La production massive de protéines recombinantes à l’aide d’« usines » de cellules de levure nécessite du méthanol, un composé qui nécessite une manipulation sûre, comporte un risque de prendre feu et produit parfois des sous-produits nocifs. Des chercheurs du Département de biochimie (BC) de l'Institut indien des sciences (IISc) ont maintenant développé un procédé alternatif plus sûr qui repose sur un additif alimentaire courant appelé glutamate monosodique (MSG).
Les protéines recombinantes, telles que les antigènes vaccinaux, l'insuline et les anticorps monoclonaux, sont produites en masse par culture de cellules bactériennes, virales ou mammifères modifiées dans de grands bioréacteurs. L'organisme le plus utilisé est la levure Pichia pastoris (maintenant appelée Komagataella phaffii). Il contient un promoteur unique :une région génétique spécifique qui peut être activée par le méthanol. Ce promoteur code pour une enzyme appelée alcool oxydase (AOX).
Pour produire en masse une protéine recombinante, le gène codant pour cette protéine est épissé dans le génome de la levure juste à côté du promoteur AOX. Les cellules de levure reçoivent ensuite du glycérol ou du glucose comme source de carbone. Une fois qu'un nombre suffisant de cellules se sont formées, du méthanol est ajouté, ce qui active ensuite le promoteur AOX, et les cellules commencent à produire la protéine recombinante en grande quantité.
La plupart des industries utilisent ce procédé induit par le méthanol pour produire des protéines recombinantes. Cependant, le méthanol est hautement inflammable et dangereux, nécessitant des précautions de sécurité strictes, souligne PN Rangarajan, professeur à BC et auteur correspondant de l'étude publiée dans Microbial Cell Factories. . Le méthanol est également métabolisé pour former du peroxyde d'hydrogène qui peut induire un stress oxydatif dans les cellules de levure ou endommager les protéines recombinantes.
Pour résoudre ce problème, Trishna Dey, ancienne doctorante. étudiant en Colombie-Britannique, a commencé à chercher des alternatives. Après une recherche approfondie, l'équipe a découvert que le glutamate monosodique (MSG), un additif alimentaire approuvé par l'USFDA, peut activer un promoteur différent dans le génome de la levure qui code pour une enzyme appelée phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK). L'activation de ce promoteur avec MSG a conduit à une production de protéines similaire à l'activation du promoteur AOX par le méthanol.
L'optimisation du milieu de culture cellulaire pour ce nouveau processus non testé était un défi, explique Neetu Rajak, premier auteur et Ph.D. étudiant en Colombie-Britannique. Pendant longtemps, les cellules de levure se développaient mal dans les flacons agités et produisaient très peu de protéines recombinantes. "Il fut un temps où nous avons failli abandonner parce que nous pensions que cela n'allait pas marcher", se souvient Rangarajan.
Le groupe a finalement compris que l’utilisation du MSG seul n’était pas suffisante. Vedanth Bellad et Yash Sharma, assistants de projet à BC et co-auteurs, expliquent qu'ils ont essayé de compléter la culture avec divers autres composés, jusqu'à ce qu'un seul réussisse :l'éthanol.
L'ajout d'éthanol a aidé les cellules à croître plus rapidement, ce qui a augmenté la biomasse et la quantité de protéines recombinantes produites. L'éthanol est également plus sûr pour les cellules de levure que le méthanol, car il ne produit pas de sous-produits toxiques une fois décomposé.
Pour tester leur processus, l’équipe a essayé de produire le domaine de liaison au récepteur du SRAS-CoV-2, un antigène vaccinal largement utilisé qui a été exprimé avec succès dans les cellules de levure et de mammifères. Ils ont découvert que leur nouveau système d'expression produisait deux fois plus d'antigène que le processus induit par le méthanol.
Les chercheurs espèrent que ce nouveau système d'expression indigène pourra être utilisé dans les industries biotechnologiques pour produire en masse des protéines précieuses, notamment des protéines de lait et d'œuf, des compléments alimentaires pour bébés et des nutraceutiques, en dehors des molécules thérapeutiques.
