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SOLEIL participe activement à la recherche sur le SARS-CoV-2

Dans la bataille contre le virus SARS-CoV-2, l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) a ouvert début mars 2020 un appel à projets pour le financement de sujets de recherches ciblés sur l’étude du virus. Mobilisés pour faire progresser les connaissances sur ce coronavirus, des scientifiques de la section Biologie / Santé « HelioBio » de SOLEIL (lignes PROXIMA-1 et DISCO) se sont alliés à l’INRAe et à Sanofi dans un projet de recherche commun, intitulé AcceS-Ge CoViD-19, qui vise à déterminer les structures cristallographiques des protéines du virus. Parmi les 270 projets soumis pour financement immédiat, l’ANR en a sélectionné 44, fin mars, dont celui porté par SOLEIL.

Présentation du projet

Il s’agit tout d’abord de cloner l'ensemble des protéines du virus responsable de la CoViD-19. Cloner, cela signifie isoler le morceau d’ADN qui contient l’information pour fabriquer une protéine donnée, et l’insérer dans une « mini-usine » qui va produire cette protéine en grande quantité. La mini-usine en question est une cellule, de bactérie, ou bien eucaryote (cellule de levure, de plante, de mammifère…). Le but du projet est de réaliser cette opération pour chacune des protéines du SARS-CoV2. Ensuite, les chercheurs travailleront soit sur les protéines entières, soit uniquement sur leurs parties « intéressantes » - par exemple la partie de la protéine de l’enveloppe du virus qui va interagir avec une cellule cible chez la personne infectée. Les scientifiques vont alors appliquer, dans une plateforme interne à Synchrotron SOLEIL, une génomique structurale accélérée à ces différentes protéines ou fragments de protéines.

Plus spécifiquement, l’étape de clonage consiste à manipuler des fragments isolés de l’ADN du virus afin de produire des protéines virales inactives, non dangereuses car séparées des autres protéines virales. Lors des manipulations classiques de biologie structurale, il est commun de cloner l’ADN de la protéine que l’on étudie afin de la faire produire par des bactéries dans lesquelles on aura donc inséré le fragment d’ADN portant l’information pour cette protéine. De manière générale, ces protéines sont alors purifiées puis soumises à des criblages de conditions de cristallisation. C’est-à-dire que des dizaines, voire centaines de conditions différentes sont testées de façon automatisée (en utilisant différentes sortes de solvant, différentes concentrations de protéine…). Au final, les scientifiques cherchent à obtenir la protéine sous forme de cristaux, qui seront analysés par diffraction des rayons X sur les lignes de biocristallographie comme PROXIMA-1 et PROXIMA-2A à Synchrotron SOLEIL, et permettront d’avoir accès à la structure 3D de cette protéine, de façon extrêmement précise, à l’échelle de l’atome. Mais ces étapes de purification et de criblage prennent souvent beaucoup de temps, malgré les progrès de la technologie et de l’automatisation des processus

L’objectif de la plateforme est le suivant : la protéine d’intérêt ne sera cette fois pas produite puis purifiée et cristallisée via des étapes longues et à l’issue parfois aléatoire. C’est lors de l’étape même de la fabrication de la protéine, qui est réalisée cette fois non pas par des bactéries mais par des cellules humaines, qu’a lieu le criblage : sont testées différentes façons d’insérer le fragment d’ADN de la protéine dans les cellules, différentes conditions de culture de ces cellules, etc. Et, dans certains cas « optimaux », la protéine va être produite en très grande quantité et former des cristaux naturellement, à l’intérieur des cellules où elle a été fabriquée. Par cette méthode, les étapes de purification et de criblage sont contournées, permettant d'accélérer le processus tout en restant dans un système confiné. Les chercheurs doivent ensuite identifier, parmi toutes les cellules, celles contenant des cristaux de protéine - c’est là qu’intervient la ligne DISCO.

Exemples de cristaux à croissance naturelle. Les cristaux correspondent aux protéines Xpa (a et c), IgG humaine (b), Luciferase de luciole (d) et jaune d'oeuf (e), cristaux apparus naturellement dans des cellules humaines, de mammifères, d'insectes et de batraciens.

Suite à leur production-cristallisation, les structures 3D de ces protéines seront déterminées sur les lignes de cristallographie, comme PROXIMA-1, en analysant sous faisceau de rayons X directement les cellules contenant les cristaux de protéine.  Une fois ces structures connues, elles serviront éventuellement de cible pour des études de conception de médicaments. Ces progrès devraient permettre de mieux comprendre le virus et sa pathogénicité́, et de lancer la mise au point de médicaments antiviraux.

Point d’étape dans l’avancement du projet de recherche

Dès l’annonce des projets sélectionnés par l’ANR, l’équipe SOLEIL – INRAe – Sanofi s’est mise au travail en commençant par planifier les différentes échéances. Dans le contexte du confinement, recevoir le génôme complet du pathogène fut une gageure couronnée de succès début mai, ce qui a permis de débuter le clonage des protéines de SARS-CoV-2. A ce jour, plus d’une trentaine de construits ont été clonés. Prochaine étape : leur transfection dans des cellules avant que ne soient réalisés les criblages de cristallisation in vivo. Pour suivre l'évolution de ce projet pas à pas, rendez-vous sur la page dédiée.