Les neutrons de la source de neutrons de recherche Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) peuvent être utilisés pour explorer la structure des biomolécules. Dernier succès en date : l’analyse précise d’un vaccin prometteur contre les germes multirésistants.
Les bactéries résistantes à tous les antibiotiques conventionnels causent plus d’un million de décès chaque année. Par conséquent, les chercheurs du monde entier recherchent de nouvelles approches thérapeutiques pour lutter contre ces pathogènes. Il y a deux ans, une équipe internationale à Grenoble a identifié un principe actif adapté à la production d’un vaccin contre la bactérie multirésistante Pseudomonas aeruginosa. Le vaccin a entre-temps été testé avec succès sur des souris.
« Comme pour de nombreux nouveaux vaccins, dans ce cas, l’ingrédient actif est intégré dans des liposomes. La caractérisation et la compréhension exactes de ces biomolécules nanoscopiques sont un facteur clé dans le développement et l’optimisation des futurs vaccins », explique le Dr Marco Maccarini, biophysicien à l’Institut Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). En collaboration avec des experts du laboratoire TIMC de l’Université Grenoble Alpes (UGA) et de la FRM II, il a analysé avec succès la structure du candidat vaccin contre Pseudomonas aeruginosa.
Le vaccin est constitué de biomolécules dont la taille est de l’ordre de 100 nanomètres. Ces molécules sont majoritairement constituées de lipides, substances proches des graisses, qui forment de petites bulles ou liposomes en raison de leurs propriétés biochimiques. Ces bulles peuvent à leur tour protéger et transporter les principes actifs eux-mêmes. Dans le cas du vaccin contre Pseudomonas aeruoginosa, ce principe actif est la protéine OprF. « En général, l’ingrédient actif peut s’arrimer au liposome à différentes positions, par exemple à l’intérieur ou à l’extérieur », explique Maccarini. « Mais il est mieux reconnu par le système immunitaire lorsqu’il est intégré dans la double couche lipidique. Ainsi, la structure de la biomolécule est décisive dans l’efficacité d’un vaccin. »
Recherché : Rayonnement non destructif
Ces détails structurels ne sont pas visibles à l’œil nu. Les microscopes optiques n’ont pas une résolution suffisamment élevée pour l’étude des liposomes. Bien que le rayonnement X ait des longueurs d’onde plus courtes, il ne convient pas à l’analyse structurelle, car le rayonnement peut endommager les biomolécules dans certaines circonstances. « Mais les faisceaux de neutrons sont idéaux : ils n’interagissent qu’avec les noyaux atomiques et ne causent donc aucun dommage ni changement structurel. De cette façon, les échantillons peuvent être étudiés dans leur état d’origine », explique Maccarini.
Le chercheur a trouvé tout ce dont il avait besoin pour analyser le nouveau candidat-vaccin à la FRM II de Garching près de Munich : un flux de neutrons élevé, un laboratoire bien équipé et le Dr Aurel Radulescu, expert dans la mesure de la diffusion aux petits angles, une technologie qui peut être utilisé pour étudier en détail les molécules de taille nanométrique.
Le modèle informatique représente la structure des vaccins
« Dans notre cas, le défi consistait à utiliser le diffractomètre, qui mesure la diffusion des neutrons par les noyaux atomiques, pour faire la distinction entre les protéines et les lipides dans l’échantillon », se souvient Radulescu, qui supervise le diffractomètre à diffusion aux petits angles KWS-2. pour le Forschungszentrum Jülich (FZJ) à Garching. Il ajoute qu’il a fallu une astuce pour que cette distinction fonctionne enfin : « Nous avons effectué les mesures avec différentes combinaisons de solvants – de l’eau normale et de l’eau lourde contenant du deutérium, mélangées à différentes concentrations. » Étant donné que les neutrons « voient » l’hydrogène et le deutérium normaux différemment, le résultat était des images de l’échantillon avec des contrastes différents contenant des informations distinctes.
Pour l’analyse, l’équipe de recherche a développé un modèle informatique qui représente la structure du vaccin candidat. « Cela nous permet non seulement de rendre la structure à deux couches des lipides, mais aussi de déterminer la position et la quantité moyennes de l’ingrédient actif OprF qui est intégré entre les deux couches lipidiques. »
Le travail est publié dans la revue Langmuir. Le nouveau modèle peut également être utilisé pour étudier la structure de nouveaux vaccins à base de liposomes et pour optimiser leur développement ultérieur.
Plus d’information:
Francesco Spinozzi et al, Small-Angle Neutron Scattering Reveals the Nanostructure of Liposomes with Embedded OprF Porins of Pseudomonas aeruginosa, Langmuir (2022). DOI : 10.1021/acs.langmuir.2c01342