Créer un vaccin polyvalent pour affronter le COVID-19 sous ses nombreuses formes
L’un des 12 travaux d’Hercule, selon la tradition ancienne, était de détruire un monstre à neuf têtes appelé l’Hydre. Le défi était que lorsqu’Hercule utilisait son épée pour couper l’une des têtes du monstre, deux repousseraient à sa place. Il avait donc besoin d’une arme supplémentaire, une torche, pour vaincre son ennemi.
Il existe des parallèles entre cette légende et notre bataille de trois ans et plus contre le SRAS-Cov-2, le virus qui cause le COVID-19. Chaque fois que les scientifiques ont pensé avoir maîtrisé une souche du virus, qu’elle soit alpha, bêta, delta ou omicron, une autre variante ou sous-variante est apparue peu de temps après.
Pour cette raison, des chercheurs du MIT et d’autres institutions préparent une nouvelle stratégie contre le virus – un nouveau vaccin qui, contrairement à ceux utilisés aujourd’hui, pourrait potentiellement contrecarrer toutes les variantes de la maladie, ayant une propriété appelée “variance pan” cela pourrait éviter le besoin d’une injection de rappel différente chaque fois qu’une nouvelle souche entre en circulation. Dans un article publié le 9 mars dans la revue Frontières en immunologiel’équipe rend compte d’expériences sur des souris qui démontrent l’efficacité du vaccin pour prévenir la mort par infection au COVID-19.
Les vaccins viraux fonctionnent généralement en exposant le système immunitaire à un petit morceau du virus. Cela peut créer des réponses apprises qui protègent les gens plus tard lorsqu’ils sont exposés au virus réel. Le principe des vaccins COVID-19 standard, tels que ceux produits par Moderna et Pfizer, est d’activer la partie du système immunitaire qui libère des anticorps neutralisants. Pour ce faire, ils fournissent aux cellules des instructions (sous la forme de molécules d’ARNm) pour fabriquer la protéine de pointe, une protéine présente à la surface du virus COVID-19 dont la présence peut déclencher une réaction immunitaire. “Le problème avec cette approche est que la cible ne cesse de changer”—la protéine de pointe elle-même peut varier selon les différentes souches virales—”et qui peuvent rendre le vaccin inefficace,” déclare David Gifford, professeur au MIT en génie électrique, informatique et génie biologique, ainsi que co-auteur de l’article Frontiers.
Lui et ses collègues ont donc adopté une approche différente, en sélectionnant une cible différente pour leur vaccin : activer la partie du système immunitaire qui libère “tueur” les lymphocytes T, qui attaquent les cellules infectées par le virus. Un vaccin de ce type n’empêchera pas les gens de contracter le COVID-19, mais il pourrait les empêcher de tomber très malades ou de mourir.
Une innovation clé de ce groupe – qui comprenait des chercheurs du MIT, de l’Université du Texas, de l’Université de Boston, de l’Université Tufts, du Massachusetts General Hospital et d’Acuitas Therapeutics – a été d’intégrer des techniques d’apprentissage automatique dans le processus de conception de vaccins. Un aspect critique de ce processus consiste à déterminer quelles parties du SRAS-Cov-2, quels peptides (chaînes d’acides aminés qui sont les éléments constitutifs des protéines), doivent entrer dans le vaccin. Cela implique de passer au crible des milliers de peptides dans le virus et d’en sélectionner seulement une trentaine qui devraient être incorporés.
Mais cette décision doit prendre en compte ce que l’on appelle les molécules HLA – des fragments de protéines à la surface des cellules qui servent de “panneaux d’affichage,” dire aux cellules immunitaires (qui n’ont pas de vision aux rayons X) ce qui se passe à l’intérieur d’autres cellules. L’affichage de fragments de protéines spécifiques peut indiquer, par exemple, qu’une certaine cellule est infectée par le SRAS-Cov-2 et doit être éliminée.
Des algorithmes d’apprentissage automatique ont été utilisés pour résoudre un ensemble complexe de “problèmes d’optimisation,” note Brandon Carter, un Ph.D. étudiant au département de génie électrique et d’informatique du MIT, affilié au laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT (CSAIL), et auteur principal du nouvel article. L’objectif primordial est de sélectionner les peptides qui sont présents, ou “conservé,” dans toutes les variantes du virus. Mais ces peptides doivent également être associés à des molécules HLA qui ont une forte probabilité d’être affichées afin qu’elles puissent alerter le système immunitaire.
“Vous voulez que cela se produise chez autant de personnes que possible pour obtenir une couverture maximale de la population grâce à votre vaccin,” dit Carter. De plus, vous voulez que chaque individu soit couvert plusieurs fois par le vaccin, ajoute-t-il. “Cela signifie que plus d’un peptide dans le vaccin devrait être affiché par un HLA chez chaque personne.” Atteindre ces différents objectifs est une tâche qui peut être considérablement accélérée par les outils d’apprentissage automatique.
Bien que cela touche à la fin théorique de ce projet, les derniers résultats proviennent d’expériences menées par des collaborateurs de la branche médicale de l’Université du Texas à Galveston, qui ont montré une forte réponse immunitaire chez les souris ayant reçu le vaccin. Les souris de cette expérience ne sont pas mortes mais ont été “humanisé,” ce qui signifie qu’ils avaient une molécule HLA trouvée dans les cellules humaines. “Cette étude,” Carter dit, “offre la preuve dans un système vivant, une vraie souris, que les vaccins que nous avons conçus à l’aide de l’apprentissage automatique peuvent offrir une protection contre le virus COVID.” Gifford caractérise leur travail comme “la première preuve expérimentale qu’un vaccin formulé de cette manière serait efficace.”
Paul Offit, professeur de pédiatrie à la division des maladies infectieuses de l’hôpital pour enfants de Philadelphie, trouve les résultats encourageants. “Beaucoup de gens se demandent quelles approches seront utilisées pour fabriquer des vaccins COVID-19 à l’avenir,” dit Offit. “Étant donné que les lymphocytes T sont essentiels à la protection contre le COVID-19 sévère, les futurs vaccins qui se concentrent sur l’induction des réponses les plus larges des lymphocytes T constitueront un pas en avant important dans la prochaine génération de vaccins.”
Plus d’études animales – et d’éventuelles études humaines – devraient être faites avant que ce travail puisse inaugurer la “prochaine génération de vaccins.” Le fait que 24 % des cellules pulmonaires des souris vaccinées étaient des cellules T, explique Gifford, “ont montré que leur système immunitaire était prêt à combattre l’infection virale.” Mais il faut faire attention à éviter une réponse immunitaire trop forte, prévient-il, afin de ne pas causer de lésions pulmonaires.
D’autres questions ne manquent pas. Les vaccins à lymphocytes T devraient-ils être utilisés à la place ou en combinaison avec les vaccins à protéines de pointe standard ? Bien qu’il soit possible d’améliorer les vaccins existants en incluant un composant de cellules T, dit Gifford, “assembler deux choses peut ne pas être strictement additif, car une partie du vaccin pourrait masquer l’autre.”
Néanmoins, lui et ses collègues pensent que leur vaccin à cellules T a le potentiel d’aider les personnes immunodéprimées qui ne peuvent pas produire d’anticorps neutralisants et ne peuvent donc pas bénéficier des vaccins COVID traditionnels. Leur vaccin peut également soulager la souffrance de “longue COVID” chez les personnes qui continuent d’héberger des réservoirs du virus bien après leur infection initiale.
Le mécanisme derrière les vaccins actuels contre la grippe, comme les vaccins actuels contre le COVID-19, est d’induire des anticorps neutralisants, mais ces vaccins ne fonctionnent pas toujours pour différentes souches de grippe. Carter voit le potentiel des vaccins contre la grippe basés sur une réponse des lymphocytes T, “qui peuvent s’avérer plus efficaces, offrant une couverture plus large, en raison de leur pan-variance.”
Les méthodes qu’ils développent ne sont pas non plus limitées au COVID-19 ou à la grippe, soutient-il, car elles pourraient un jour être appliquées au cancer. Gifford est d’accord, affirmant qu’un vaccin à lymphocytes T – conçu pour maximiser la protection immunitaire à la fois chez un individu et parmi le plus grand nombre d’individus – pourrait devenir un atout clé dans la lutte contre le cancer. “Cela n’entre pas dans le cadre de notre étude actuelle,” il dit, “mais cela pourrait faire l’objet de travaux futurs.”
