Les anticorps sont indispensables dans la recherche biologique et le diagnostic médical. Cependant, leur production est chronophage, cher, et nécessite l'utilisation de nombreux animaux. Des scientifiques de l'Institut Max Planck de chimie biophysique de Göttingen, Allemagne, ont maintenant développé des nanocorps dits secondaires qui peuvent remplacer les anticorps les plus utilisés et peuvent réduire considérablement le nombre d'animaux dans la production d'anticorps. Ceci est possible car les nanocorps secondaires peuvent être produits à grande échelle par des bactéries. De plus, les nanobodies secondaires surpassent leurs homologues d'anticorps traditionnels dans les applications clés de la biologie cellulaire.

En tant qu'élément central de notre système immunitaire, les anticorps nous protègent les humains et les autres vertébrés contre les agents pathogènes. Elles sont, cependant, également des outils essentiels dans le diagnostic médical, thérapie, et la recherche fondamentale - par exemple en microscopie à fluorescence. Lorsque les chercheurs veulent étudier une certaine protéine dans une cellule, ils peuvent le marquer sélectivement avec des anticorps dirigés contre cette protéine. Une fois que ces anticorps dits primaires ont lié leur cible, des anticorps secondaires sont appliqués. Ceux-ci se lient aux anticorps primaires, portent des colorants fluorescents qui s'illuminent au microscope, et ainsi rendre visible la protéine d'intérêt.

La grande variété d'anticorps primaires est traditionnellement produite chez les petits mammifères tels que les lapins et les souris :les animaux sont immunisés avec la protéine purifiée - ceci est comparable à la vaccination des humains. Par conséquent, le système immunitaire des animaux forme des anticorps contre la protéine. Les anticorps sont enfin collectés à partir du sang des animaux, et traité. Comme les anticorps sont utilisés par des milliers de laboratoires dans le monde et parce que la plupart de leurs applications reposent sur des anticorps secondaires, ces derniers sont très demandés. Par conséquent, la production d'anticorps secondaires nécessite non seulement beaucoup, mais aussi de gros animaux comme les ânes, chèvres, ou mouton. Cela pose un problème éthique.

Des nanocorps secondaires peuvent être produits dans des bactéries

Des chercheurs de l'Institut Max Planck de chimie biophysique présentent désormais une alternative durable qui peut remplacer les anticorps secondaires dirigés contre les anticorps primaires de souris ou de lapins. Il repose sur des nanocorps et peut réduire considérablement le nombre d'animaux utilisés pour la production d'anticorps. Les nanobodies sont des fragments d'anticorps spéciaux provenant de chameaux et d'espèces apparentées telles que les alpagas. "Nous avons développé des nanocorps secondaires qui non seulement fonctionnent très bien, mais aussi, elles peuvent être produites microbiologiquement à n'importe quelle échelle - tout comme la bière dans un fermenteur, " explique Dirk Görlich, Directeur à l'Institut Max Planck de Göttingen et responsable du projet.

"Les anticorps secondaires doivent répondre à des exigences de qualité extrêmement strictes et ne doivent détecter que les anticorps primaires d'une seule espèce et aucune structure dans les cellules analysées ou les échantillons médicaux. Ainsi, le problème était d'obtenir des plans de construction de nanocorps secondaires vraiment parfaits. Nous avons commencé avec un grand nombre de variantes que nous avons extraites d'une petite quantité de sang de deux alpagas immunisés. Par phage display, nous avons ensuite recherché les meilleures variantes et les avons finalement utilisées pour programmer des bactéries pour la production de nanocorps, " élucide Tino Pleiner, premier auteur de l'ouvrage.

Les nanocorps ont été décrits pour la première fois en 1993 par un groupe de scientifiques pionniers belges. Depuis, les chercheurs essaient d'en tirer parti pour leur travail en laboratoire. Cependant, remplacer les anticorps secondaires par des nanocorps s'est avéré être pas du tout anodin. L'une des raisons est la taille des nanocorps :ils sont dix fois plus petits que les anticorps normaux. Par conséquent, ils offrent beaucoup moins d'espace pour coupler des molécules fluorescentes et apparaissent ainsi beaucoup plus sombres au microscope que les anticorps conventionnels.

"En effet, nos premières expériences avec des nanocorps secondaires ont été plutôt décevantes et n'ont produit que des images sombres et bruitées. Cependant, nous n'avons pas abandonné, et immunisé à nouveau les deux alpagas pour stimuler leur système immunitaire afin d'améliorer les nanobodies initiaux. Poursuite de l'évolution dans le tube à essai, une stratégie de couplage particulière pour les colorants fluorescents, et combiner deux ou plusieurs nanocorps compatibles a fait le reste, " Görlich raconte les difficultés initiales. A présent, les nanobodies correspondent au moins aux anticorps conventionnels en termes de force de signal.

Résolution améliorée en microscopie optique

Les nanobodies présentent des avantages évidents par rapport aux anticorps secondaires. "Microscopie à fluorescence super-résolution, par exemple, peuvent résoudre optiquement des structures cellulaires de l'ordre de quelques nanomètres. Cependant, de telles images deviennent floues lorsqu'on utilise des anticorps primaires et secondaires mesurant déjà chacun 15 nanomètres. L'utilisation de nanocorps d'une taille de seulement trois nanomètres améliore en effet la résolution, ", dit Pleiner.

"Nous avons testé les nanocorps secondaires dans d'autres applications que la microscopie, et les résultats sont très prometteurs, " souligne Görlich. En particulier, la nouvelle voie de production chez les bactéries facilite leur modification et leur fusion avec d'autres protéines rapporteurs, par exemple les enzymes. « Nous nous attendons à ce que dans de nombreuses applications, nos nanocorps remplacent les anticorps secondaires conventionnels des ânes, chèvres, ou des moutons."