Projet en cours · Biologie synthétique
BioBrick
Nous concevons une protéine qui accroche la bêta-amyloïde, la molécule qui s’accumule dans le cerveau des personnes qui ont Alzheimer.
- le poids de la protéine que nous construisons
- 21,2 kDa
- les acides aminés de chacune des deux moitiés
- 98
- les voies possibles : c’est une expérience qui choisit
- 2
- équipes en lice à iGEM, en 2025
- 412
Pour celles et ceux qui viennent de biologie, biotechnologies, bioinformatique, chimie, médecine
Le problème
Dans la maladie d’Alzheimer, une protéine appelée bêta-amyloïde s’accumule dans le cerveau et se colle à elle-même : d’abord de petits amas, puis des plaques.
Les médicaments approuvés sont des anticorps qui s’attachent à l’amyloïde et la font emporter. Ils fonctionnent, et le bénéfice est réel, mais ils paient deux prix.
| Combien | Ce que ça veut dire | |
|---|---|---|
| Peu arrive | moins de 1 % | la part du médicament qui passe du sang au cerveau, estimée dans plusieurs études |
| ARIA | 12,6 % contre 1,7 % | gonflements et microhémorragies dans l’étude du lécanémab, contre les personnes recevant le placebo |
Comment nous le disons. L’ARIA ne dépend pas seulement de la partie de l’anticorps qui active les défenses immunitaires : l’état des vaisseaux du cerveau et le profil génétique de la personne qui reçoit le médicament comptent aussi. Retirer cette partie réduit une part du risque, sans l’éliminer. Nous écrivons «à activation immunitaire réduite», jamais «non inflammatoire».
L’idée
Il existe une autre façon d’écarter une molécule : une LYTAC. C’est une molécule à deux extrémités. L’une attrape la cible hors de la cellule, l’autre s’accroche à un récepteur en surface. La cellule tire tout à l’intérieur et l’envoie au lysosome, où il est démonté. La méthode vient du groupe de Carolyn Bertozzi.
Les LYTAC publiées jusqu’ici utilisent deux récepteurs : l’un qui trie les protéines à l’intérieur de la cellule, l’autre du foie. Pour attraper la cible, elles utilisent un anticorps.
Nous changeons les deux pièces. À la place du récepteur, nous utilisons LRP1, qui se trouve sur les cellules des vaisseaux du cerveau. À la place de l’anticorps, nous utilisons un domaine Z : une petite protéine, sans la partie qui appelle les défenses immunitaires.
Aucune LYTAC publiée n’utilise LRP1. C’est là que se joue la candidature du projet.
Ce que nous construisons
Une seule protéine, faite de pièces à la suite, produite par une bactérie. Le gène qui la code est une unité de transcription comme tant d’autres : un promoteur qui décide quand l’activer, le gène, un terminateur qui arrête la lecture.
PelB Z(Aβ3) C28 (GGGGS)×3 Angiopep-2 6×His
chaîne → ────────────────────────────────────────────→
│
S─S le pont entre les deux cystéines 28
│
chaîne → ────────────────────────────────────────────→
PelB Z(Aβ3) C28 (GGGGS)×3 Angiopep-2 6×His| Module | Acides aminés | Ce qu’il fait |
|---|---|---|
| PelB | 22 | porte la protéine dans le périplasme, l’espace entre les deux membranes de la bactérie |
| Z(Aβ3) | 58 | lie la bêta-amyloïde et la maintient repliée en épingle à cheveux |
| (GGGGS)×3 | 15 | maintient les deux pièces à distance, pour qu’elles ne se gênent pas |
| Angiopep-2 | 19 | s’accroche à LRP1 |
| 6×His | 6 | sert à purifier la protéine et à la reconnaître |
La bactérie qui la produit est Escherichia coli BL21(DE3), une souche de laboratoire non pathogène. Elle figure dans la liste blanche d’iGEM et on travaille au premier niveau de biosécurité, le plus bas.
La cystéine qui décide de tout
Le domaine Z seul ne lie rien. La forme qui fonctionne est une paire : deux copies identiques, unies par un pont entre deux atomes de soufre, à la position 28 de chacune.
Le pont ne sert pas seulement à les maintenir ensemble. Sans lui, la poche où finit l’amyloïde n’existe pas : les deux copies la forment chacune pour moitié.
Le pont se forme tout seul, et c’est l’avantage de cette conception. Le signal PelB porte la protéine dans le périplasme, qui est un environnement oxydant, et là, deux enzymes de la bactérie soudent le soufre pendant le passage. Aucune étape supplémentaire en purification.
Il y a une conséquence. Si la protéine est une paire, elle porte deux Angiopep-2 au lieu d’un : elle s’accroche à LRP1 avec deux mains. Personne n’a mesuré une prise pareille, sur une protéine de cette taille. Donc nous ne la considérons pas comme acquise.
Un acide aminé, une saison. Dans une de nos versions précédentes, en position 28 il y avait une thréonine à la place de la cystéine. Une seule lettre, et la protéine n’aurait rien lié. Avant de commander l’ADN, la séquence est comparée lettre par lettre à la structure déposée et à l’article original.
L’expérience qui décide
LRP1 n’est pas un incinérateur. Il tire à l’intérieur ce qu’il lie, et ce n’est qu’après qu’il décide : il l’envoie au lysosome, il le recycle, ou bien il le porte de l’autre côté de la cellule. Ce qui décide, c’est à quel point la prise est serrée.
La première expérience mesure exactement cela. Nous mettons la protéine sur des cellules de vaisseaux cérébraux humains et nous la comparons à une version identique mais sans Angiopep-2. Ensuite, nous regardons, heure par heure, quelle quantité finit dans les lysosomes.
C’est la seule mesure du projet qui prouve quelque chose que personne n’a publié. Et c’est l’expérience qui choisit la voie.
- 01
Stratégie A
Si peu en finit dans les lysosomes, le résultat est compatible avec le passage à travers la barrière. Cela ne le prouve pas : la preuve, c’est le modèle de barrière en éprouvette, et c’est l’étape suivante.
- 02
Stratégie B
Si une grande partie y finit, le résultat est compatible avec la voie du lysosome. Alors la protéine peut travailler dans le sang, où elle accroche l’amyloïde hors du cerveau sans rien traverser.
Dans les deux cas, le travail sur le domaine qui lie ne change pas : clonage, expression, purification et test à la thioflavine T sont identiques. C’est pourquoi on peut commencer sans avoir choisi, et le choix devient un résultat du projet plutôt qu’une prémisse.
Ce que nous démontrons et ce que nous ne démontrons pas
Cette distinction vaut pour tout ce que nous disons du projet, ici et ailleurs.
| Se produit | que la protéine se fait chez E. coli et se purifie sous forme de paire | |
|---|---|---|
| Lie | qu’elle accroche la bêta-amyloïde et ralentit son agrégation, en proportion de la dose | |
| Protège les cellules | qu’elle réduit la toxicité de l’amyloïde sur des cellules en culture | |
| Les deux pièces cohabitent | qu’Angiopep-2 n’empêche pas le domaine Z de lier |
| Ce n’est pas un remède | aucune efficacité contre Alzheimer chez une personne | |
|---|---|---|
| Ne traverse pas | aucun passage de la barrière du cerveau dans un organisme vivant | |
| Ne détruit pas | aucune dégradation de l’amyloïde par la protéine elle-même | |
| Ce n’est pas un médicament | aucun profil utilisable chez l’homme |
Il y a ensuite une limite que nous déclarons les premiers. La protéine pèse 21,2 kDa. Le rein filtre ce qui est en dessous de 60 à 70 kDa, et ici manque aussi la partie qui, dans les anticorps, allonge la durée de vie dans le sang. Dans le sang, elle ne durerait que quelques minutes.
Pour iGEM, ce n’est pas un problème : le projet démontre un mécanisme, il ne propose pas un médicament, et la durée de vie dans le sang n’entre dans aucun des tests prévus. Mais il faut le dire, pour deux raisons. Les personnes qui s’y connaissent la demandent en premier, et l’avoir anticipée vaut mieux que d’y répondre sur le moment. Et c’est la voie naturelle pour avancer : attacher un morceau qui lie l’albumine, ou bien assembler plusieurs copies.
Six phases, et les contrôles qui les rendent lisibles
Un test sans contrôles ne donne pas une donnée faible : il donne une donnée inutilisable. Pour chaque phase, il y a le contrôle sans lequel le résultat ne se lit pas, et c’est la première chose que demandent les juges.
- 1Clonage et expression. L’échantillon avant et après l’activation du gène, sur le même gel.
- 2Extraction et purification. Une étape de dessalage avant la colonne de nickel : la substance qui sert à ouvrir la bactérie emporte le nickel, et la colonne est jetée.
- 3Test à la thioflavine T. Six contrôles, dont le domaine Z non modifié. Puis les confirmations au microscope et le test de toxicité sur les cellules.
- 4Capture, l’expérience pivot. La comparaison avec la version sans Angiopep-2, la compétition avec une autre molécule, l’incubation à 4 degrés.
- 5Barrière en éprouvette. La mesure de l’étanchéité et un traceur : sans cela, «elle est passée» et «la barrière fuyait» sont la même donnée.
- 6Dry lab. Des modèles qui partent de la structure déjà déposée. Les métriques d’AlphaFold disent à quel point le modèle est fiable, pas à quel point la protéine lie.
Une courbe plate ne suffit pas. Si dans le test à la thioflavine T la fluorescence ne monte pas, il y a quatre explications possibles et trois sont des erreurs de mesure : l’amyloïde s’est agrégée d’une façon que le colorant ne voit pas, la protéine éteint le signal, ou bien l’amyloïde s’est collée au plastique du puits. Il faut regarder les échantillons au microscope et tester la toxicité sur les cellules.
iGEM
iGEM est la compétition internationale de biologie synthétique. Elle est née comme un cours au MIT en 2003 ; la première compétition, en 2004, comptait cinq équipes. Depuis 2022, la finale, le Grand Jamboree, se tient à Paris.
Les chiffres du graphique
| Année | Équipes |
|---|---|
| 2023 (44 pays) | 393 équipes |
| 2024 (41 pays) | 397 équipes |
| 2025 (44 pays) | 412 équipes |
Depuis 2026, l’or ne se vote plus directement : il s’obtient à travers trois prix spéciaux que l’équipe choisit au début. Les juges donnent un score à ceux-ci, et l’or en découle. Le choix doit être fait en mars, car il décide ce qui est mesuré pour toute la saison.
Une saison, ça coûte. Voici ci-dessous le budget prévisionnel de l’équipe, avec l’inscription payée tôt : attendre coûte 2 200 € de plus, presque exactement le prix des tests sur les cellules.
Les chiffres du graphique
| Poste | Coût |
|---|---|
| Inscription et billets (frais d’inscription iGEM) | 12 950 € |
| Voyage à Paris (10 personnes, 5 jours) | 6 650 € |
| Laboratoire (réactifs et matériel) | 3 920 € |
| Tests sur les cellules | 3 000 € |
| Imprévus (15 %) | 2 290 € |
| Confirmations et expéditions | 1 250 € |
| Matériel de paillasse | 450 € |
Où nous en sommes
- Avril 2026Nous avons présenté le projet au Palazzo della Borsa, devant des universités, des entreprises et des institutions.
- Août 2026Nous avons choisi sur quoi travailler pour iGEM 2027 et écrit le plan : la protéine à construire, les six phases de laboratoire avec leurs contrôles et le budget.
- Aujourd’huiNous vérifions la séquence par rapport aux structures publiées. L’ADN n’est commandé qu’après.
- 2027Nous visons iGEM, la compétition internationale de biologie synthétique : la finale, depuis 2022, se déroule à Paris.
Soutenir BioBrick
750 € vers 7 700 €
Étape 1 sur 4 : l’inscription à iGEM
La collecte est divisée en étapes, et chaque étape correspond à un achat précis. Quand nous en atteignons une, nous publions une vidéo de ce que nous avons acheté.
Ouverture le 15 février
Le cadre vient de Produzioni dal Basso et ne se charge que si tu l’ouvres.
Photos
Personnes du projet
Sources
- Grönwall et collègues, Journal of Biotechnology, 2007 : le domaine Z qui lie la bêta-amyloïde.
- Hoyer et collègues, PNAS, 2008, et la structure PDB 2OTK : l’épingle à cheveux et la poche entre les deux copies.
- Hoyer et Härd, Journal of Molecular Biology, 2008 : le pont entre les cystéines 28 et la séquence.
- Banik et collègues, Nature, 2020 ; Ahn et collègues, Nature Chemical Biology, 2021 : les premières LYTAC.
- Tian et collègues, Science Advances, 2020 : comment la prise décide de la voie à l’intérieur de la cellule.
- Demeule et collègues, Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 2008 : Angiopep-2.
- Storck et collègues, Journal of Clinical Investigation, 2016 : LRP1 et l’amyloïde.
- van Dyck et collègues, New England Journal of Medicine, 2023 : l’étude CLARITY AD.
- iGEM : règlement, médailles, frais d’inscription et délais, competition.igem.org.
- Document de projet et document technique et économique de l’équipe, version 5, août 2026.
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