Publicité

Covid-19 : les laboratoires en panne de souris transgéniques

Par
Les souris nécessaires sont rares, souligne Christophe d’Enfert, de l’Institut Pasteur à Paris. "Le problème que nous rencontrons est que plus personne n’utilisait ces souris transgéniques depuis l’épidémie de SARS-CoV-1 au début des années 2000."
Les souris nécessaires sont rares, souligne Christophe d’Enfert, de l’Institut Pasteur à Paris. "Le problème que nous rencontrons est que plus personne n’utilisait ces souris transgéniques depuis l’épidémie de SARS-CoV-1 au début des années 2000."
© Getty - D-Keine

Enquête. Depuis la crise du SRAS, une petite souris hACE2 est en mesure d'aider les chercheurs du monde entier à tester leurs vaccins et médicaments. Mais les délais de livraison de ces modèles murins se comptent en semaines et ralentissent la course contre la montre lancée pour vaincre le Covid-19.

En cette période où les soignants manquent de masques, de surblouses, de gants, parfois même de respirateurs ou de tests, malgré leur montée en puissance, il est un maillon de la chaîne dont les chercheurs manquent aussi et auquel on ne pense pas spontanément. Ce sont les souris de laboratoires. Mais pas n'importe quelle souris. Il s'agit d'une lignée transgénique, créée il y a treize ans et qui était pratiquement passée de mode. Une lignée capable d'attraper le Covid-19 et indispensable pour tester les futurs traitements et vaccins. Zoom sur ce petit rongeur qui n'est élevé, à l'échelle mondiale, que dans une poignée de laboratoires ultra-spécialisés. 

Retour en 2007

En 2007, le chercheur Paul B. McCray de l’université d’Iowa a créé un nouveau modèle de souris transgénique qui pourrait se révéler utile dans la lutte contre le Covid-19. Dans son article paru dans Journal of Virology, le 8 janvier 2007, il expliquait que l’absence de modèle animal à l’époque de la crise du SRAS, en 2002-2003, avait freiné le développement d’approches thérapeutiques. Il n'y avait alors sur le marché aucune souris capable de mimer cette nouvelle maladie humaine et donc de servir de modèle expérimental. 

Publicité

Le SARS-CoV - le coronavirus inconnu qui a surgi en Chine dans la province de Guangdong en 2002 et frappé plus de 8 000 personnes à travers le monde - est hébergé par les chauves-souris. Mais il peut aussi infecter des hamsters, des furets et quelques espèces de primates. Néanmoins, aucun de ces animaux ne développent complètement la pathologie et ses syndromes respiratoires sévères qui causent la mort des humains. 

Rendre les souris sensibles au Covid-19

L’équipe du Dr McCray a donc cherché à introduire chez les rongeurs une enzyme humaine (ACE2) qui a été par ailleurs identifiée comme jouant un rôle essentiel dans l’invasion des cellules par le SARS-CoV. L’objectif était de pouvoir rendre ces souris de laboratoire sensibles à la maladie et donc à un éventuel traitement. 

Aujourd’hui, le SARS-CoV-2, le nouveau coronavirus qui a émergé dans la province du Hubei en décembre dernier et a déjà atteint plus de 2,4 millions de personnes à travers le monde, a aussi besoin de cette même enzyme ACE2 pour infecter les cellules de la muqueuse respiratoires de nos organismes. Comme l’ont montré en 2005 les recherches du virologue autrichien Josef Penninger

Ce processus se produit au tout début de l’infection. Les études menées sur la famille des coronavirus ont montré qu’ils possèdent à leur surface une couronne de protéines dites "Spike" qui, une fois activées deviennent capables de se fixer à la surface de nos cellules pour y pénétrer. C’est ici qu’entre en action le récepteur ACE2.

Le rôle crucial de l'enzyme humaine hACE2

L’ACE2 humaine - l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 - joue un rôle dans le fonctionnement du muscle cardiaque et régule la tension chez l’homme. D’une façon générale, un virus s’attache aux récepteurs situés sur la membrane cytoplasmique des cellules. Dans le cas présent, ce récepteur est donc l'hACE2.

Pour être encore plus précis, "la souris possède une enzyme ACE2 dont la composition est différente de la nôtre", explique Christophe d’Enfert, le directeur scientifique de l’Institut Pasteur de Paris, "par conséquent les interactions entre la protéine 'Spike' du virus et le récepteur ACE2 de la souris ne sont pas productives et le coronavirus n’infecte les souris que de façon très inefficace." D'où l'importance de modifier génétiquement le petit rongeur pour introduire l'enzyme humaine qui le rendra sensible à l'infection. 

Pour que cette enzyme, donc cette protéine ACE2 puisse s’exprimer, les chercheurs américains ont dû également lui associer le promoteur d’une autre protéine humaine, la cytokératine 18 ou K 18. Comme l’explique l’enseignant-chercheur Christophe Carnoy, qui travaille au Centre d’Infection et d’Immunité de l’Institut Pasteur de Lille :  

Un promoteur permet à un gène d’être exprimé. Le gène seul ne suffit pas. Dans le cas des souris transgéniques ACE2, le promoteur K18 permet l’expression de ACE2 et surtout un ciblage de l’expression de cette enzyme dans les cellules épithéliales et notamment les cellules bronchiques. 

Le Covid-19, on le sait, s’attaque surtout au poumon chez l’homme. L'objectif était qu'il s'attaque aussi aux poumons du rongeur. L’équipe de McCray a donc obtenu que les nouvelles souris génétiquement modifiées réagissent au coronavirus du SRAS presque comme nous. "Dans l’étude de 2007, on voit qu’elles ont, effectivement, développé une pathologie respiratoire grave et sont mortes très rapidement. C’est très impressionnant.", conclut Christophe Carnoy.

"Plus personne n'utilisait ces souris : le virus du SRAS était passé de mode"

Il est à présent avéré que ces souris sont un bon modèle pour l’étude de l’infection par le coronavirus. Mais elles sont rares, souligne Christophe d’Enfert, le directeur scientifique de l’Institut Pasteur à Paris. "Le problème que nous rencontrons est que plus personne n’utilisait ces souris transgéniques depuis l’épidémie de SARS-CoV-1 au début des années 2000. Parce que ce virus était passé de mode. Par conséquent, aujourd'hui, la colonie de souris transgéniques est réduite et ne permet pas de répondre aux besoins de la communauté scientifique. Le Jackson Laboratory est en train d’amplifier cette colonie de souris transgénique, mais ils ne pourront pas la commercialiser avant courant mai ou début juin. Ce n’est donc pas pour tout de suite." 

Le Jackson Laboratory est la société qui collecte et élève le plus grand nombre de souris de laboratoire au monde. Elle s’enorgueillit de pouvoir produire 11 000 lignées différentes et d’avoir été associée à l’attribution de 26 Prix Nobel. Fondée en 1929, l’entreprise est implantée dans le Maine, à Bar Harbor, mais aussi en Californie et à Shanghai, en Chine. C’est une sorte de banque de dépôt qui met à disposition des équipes de recherche du monde entier des modèles animaux, essentiellement des souris. La plateforme a un statut un peu particulier, elle vend ses animaux comme une entreprise privée mais elle est également financée en grande partie par le NIH, comme on peut le lire sur son site internet. Le National Institutes of Health (NIH) étant l’agence de recherche fédérale qui émane du ministère américain de la Santé. Cela insuffle donc au Jackson Laboratory une force de frappe inégalée. Cependant, le géant américain ne parvient pas, pour l’instant, à fournir à toutes les équipes qui le demandent ses fameuses souris hACE2. 

Pas de souris vivante disponible avant fin mai

La raison est simple : ce modèle était cryoconservé. Toutes les lignées de souris ne peuvent pas être gardées en production vivante. Dans le cas de celle-ci, le laboratoire a dû décongeler les embryons avant de les réimplanter dans des souris vivantes et de relancer la colonie. Cela prend des mois d'"amplifier" une lignée de souris, il faut le temps - incompressible - de la gestation et celui de la multiplication. Les souris mâles sont fertiles au bout de 5 semaines de vie, les femelles au bout de 7 semaines et elles mettent bas au bout d’une vingtaine de jours. Sur le catalogue en ligne du Jackson Laboratory, les commandes sont déjà ouvertes mais la livraison est attendue au mieux fin mai, voire en juin. 

Or les chercheurs du monde entier ont engagé depuis février une véritable course contre la montre pour mettre au point leurs vaccins et leurs traitements contre le Covid-19. 

"A l’Institut Pasteur, nous développons un vaccin basé sur notre vaccin contre la rougeole et il y a d’autres stratégies vaccinales que nous sommes en train d’explorer. On s’intéresse aussi aux approches thérapeutiques", détaille Christophe d’Enfert, qui sait que le recours aux souris de laboratoire sera incontournable. "C’est un stade indispensable, ajoute-t-il_. A l’exception de quelques médicaments qui ont déjà une autorisation de mise sur le marché et que l’on pourrait repositionner pour la prévention ou le traitement du Covid-19, il est nécessaire de faire des études précliniques en utilisant des modèles animaux. Que ce soient des modèles murins (de souris, NDLR) ou des modèles plus sophistiqués que sont les primates non humains."_

Pour se procurer ce type de souris, les chercheurs du monde entier ont plusieurs fournisseurs possibles. Le prestigieux Jackson Lab, mais aussi - au moins - trois autres entreprises. Car dans ce monde ultra perfectionné de la recherche biomédicale, où le niveau d’expertise est extrêmement élevé, trois firmes chinoises, plus récentes que le Jackson, sont elles aussi parvenues à créer des lignées de souris hACE2 après la crise du SRAS. Cyagen, Gem Pharmatech et Vital River - dont les patronymes ne sonnent pas vraiment comme des sociétés asiatiques - ont réussi à fabriquer ces modèles murins infectables par le Covid-19. 

Créer ses propres souris transgéniques

Cela dit, les quatre lignées ne sont pas absolument identiques. Quand le Jackson Laboratory associe à l’enzyme humaine ACE2 la protéine K 18, les chercheurs chinois lui ont préféré d’autres promoteurs. "Le promoteur joue sur la localisation et l’expression des gènes. Les laboratoires choisissent donc tel ou tel promoteur pour que le gène exprime telle ou telle quantité de protéines dans tel ou tel tissus." explique un immunologiste qui préfère rester anonyme. "C’est tout le jeu biologique qu’il y a derrière ces modifications génétiques. A la fin, on obtient des modèles qui ont de petites subtilités auxquelles il faut faire attention."  

Sur les sites respectifs des éleveurs chinois, les souris hACE2 sont disponibles sur commande. Mais là encore, il faut attendre quelques semaines. Face à ce délai, l’Institut Pasteur réfléchit à d’autres stratégies. "On s’est rendu compte qu’obtenir des souris transgéniques Jackson n’est pas si simple, reconnaît Christophe d’Enfert, le directeur scientifique de l’Institut Pasteur : 

Il faut donc que nous contournions cette difficulté. Nous avons décidé de construire nous-mêmes des souris transgéniques. Le travail a commencé dans le courant du moins de février. Il faut faire des constructions génétiques, permettant de faire de la transgenèse. C’est un processus assez long, mais on se rapproche du but. 

Créer une souris transgénique, même lorsque l’on connaît l’enzyme qu’il faut introduire dans son organisme, n’est pas chose aisée. "Les opérations génétiques sont ciblées mais relativement aléatoires", explique encore l’immunologiste qui préfère conserver l’anonymat, "C’est la beauté de la biologie ! Vous pouvez injecter une construction génétique dans un animal, il va donner naissance à une portée de dix individus qui n’auront pas la même représentation génétique à chaque fois. Et il faudra vérifier chaque petit pour vous assurer qu’il exprime correctement, dans les tissus que vous vouliez, la molécule en question. Or, c’est très variable, il faut répéter souvent l’opération et cela nécessite du temps. Il y a une part d’incompressible et une part d’aléatoire__.

En attendant de parvenir à cette nouvelle lignée de rongeurs transgéniques, le centre de recherche biomédicale basé à Paris a également décidé d’explorer d’autres pistes : "Nous avons à l’Institut Pasteur d’autres souris, qui ont un patrimoine génétique différent. On est en train d’évaluer si, parmi ces collections, il y a des souris susceptibles de développer naturellement une infection par le coronavirus", poursuit Christophe d’Enfert. Et d'ajouter qu'"Il a aussi été montré que le hamster pouvait être utilisé comme modèle. Il constituerait une alternative au modèle souris. Une étude a été publiée, à nous de voir si cela se confirme et si nous pouvons l’utiliser."

Des souris encore plus "humaines"

Le nec plus ultra serait de pouvoir créer des souris encore plus "humaines". Lorsque l'on injecte le SARS-CoV-2 dans une souris hACE2, même si elle réagit presque comme nous et développe la maladie, c’est un système murin qui répond à l’attaque virale. "Quand vous testez un vaccin sur un rongeur, même si c’est un bon modèle physiopathologique, vous testez votre vaccin… et la réponse immunitaire est une réponse de souris. D’accord ? Si en revanche on adopte un modèle de souris humanisée pour le système immunitaire, on aura une première ébauche de réponse humaine à ces vaccins." explique le chercheur français qui souhaite rester anonyme. Pour ce faire, il faudrait avoir recours à une souris immunodéficiente à laquelle on implante un système immunitaire humain. "Ce modèle de souris humanisée avait été créé à l’Institut Pasteur au moment de l’épidémie de sida, parce que le virus HIV n’infectait pas les lymphocytes murins… mais seulement humains." Les chercheurs maîtrisent donc bien ces techniques, qui consistent à débarrasser la souris de son propre système de défense contre les virus avant de la doter d'un mécanisme beaucoup plus proche du nôtre. Mais pour l’instant les souris humanisées n’ont pas été testées au Covid-19 et on ne sait pas si elles s’infecteraient naturellement en présence du coronavirus. 

Les équipes en doutent et estiment qu’il faudra probablement faire subir à ces souris humanisées de nouvelles manipulations génétiques pour espérer offrir au SARS-CoV-2 une porte d’entrée dans leur organisme. Ce qui veut dire qu’un modèle aussi performant qu'une souris humanisée sensible au Covid-19 ne serait pas disponible avant un ou deux ans

Des normes éthiques très strictes

Or, étant donné l’urgence sanitaire, il faut surtout parer au plus pressé et fournir aux équipes du monde entier des modèles fiables dans les délais les plus raisonnables. Car le chemin est encore assez long : "Une fois que vous avez identifié un vaccin qui devrait marcher, vous le testez dans ce qu’on nomme un challenge infectieux. La souris transgénique hACE2 est d’abord traitée avec le vaccin, puis ensuite vous la 'challengez' avec le virus. Vous mettez ce dernier à l’épreuve. La souris permet donc de mesurer l’efficacité du vaccin." rappelle Christophe d’Enfert, de l’Institut Pasteur. 

Il insiste aussi sur les conditions éthiques dans lesquelles ces expériences sont réalisées. De l’élevage au laboratoire, tout le processus est encadré par des normes éthiques très strictes. "Nous utilisons le moins d’animaux possibles", insiste Christophe d’Enfert, "les modèles cellulaires sont systématiquement utilisés avant de se lancer dans des modèles animaux, pour tester uniquement les stratégies qui vont marcher. On s’assure du bien-être animal. On fait très attention."

Ce recours aux modèles animaux reste néanmoins indispensable. Actuellement, une vingtaine d’équipes à travers le monde sont en train de tester des candidats-vaccins évalue le directeur scientifique de l’Institut Pasteur. "Il est justifié d’essayer toutes les stratégies pour parvenir le plus rapidement possible à disposer d’un vaccin. L’épidémie est quand même violente et compliquée", conclut Christophe d’Enfert, "Même si le vaccin n’est pas pour tout de suite, il sera essentiel. Pour nous, à l’Institut Pasteur, on peut imaginer que des essais cliniques de phase 1 pourront commencer à la fin de l’été." Il y a urgence : la pandémie a déjà frappé 193 pays et causé la mort d'au moins 165 000 personnes.