps ou des enzymes à la demande ?

L'industrie pharmaceutique dépend de molécules complexes, des anticorps utilisés en immunothérapie contre le cancer aux enzymes utilisées dans la production alimentaire. Or, produire ces molécules en grandes quantités est coûteux et gourmand en ressources. C'est là que les plantes entrent en jeu. Avec des cellules dotées des mécanismes nécessaires à l'assemblage de mécanismes complexes, il suffit de trouver un moyen de les faire produire les biomolécules souhaitées de manière fiable, à l'échelle industrielle et durable. C'est sur ce sujet qu'Elena Garcia-Perez et ses collègues ont travaillé à l'Institut de biologie moléculaire et cellulaire végétale de Valence, en Espagne.

Comment les bactéries transforment les plantes en producteurs de protéines

Une méthode intelligente que les scientifiques utilisent pour amener les plantes à produire des protéines spécifiques s'appelle agroinfiltration. Les plantes aiment Nicotiana benthamiana, une espèce apparentée au tabac, reçoit une injection d'une souche bactérienne génétiquement modifiée. Ces bactéries injectent un segment de leur propre ADN, contenant des gènes (des fragments d'ADN codant pour une protéine), dans les cellules de la plante. La plante, incapable de distinguer son propre ADN de celui de la bactérie, commence à fabriquer des protéines selon les instructions de l'ADN bactérien.

Ce mécanisme se produit naturellement et provoque la galle du collet chez les plantes. La plante produit des protéines à partir de l'ADN bactérien qui provoquent la division incontrôlée des cellules végétales, formant ainsi des tumeurs dont les bactéries se nourrissent. En laboratoire, des botanistes ont exploité ce mécanisme à leur propre profit. Ils ont modifié génétiquement les bactéries et remplacé les gènes responsables de la tumeur par un gène d'intérêt, par exemple un anticorps, que la plante produit à la place.

Cette technique de production de protéines a fait des plantes de précieuses alliées dans ce que l'on appelle l'agriculture moléculaire, contribuant ainsi à l'approvisionnement en protéines pour la médecine et l'industrie. Il est bien plus facile de faire produire des protéines par les plantes que de les fabriquer de toutes pièces. Cependant, cette technique présente des limites. L'ADN bactérien ne s'intègre pas au génome végétal, mais circule dans la cellule, se décompose et finit par disparaître. Cela signifie que la protéine n'est produite que pendant une courte période. De plus, la quantité de protéines dépend de la quantité d'ADN bactérien absorbée par les cellules végétales, qui varie d'une plante à l'autre. Cela entraîne d'importantes variations dans la quantité de protéines produites d'un lot à l'autre, une irrégularité qui constitue un obstacle majeur à une production efficace et durable de protéines et limite le recours à l'agroinfiltration pour la production à grande échelle.

CuBe : une façon plus intelligente de cultiver des protéines

Pour s'attaquer à ces problèmes, les chercheurs se sont tournés vers un autre envahisseur végétal : les virus. Plus précisément, ils ont exploité le mécanisme d'infection du virus du nanisme jaune du haricot, un virus doté d'une astuce d'autocopie. Lorsque ces virus infectent les plantes et injectent leur ADN dans les cellules végétales, celui-ci ne se contente pas de flotter dans la cellule ; il s'intègre au génome végétal. Il peut ainsi se répliquer à l'infini, assurant ainsi un approvisionnement constant dans la cellule.

Les scientifiques ont conçu ce système dans ce qu'on appelle CubeCuBe contient les éléments viraux qui permettent l'intégration et l'autocopie du génome, ainsi que le gène de la protéine à produire. Une fois dans le génome, le système CuBe s'autocopie, augmentant ainsi la quantité de protéines produites par plante et garantissant une productivité égale pour tous les lots. Idéal pour la mise à l'échelle !

Mais les chercheurs ont voulu aller plus loin. Ils souhaitaient non seulement contrôler la quantité de protéines produites, mais aussi le moment de leur production. Ainsi, au lieu de forcer les plantes à produire des protéines en permanence, elles sont incitées à n'en produire que lorsque les conditions sont optimales. C'est ce qu'on appelle un « système inductible ». Ils ont modifié l'ADN viral afin que la protéine ne soit produite qu'en présence d'ions cuivre, présents dans les engrais agricoles courants. Ces engrais sont économiques et écologiques, ce qui rend le processus efficace, mais aussi économique et durable.

Pour tester leur conception, Garcia-Perez et ses collègues ont introduit le système CuBe dans Nicotiana benthamiana Dans le but de produire des anticorps contre le SARS-CoV-2, le virus responsable de la COVID-19. Cinq minutes après le traitement au cuivre, les plantes produisaient déjà des anticorps. Les chercheurs ont été particulièrement satisfaits du succès de l'utilisation du cuivre comme déclencheur et ont émis l'hypothèse que son efficacité pourrait être due à : « la longue stabilité et la persistance des ions métalliques Cu dans les tissus végétaux, contrairement à d’autres molécules de signalisation (organiques) très volatiles et/ou plus sujettes à la dégradation. »

Importance des recherches sur la psychose

Dans le monde d'aujourd'hui, il est crucial de développer des systèmes de production de protéines efficaces et durables : pour se préparer aux pandémies, assurer un accès mondial aux médicaments et répondre à la demande de biomolécules abordables. À cet égard, nous constatons que de nombreux efforts sont déployés pour développer l'agriculture moléculaire comme solution écologique et évolutive. Espérons qu'un jour, les plantes serviront non seulement de cultures vivrières, mais aussi de minuscules usines vivantes.

LIRE L'ARTICLE:

Garcia-Perez, E., Vazquez-Vilar, M., Lozano-Duran, R., & Orzaez, D. (2025). CuBe : un système d'expression régulé par le cuivre à base de géminivirus adapté à l'activation post-récolte. Journal de la biotechnologie des plantes, 23(1), 141-155. https://doi.org/10.1111/pbi.14485

About the Author:

Olivia a récemment obtenu un master intégré en biologie à l'Université d'Oxford. En dernière année, elle s'est spécialisée en biologie cellulaire végétale et a développé un vif intérêt pour le système endomembranaire végétal. Elle est impatiente de commencer son doctorat à Oxford Brookes cet automne.

Image de couverture: Nicotiana benthamiana by Geoff Byrne / iNaturalist CC-BY-NC