Développement d'un modèle de production de protéines thérapeutiques chez la microalgue C. reinhardtii cultivées dans des eaux usées traitées et exemptes de contaminants lourds

1. Résumé du projet

Le marché mondial des protéines thérapeutiques a été estimé à environ 140 milliards $ pour l’année 2017 et il est attendu que ce marché ait doublé d’ici 2025. Conséquemment à cette forte croissance,  les besoins de production de protéines thérapeutiques sont importants. Puisque les quantités nécessaires à ce marché sont impossibles à obtenir grâce à la synthèse chimique, la production de protéines recombinantes thérapeutiques repose essentiellement sur différents systèmes d’expressions biologiques. Les systèmes actuellement exploités possèdent chacun leur lot d’avantages et d’inconvénients. Par exemple, les systèmes d’expression procaryotes (bactéries) ne peuvent fabriquer des protéines complexes comportant des modifications post-traductionnelles nécessaires à la fonction de la protéine. Toutefois, les conditions de culture peu exigeantes des procaryotes permettent de réduire fortement le coût de production. Dans l’ensemble, les limites de ces systèmes sont donc des préoccupations majeures dans un contexte de production mondiale. Notamment, la capacité de production des technologies utilisées est insuffisante, les coûts de production de certains produits sont exorbitants et la bioactivité des protéines thérapeutiques à développer est parfois problématique. À ce propos, les caractéristiques biologiques particulières des microalgues peuvent permettre de contourner certains des obstacles mentionnés précédemment et, ainsi, se positionner comme un nouveau système d’expression pertinent. La microalgue Chlamydomonas reinhardtii, un modèle cellulaire reconnu depuis plusieurs décennies, tend à émerger comme outil de production de protéines thérapeutiques. Le développement des outils moléculaires chez C. reinhardtii s’étant grandement amélioré, il est aujourd’hui plus aisé d’exprimer des protéines à partir de son génome nucléaire ou chloroplastique. À ce jour, environ trente protéines thérapeutiques ont été exprimées chez C. reinhardtii, mais d’autres travaux sont nécessaires afin de maîtriser et d’exploiter convenablement ce modèle cellulaire. Le but de ce projet consiste à développer quatre nouveaux vecteurs d’expression de protéines recombinantes et d’évaluer la production de chacune de ces protéines dans un milieu de culture constitué de rejets industriels exempts de contaminants lourds (ex. métaux, toxines ou microorganismes pathogènes). Le premier attrait de ce projet réside dans le choix des quatre protéines recombinantes à produire ; le facteur de croissance humain des cellules endothéliales vasculaires (hVEGF), la protéine virale VP28, le facteur de stimulation des colonies granulocytes-macrophages (GM-CSF) et l’huridine. Les protéines, hVEGF et VP28 serviront de contrôles positifs pour le projet car des travaux publiés ont préalablement démontré un niveau d’expression significatif pour hVEGF et la protéine VP28 chez C. reinhardtii. Alors que, à notre connaissance, aucune étude n’a documenté l’expression des protéines GM-CSF et huridine chez C. reinhardtii. Le second attrait de cette étude concerne l’utilisation d’un milieu de culture constitué de rejets industriels exempts de contaminants lourds pour la croissance des microalgues. À nouveau, l’impact de ce milieu de culture sur les niveaux d’expression des protéines recombinantes utilisées pour cette étude n’est pas connu. Au terme du projet, des informations utiles serviront à orienter la valorisation de C. reinhardtii tant au niveau du développement de ce modèle pour l’expression de protéines recombinantes que pour l’utilisation d’eaux usées exemptes de contaminants lourds comme milieu de culture de microalgues modifiées.