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Le service de biologie moléculaire : produire des constructions ADN sur-mesure pour la recherche

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Depuis 2013, le service de Biologie moléculaire et virus de l’IGBMC apporte aux scientifiques des constructions d’ADN sur-mesure, des éléments essentiels pour un grand nombre de projets conduits au sein de l’institut. Dirigé par Paola Rossolillo, ce service est un outil important dès lors que l’on a besoin d’exprimer des gènes ou des séquences spécifiques au sein d’une cellule ou d’un organisme pour des études in vitro ou in vivo. Ce service intervient en amont d’un grand nombre d’études et produit plus de 250 plasmides (fragments d’ADN circulaires) et 90 vecteurs viraux en moyenne par an.

Produire des éléments biologiques simples à tracer

Le service de Biologie moléculaire et virus a pour objectif de fournir les éléments biologiques dont les projets de recherches ont besoin. Les agents du service vont construire les plasmides, des fragments d’ADN capable de se répliquer de manière autonome, adaptés aux besoins des études. Ce type de constructions contiendra tous les éléments nécessaires pour exprimer des gènes ou des séquences dans différents organismes (bactéries, mammifères, levure etc.).

Le service est utile dès lors que l’on souhaite produire des protéines particulières, localiser des éléments spécifiques au sein de la cellule, inactiver ou modifier des gènes ou encore construire des vecteurs viraux.

Par exemple, pour observer où une protéine spécifique agit au sein d’un type de cellule particulier, le service ajoute une séquence ADN pour rendre la protéine étudiée fluorescente. Le principe est le suivant :

  1. L’ingénieur sélectionne la séquence ADN responsable de la production d’une protéine fluorescente ainsi que la partie qui sert à recruter les facteurs initiant la transcription dans les cellules utilisées (promoteur).
  2. L’ingénieur met cette séquence ADN en fusion avec celle qui produit la protéine d’intérêt.
  3. Lors de la lecture de l’ADN et sa traduction en protéine, la protéine produite aura à la fois ses caractéristiques habituelles ainsi que la fluorescence.

 

Reconstruire des virus inoffensifs pour transporter du matériel génétique dans des cellules ou des organismes

Un autre aspect du service dirigé par Paola Rossolillo est de produire des vecteurs viraux. Les virus sont extrêmement efficaces pour pénétrer dans différents types de cellules et y transporter leur matériel génétique (ARN ou ADN). Les vecteurs viraux sont construits en modifiant le génome du virus de sorte à :

  • Garder les éléments qui permettent de rentrer dans les cellules
  • Substituer ceux qui lui permettent de se répliquer par l’ADN étudié.

Pour produire un vecteur viral, le service de Biologie moléculaire et virus va construire différents plasmides contenants chacun une partie de l’information. Au total, le service va construire 3 plasmides :

  • Un plasmide contenant les informations sur les protéines de surface qui permettent au virus de pénétrer une cellule.
  • Un plasmide pour produire les protéines structurales et les enzymes qui servent à produire le génome du virus.
  • Un plasmide qui contient les gènes qui composent les brins d’ARN ou d’ADN du virus.

Ensuite, ces trois plasmides sont intégrés à une cellule dite « productrice ». Les informations contenues par ces 3 plasmides sont traduites pour produire les différents éléments et les rassembler en une seule structure : le vecteur viral.

La seule différence par rapport au virus que l’on retrouve dans la nature est que l’on aura enlevé la séquence du génome codant l’élément lui permettant de se reproduire dans une cellule infectée. De cette manière, le virus peut toujours entrer dans une nouvelle cellule et y introduire l’ADN qu’on veut étudier et exprimer, mais il ne pourra pas s’y reproduire pour en infecter d’autre.

 

Un service capable de travailler avec des virus de très petite taille et ayant contribué à la recherche sur le coronavirus

Comme d’autres organismes à Strasbourg, le service de Biologie moléculaire et virus de l’IGBMC travaille sur des lentivirus, des virus dérivés du VIH, et « couramment utilisé dans les laboratoires », explique Paola Rossolillo, responsable du service.

Ce qui « différencie notre service, c’est que nous sommes les seuls à Strasbourg à être également capable de travailler sur des virus AAV, ou virus Adéno-associés ». Ces virus non pathogènes, retrouvés en nature associés aux adénovirus (responsables de rhums etc.), sont « plus petits que le VIH et ont un génome à ADN et non pas à ARN. Le processus de purification des vecteurs rAAV est assez long et laborieux ». De plus,« ces derniers sont injectés dans des organismes pour pouvoir réaliser des études in vivo sur des modèles animaux et étudier l’interaction des virus avec l’organisme, ce qui demande un niveau de pureté très élevé » précise Paola Rossolillo.

Grâce à cette expertise particulière, le service dirigé par l’ingénieure est actuellement « très demandé par plusieurs laboratoires académiques de Strasbourg car les rAAV sont des outils très efficaces ».

Récemment, le service de Biologie moléculaire et virus a été impliqué dans des recherches sur le coronavirus. Ce dernier a produit des virus ayant comme protéine de surface, celle permettant au virus de pénétrer une cellule, la protéine Spike (et toutes ses variantes au cours de la pandémie). Le service a intégré une protéine fluorescente au sein de l’ARN du virus de sorte à pouvoir détecter, compter, le nombre de virus infectant les cellules. Cela a permis d’observer si les anticorps produit grâce à une infection ou suite à la 3e dose de vaccin permettait aux patients immunodéprimés de lutter contre l’invasion de leurs cellules par le virus ou non.

Pour en savoir plus, vous pouvez consulter les articles correspondant :

 

Paola Rossolillo, Ingénieure de recherche Inserm, responsable du service de biologie moléculaire et virus

Diplômée en doctorat génétique et biologie moléculaire en 2000, Paola Rossolillo a réalisé sa thèse sur la biologie moléculaire de la bactérie Gram Positive Bacillus subtilis à l’Université de Pavie en Italie. Elle réalise ensuite un post-doctorat à l’Université de Vérone où elle étudie la protéine de l’enveloppe du VIH.

La scientifique arrive à Strasbourg en 2008 où elle intègre l’équipe de Matteo Negroni à l’IBMC pour travailler sur un système d’évolution des gènes cellulaires à travers les vecteurs lentiviraux. Elle rejoint l’IGBMC en 2013 en tant que responsable du service de biologie moléculaire et virus.