Le Covid-19 a soudainement arrêté les échanges économiques et sociaux à travers le monde. Pour l’instant, les administrations doivent mettre en place des politiques de confinement social pour minimiser l’impact de la pandémie. Mais à plus long terme, un vaccin contre le SARS-CoV-2 est la meilleure garantie d’un retour à une situation normale.
Dans le meilleur des cas, le développement d’un nouveau vaccin s’étend sur quelques années. Mais pour faire face à l’urgence de la situation, les sociétés de biotechnologies et les agences du médicament se sont lancées dans des programmes de recherche audacieux pour disposer d’un vaccin contre le Covid-19 aussi vite que possible.
Mon programme de recherche utilise la biologie de synthèse pour développer de nouveaux processus de fabrication de produits biologiques. Je suis fasciné par cet effort sans précédent de pousser les limites des stratégies de développement de vaccins. Des groupes de recherche publics et privés ont adopté des technologies d’avant-garde, comme les vaccins à ADN, les vaccins a ARN ou les vaccins vectorisés. Comme ces types de vaccins n’ont jamais été testés à grande échelle, ces programmes de recherche, s’ils sont fructueux, pourraient fournir des outils essentiels pour combattre les futures épidémies de Covid-19 et d’autres virus qui émergeront un jour ou l’autre.
Comment marchent les vaccins
Lorsque le corps rencontre un virus pour la première fois, il lui faut environ 2 à 3 semaines pour mettre en place l’immunité adaptative qui produit entre autres des anticorps. Ça laisse au virus tout le temps nécessaire pour se reproduire et pour rendre quelqu’un très malade.
Toutefois, le système immunitaire a une mémoire qui lui permet de réagir beaucoup plus vite à un virus auquel il a déjà été exposé. Ça lui permet de neutraliser l’envahisseur avant qu’il n’ait le temps de s’établir.
Le principe du vaccin est de donner au corps l’occasion de monter des mécanismes de défense contre un virus qu’il pourrait rencontrer un jour. Cette préparation ne conduit pas toujours à des défenses impénétrables ; il arrive que la réponse immunitaire au vaccin soit faible et que la protection qui en résulte soit seulement partielle, mais une protection partielle est toujours bonne à prendre.
La méthode traditionnelle pour produire un vaccin consiste à cultiver le virus et injecter aux patients une préparation de virus dit « inactivé », qui ne peut pas les rendre malades. Leur corps détecte néanmoins des molécules virales qui suffisent à déclencher la réaction d’immunité adaptative ainsi que la mémoire immunitaire. Après avoir été exposé à ces virus « morts », le système immunitaire serait donc à l’avenir capable de reconnaître et de se défendre contre le virus s’il venait à le rencontrer.
Le problème, c’est qu’il peut être compliqué de développer un processus industriel de culture d’un nouveau virus. À supposer qu’un tel processus soit disponible, il y a des chances pour qu’il soit lent, assez difficile et peut-être même dangereux. À titre d’exemple, la production du vaccin pour la grippe se fait en cultivant le virus dans des millions d’œufs de poule. Un cycle de production prend des mois. De plus, quand on a affaire à un virus pour lequel on n’a ni vaccin ni traitement, ce n’est pas forcément une bonne idée de cultiver ce virus à grande échelle. Un accident industriel qui occasionnerait une fuite pourrait aggraver une situation déjà précaire.
Dans le combat contre le SARS-CoV-2, chaque jour compte. Plus de 100 groupes privés et publics se tournent vers de nouvelles méthodes avec l’espoir qu’elles seront plus rapides et plus sûres que l’approche traditionnelle.
Les vaccins à base de protéines
Plutôt que d’injecter le virus entier, il est possible de vacciner une personne en n’injectant que l’un des éléments du virus. Les composants les plus communément utilisés sont les protéines qui se trouvent à la surface du virus. Lorsqu’un virus entre dans le corps, ces protéines de surfaces sont les premières à être détectées par le système immunitaire. Produire une seule protéine est plus simple, plus rapide, et potentiellement moins dangereux que de produire le virus lui-même.
Deux sociétés, Sanofi et Novawax, développent des vaccins basés sur la protéine en forme de pointe qui donne au virus SARS-CoV-2 sa forme caractéristique.
Les vaccins à base de protéines, dits vaccins « recombinants », sont déjà utilisés contre des infections virales communes comme le HPV. Ils sont beaucoup plus simples à produire que des vaccins à base de virus entiers. Ceci étant, le développement d’un processus industriel peut quand même prendre un an, et une fois développé, chaque cycle de production prend plusieurs semaines.
Aujourd’hui, on a besoin d’une solution plus rapide pour le Covid-19. Les vaccins expérimentaux en développement à l’heure actuelle sont soit à base de virus porteurs, soit à base de gènes (ADN ou ARN).
Vaccins à base de gènes
Théoriquement, le moyen le plus simple d’obtenir un vaccin serait de faire produire la protéine du virus par les cellules du patient lui-même. À cet effet, les chercheurs se tournent vers la génétique.
L’approche la plus évidente utilise l’ADN. Les virus introduisant naturellement leur bagage génétique dans les cellules et utilisant la machinerie cellulaire pour produire les protéines virales, il est possible de faire produire artificiellement une protéine virale à nos cellules. Pour cela, le gène codant pour la protéine virale est injecté dans les cellules du patient en espérant qu’une petite fraction de cet ADN atteigne le noyau de la cellule dans lequel le gène sera transcrit en ARN qui pourrait être, à son tour, traduit en protéine par la cellule. Cette protéine d’origine virale intégrerait alors la membrane plasmique de la cellule, où elle serait détectée comme une protéine anormale par le système immunitaire. En pratique, il est difficile de faire produire suffisamment de protéine par cette voie. Trop peu d’ADN atteint le noyau cellulaire pour produire la protéine virale en quantité suffisante pour conduire à une réponse immunitaire satisfaisante.
Aucun vaccin à ADN pour usage humain n’a encore été approuvé par la Food and Drug Administration (FDA), l’équivalent américain de l’Agence Nationale de Sécurité du Médicament. Mais il y a des progrès encourageants. Par exemple, en 2016, plusieurs groupes ont obtenu des vaccins expérimentaux contre le Zika virus en utilisant cette stratégie. Aujourd’hui, la société INOVIO Pharmaceuticals, Inc poursuit cette direction pour développer un vaccin à ADN contre le SARS-CoV-2 connu sous le nom de INO-4800.
Le facteur limitant l’efficacité des vaccins à ADN est la difficulté à faire parvenir l’ADN dans le noyau cellulaire où il puisse être transcrit en ARN. Par conséquent, les vaccins à ARN offrent une stratégie alternative qui évite ce goulot d’étranglement. En effet, l’ARN peut être traduit en protéine dès qu’il entre dans la cellule. Cette méthode produit donc une réponse immunitaire plus forte que l’ADN.
Malheureusement, l’ARN est beaucoup moins stable que l’ADN. Il a tendance à se dégrader très rapidement.
Cette limitation ne décourage pas plusieurs groupes de tenter cette approche. En particulier, Moderna a développé aux États-Unis un candidat nommé mRNA-1273, qui est suffisamment prometteur pour que le National Institutes of Health initie un essai clinique le 16 mars.
Un des avantages des vaccins à ADN et ARN est leur processus de fabrication qui est assez simple et standardisé (le même processus de fabrication peut être utilisé pour différents vaccins). Les vaccins à ADN sont produits dans des bactéries qui poussent en 12 heures. Pour leur part, les vaccins à ARN sont produits par une réaction biochimique qui ne prend que quelques heures dans un tube a essai. Les vaccins à base de gènes, ADN et ARN, pourraient être produits beaucoup plus rapidement que les vaccins produits par des cellules animales, dont les cultures sont toujours beaucoup plus lentes.
Les vaccins à base de virus porteurs
Le principal problème des vaccins à base de gènes est de faire parvenir l’ARN ou l’ADN dans les cellules où ils peuvent être lus par la machinerie cellulaire et aboutissent à l’expression d’une protéine virale. Une solution élégante à cette difficulté consiste à utiliser un virus non pathogène (qui ne provoque pas de maladie) comme vecteur pour livrer le gène aux cellules. Les virus sont doués pour pénétrer dans les cellules. Une fois qu’un virus porteur d’un gène du SARS-CoV-2 est à l’intérieur d’une cellule, il peut utiliser la machine cellulaire pour produire la protéine virale et déclencher une réponse immunitaire contre le SARS-CoV-2.
Cette technique est employée par CanSino Biologics, une société basée a Hongkong. Ils ont inséré dans un adénovirus le gène qui code pour la protéine en pointe du SARS-CoV-2. Il y a quelques années, ils avaient utilisé une approche similaire pour produire le premier vaccin contre Ebola. Le gouvernement chinois a démarré des essais cliniques de l’adénovirus modifié pour en faire un vaccin anti-coronavirus.
La production de vaccins vectorisés est plus lente que la production de vaccins à ADN ou ARN, car elle implique la culture de cellules animales. Cependant, la production de ce type de vaccins bénéficie de processus industriels standardisés qui reposent sur des virus optimisés pour être faciles à produire en quantités industrielles.
Contrôler l’épidémie avec des vaccins imparfaits
Il est indéniable que la vitesse des programmes de développement de vaccins anti-Covid-19 est sans précédent, mais cela ne garantit pas pour autant qu’un vaccin sera disponible rapidement. Le fait que différentes approches soient poursuivies simultanément peut donner l’impression d’une certaine confusion et peut-être même d’efforts désespérés en réponse à l’urgence de la situation. En réalité cette diversité d’approches complémentaires est très rassurante, car elle augmente les chances de succès.
Il est peu probable que les premiers vaccins soient très efficaces et faciles à produire en quantités suffisantes pour répondre à une demande globale. L’hypothèse la plus raisonnable est que plusieurs vaccins vont émerger de ces programmes. L’efficacité de ces premiers vaccins risque d’être limitée comme l’est celle du vaccin contre la grippe. Mais ces vaccins pourront sans doute être produits avec différentes infrastructures industrielles. Même si ces vaccins n’assurent pas une protection à 100 % des individus vaccinés, ils pourront contrôler l’épidémie actuelle et prévenir le développement d’épidémies futures dans la mesure où ils peuvent être produits rapidement en quantités suffisantes pour vacciner de larges fractions de la population.
Cet article a été adapté de l’anglais avec l’aide d’Agnès Candiotti.