Des virus pour imiter les protéines antigel

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Des chercheurs de l’EPFL et de l'Université de Warwick ont identifié un peptide aux propriétés similaires à celles des protéines antigel, grâce à un virus, le phage. En limitant la formation de glace, ces protéines pourraient jouer un rôle central dans la conservation des organes et des cellules, ou dans l’industrie alimentaire.

Pour résister au froid, certains organismes ont développé des protéines leur permettant de survivre dans des environnements extrêmes. Ces protéines antigel, dont le fonctionnement est encore mal compris, permet cette survie car elle limite la formation de glace, en se liant aux cristaux dès leur apparition. «La formation de glace est mortelle pour les organismes, indique Corey Stevens, collaborateur scientifique au Laboratoire des Polymères de l’EPFL. Cela détruit les cellules et les tue.»

Un rôle clé pour la conservation des cellules et des organes

Plusieurs domaines, comme la conservation du sang, des cellules, voire des organes destinés à être transplantés, sont confrontés à cette limitation. Au froid, les organes ne peuvent en effet être conservés que quelques heures avant de devenir inutilisables. La cryoconservation (conservation à très basse température) assure une conservation beaucoup plus longue des cellules, mais seule une petite partie peut ensuite être récupérée et utilisée, justement en raison de la formation de gel. Une meilleure compréhension des protéines antigel permettrait de reproduire des molécules synthétiques aux mêmes propriétés, et de surmonter ces obstacles. Cela signifierait également que de nombreuses personnes supplémentaires pourraient bénéficier de thérapies cellulaires ou d’une transplantation.

Des millions de molécules pour trouver la bonne

Les scientifiques du Laboratoire des Polymères, en collaboration avec l’Université de Warwick, ont isolé un peptide capable de se lier à la glace et de limiter la formation des cristaux, comme le font les protéines antigel. Ils ont utilisé pour cela une technique spécifique, l’exposition sur phage. Le phage est un virus capable de présenter sur sa surface de multiples copies d’un peptide, et utilisé pour identifier les peptides capables de se lier à différentes surfaces, comme la glace. Les chercheurs ont utilisé une librairie de milliards de phages, chacun encodant un peptide différent. Ils ont sélectionné et amplifié les peptides se liant le mieux, et éliminé les autres, et ce à plusieurs reprises. Cela leur a permis d’identifier une molécule se liant particulièrement bien à la glace, un peptide cyclique de 14 acides aminés.

«Nous ne sommes pas encore capable de concevoir rationnellement des molécules synthétiques qui imiteraient les protéines antigel, car il reste encore trop d’inconnues quant à leur fonctionnement», explique Harm-Anton Klok, professeur à la Faculté des Sciences et Techniques de l’Ingénieur et à la tête du Laboratoire des Polymères. «Nous devions donc utiliser l’approche inverse, à savoir créer des milliards de molécules, et identifier celles correspondantes aux propriétés recherchées.» Leurs résultats sont publiés dans Nature Communications.

Les scientifiques ont isolé un peptide capable de se lier à la glace et de limiter la formation des cristaux, comme le font les protéines antigel.
© Laboratoire des Polymères / EPFL

References

Stevens, C.A., Bachtiger, F., Kong, XD. et al. A minimalistic cyclic ice-binding peptide from phage display. Nat Commun 12, 2675 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22883-w