L'ingénieur en protéines

Il n'est pas toujours facile d'acheminer sans dommage des molécules actives dans le corps jusqu'au site d'action souhaité et à l'intérieur des cellules. En effet, certaines de ces molécules se dégradent rapidement et les cellules n'absorbent pas facilement de nombreuses molécules. Les molécules d'ARN en font partie. Pour pouvoir les utiliser comme substances actives, elles ont besoin d'un système de transport. Dans le cas des vaccins Covid à base d'ARN, par exemple, l'ARN est emballé dans une nanoparticule lipidique. Un inconvénient à cela : ces particules ne sont pas stables longtemps à température ambiante.

Tom Edwardson, chercheur au Département Chimie et des sciences biologiques appliquées, a développé ces dernières années une autre enveloppe protectrice d'un genre nouveau, qui permet d'emballer et de protéger très facilement les molécules d'ARN. Il s'agit d'une cage microscopique composée de 24 protéines identiques. En raison de sa petite taille, cette cage ne peut certes pas contenir une molécule d'ARNm entière comme une nanoparticule lipidique dans les vaccins Covid actuels. Mais Edwardson peut loger dans sa cage à protéines des molécules d'ARN plus petites, nécessaires pour inhiber de manière ciblée l'activité de certains gènes dans les cellules, ce qu'on appelle les "small interfering RNA".

Beaucoup de voyages

Edwardson est arrivé en Suisse il y a six ans. Il est originaire d'?cosse. Après ses études de chimie, il a d'abord voyagé en Asie, a travaillé plus longtemps en Corée comme professeur d'anglais et a finalement obtenu son doctorat à Montréal. Le fait qu'il soit ensuite venu à Zurich pour un postdoc n'est pas seulement lié au professeur de l'ETH Donald Hilvert et à l'ETH Zurich, mais aussi aux Alpes et aux possibilités d'y pratiquer l'escalade à outrance. L'escalade est en effet l'une de ses grandes passions. On le retrouve ainsi presque chaque week-end sur un rocher d'escalade, dans les Alpes ou dans le Jura.

Son deuxième hobby est le brassage de la bière. "J'ai commencé à le faire au Canada, avec un ami qui est également chimiste", explique Edwardson. "Le brassage de la bière est le hobby parfait pour les chimistes, ce n'est rien d'autre que du génie des procédés", dit-il avec un rire qui lui est propre. Entre-temps, il n'est pas seulement le fournisseur de bière de la cour de son groupe de recherche, mais il participe également à des concours de brassage et initie des collègues de travail plus jeunes à son hobby.

Facile à charger

Il est tout aussi passionné par son travail, les cages à protéines, qui peuvent être produites très facilement dans les bactéries au moyen de la biotechnologie. "Chaque fois, 24 protéines individuelles s'assemblent de manière auto-organisée pour former un cube. J'ai été stupéfait lorsque j'ai vu cela pour la première fois", raconte Edwardson. Et alors que d'autres enveloppes de protection des molécules, comme les nanoparticules lipidiques par exemple, ont des tailles différentes lors de la fabrication, les cages de protéines ont toutes exactement la même forme et la même taille. "C'est idéal, car la taille influence les propriétés des médicaments, par exemple si et dans quelle mesure ils sont absorbés par les cellules", explique le chimiste.

Un autre avantage des cages à protéines par rapport aux autres possibilités de protéger les petites molécules de substances actives : Elles peuvent être conservées sans problème pendant des mois à température ambiante et n'ont donc pas besoin d'être réfrigérées. Enfin, les cages cubiques ont une petite ouverture sur tous les c?tés, ce qui rend le chargement du produit moléculaire à transporter très simple : les cages à protéines peuvent être fabriquées en grande quantité et être remplies ultérieurement avec le produit à transporter. "On pourrait même les remplir de substances actives ARN spécifiques au patient", explique Edwardson.

Aussi pour la chimiothérapie

Pour développer les enveloppes des protéines, Edwardson a utilisé une structure protéique synthétique existante que d'autres scientifiques avaient développée, et il a modifié la séquence de blocs de construction des protéines à différents endroits clés. L'objectif était qu'à l'intérieur de la cage, de nombreux atomes soient chargés positivement. Les molécules d'ARN sont chargées négativement, ce qui leur permet de passer d'elles-mêmes par les ouvertures de la cage à protéines gr?ce à l'attraction électrique. "Nos cages sont un exemple typique d'ingénierie des protéines. Nous sommes aujourd'hui en mesure de modifier les protéines de manière ciblée afin de créer de nouveaux objets moléculaires", explique Edwardson.

Entre-temps, Edwardson a encore élargi la cage à protéines en revêtant l'intérieur d'une couche de tensioactif. Ainsi, des molécules insolubles dans l'eau peuvent également être transportées à l'intérieur, comme par exemple des substances actives contre le cancer. ? l'avenir, il aimerait également modifier l'extérieur des cages de manière ciblée. Il serait ainsi possible de contr?ler dans quelles cellules du corps les cages à protéines doivent pénétrer. L'ETH Zurich a déposé deux brevets pour les cages à protéines d'Edwardson. Lui et ses collègues prévoient maintenant de créer un spin-off pour poursuivre le développement des cages et préparer leur mise sur le marché. "En Suisse, l'environnement est idéal pour créer une entreprise", dit-il. De toute fa?on, il aimerait bien rester ici - notamment pour continuer à être aussi proche des bonnes possibilités d'escalade.

Il transmet également à ses jeunes collaborateurs du groupe de recherche qu'il est important de faire autre chose à c?té de son travail. Et qu'il faut voyager quand on est jeune, et qu'il n'y a absolument aucun mal à faire une pause entre les études et la thèse pour travailler. "Je ne regrette absolument pas d'avoir travaillé en tant qu'enseignant, car j'y ai beaucoup appris, et j'en profite encore aujourd'hui."