Le séquençage du VIH : de la biologie à la thérapeutique

Un problème majeur de santé publique

Il s’est main­tenant écoulé près de vingt ans depuis la descrip­tion des pre­miers signes clin­iques de ce qui devait s’avér­er comme une nou­velle mal­adie. En 1981, le cen­tre de sur­veil­lance des mal­adies recen­sa aux États-Unis, dans la com­mu­nauté homo­sex­uelle, un nom­bre anor­male­ment élevé de patholo­gies rares. Le point com­mun entre toutes ces patholo­gies était l’altéra­tion, voire l’ef­fon­drement, du sys­tème immu­ni­taire des malades.

L’ensem­ble de ces tableaux clin­iques est main­tenant regroupé sous le terme de Syn­drome d’im­mun­odé­fi­cience acquise ou SIDA. À ce jour, l’OMS a recen­sé 53 mil­lions de per­son­nes infec­tées et 18,8 mil­lions de morts. Cette mal­adie est présente sur tous les con­ti­nents avec deux foy­ers majeurs en Afrique sub-sahari­enne (24,5 mil­lions de cas) et en Asie du Sud et du Sud-Est (5,6 mil­lions de cas).

Cette mal­adie est à ce jour la seule mal­adie infec­tieuse en crois­sance log­a­rith­mique et représente donc un prob­lème majeur de san­té publique, de même enver­gure que la tuber­cu­lose dans les pays en voie de développement.

De la description à la séquence

Le car­ac­tère infec­tieux de cette nou­velle mal­adie apparut rapi­de­ment. Dès 1982, la con­t­a­m­i­na­tion de per­son­nes ayant subi des trans­fu­sions san­guines ou de dérivés san­guins, et notam­ment le cas des hémophiles qui reçoivent des pro­duits fil­trés, indi­qua l’o­rig­ine virale de la maladie.

En 1983, un type nou­veau de rétro­virus humain fut isolé par le groupe du pro­fesseur Mon­tag­nier à l’In­sti­tut Pas­teur, à par­tir d’un patient homo­sex­uel atteint d’une lym­phadénopathie général­isée per­sis­tante épidémi­ologique­ment reliée au sida¹.

Ce rétro­virus fut ensuite isolé par des équipes français­es et améri­caines à par­tir de patients atteints d’autres syn­dromes asso­ciés à la mal­adie et les indi­ca­tions lais­sant entrevoir son rôle éti­ologique dans le sida s’ac­cu­mulèrent rapidement.

L’isole­ment du virus représen­tait une étape très impor­tante. Il per­mit notam­ment le développe­ment indus­triel de tests diag­nos­tiques qui furent brevetés par l’In­sti­tut Pas­teur en 1983. Grâce à ces tests de détec­tion ain­si qu’à l’in­ter­ro­ga­tion des don­neurs afin d’é­carter de la col­lecte les échan­til­lons risqués, le criblage sys­té­ma­tique des dons de sang put être mis en œuvre, menant à la qua­si-élim­i­na­tion de la con­t­a­m­i­na­tion par transfusion.

La recherche de la séquence du virus, ini­tiale­ment appelé LAV (Lym­phadenopa­thy-Asso­ci­at­ed Virus) par les Français et HTLV-III (Human T‑cell Leukemia-lym­phoma Virus type III) par l’équipe de Robert Gal­lo aux États-Unis, fut une course con­tre la montre.

À peine un mois après le démar­rage du pro­jet, l’équipe de l’In­sti­tut Pas­teur avait achevé le tra­vail et pub­li­ait la séquence de ce virus d’un type nou­veau². Les prob­lèmes de nomen­cla­ture furent réso­lus, en 1986, par l’adop­tion du nom de Virus d’im­mun­odé­fi­cience humaine et du sigle VIH correspondant.

De la séquence aux tentatives de vaccins

L’ob­ten­tion de plusieurs séquences du VIH par divers groupes français et améri­cains et leur com­para­i­son révélèrent un nou­v­el obsta­cle. Le nou­veau virus était géné­tique­ment insta­ble, c’est-à-dire que les iso­lats provenant de dif­férents endroits ne présen­taient pas exacte­ment la même séquence. Ce phénomène était déjà con­nu, le meilleur exem­ple étant le virus de la grippe con­tre lequel on n’est tou­jours pas par­venu à pro­duire de vac­cin ” uni­versel “. Il était donc évi­dent que l’ob­ten­tion d’un vac­cin con­tre le VIH néces­sit­erait de nou­veaux con­cepts, et qu’une col­lab­o­ra­tion chercheurs — médecins — indus­tries phar­ma­ceu­tiques serait indispensable.

Il fal­lait d’abord appréhen­der l’é­ten­due de la vari­abil­ité génomique du VIH. Les travaux effec­tués par les groupes de Simon Wain-Hob­son, Mal­colm Mar­tin et Beat­rice Hahn mirent en évi­dence un phénomène d’une ampleur non égalée à ce jour.

Non seule­ment les iso­lats dif­fèrent d’une région à une autre, mais au sein d’un même indi­vidu, le virus évolue au cours de la pro­gres­sion de la mal­adie. La com­para­i­son des mul­ti­ples séquences obtenues dans le monde entier per­mit de définir les régions clés du génome pour le développe­ment de vac­cins et de médicaments.

Les essais de vac­cins pro­phy­lac­tiques con­tre le VIH sont fondés soit sur l’ex­péri­ence tirée de vac­cins effi­caces con­tre d’autres virus, soit sur de nou­veaux con­cepts émanant de la com­préhen­sion de la façon spé­ci­fique dont le VIH induit des répons­es immunes poten­tielle­ment pro­tec­tri­ces, et notam­ment l’in­duc­tion de cel­lules tueuses cytoly­tiques. Les prin­ci­pales approches comprennent :

• la par­tic­ule virale entière inactivée,
• des par­tic­ules virales incomplètes,
• les vac­cins vivants atténués,
• des vecteurs recom­bi­nants vivants : le matériel géné­tique du virus, com­plet ou frag­men­té, est intro­duit dans un virus ou une bac­térie non pathogène qui sont util­isés comme vecteurs ;
• des vac­cins ADN : comme pour les vecteurs recom­bi­nants, des frag­ments de l’ADN viral sont intro­duits dans de l’ADN bac­térien. Mais cette fois, ce sont les cel­lules humaines receveuses qui pro­duisent les pro­téines déclen­chant la réponse immunitaire ;
• des sous-unités recom­bi­nantes cor­re­spon­dant à une pro­téine virale pro­duite dans des lev­ures. Cette approche fut util­isée pour la pre­mière fois avec suc­cès con­tre l’hé­patite B ;
• des pep­tides, petites séquences pro­téiques virales. Les répons­es con­tre ces pep­tides dépen­dent du com­plexe majeur d’his­to­com­pat­i­bil­ité de chaque indi­vidu et sont extrême­ment spé­ci­fiques, ren­dant dif­fi­cile l’ex­ten­sion d’un tel vac­cin à la pop­u­la­tion totale.

Les vac­cins con­tre les autres mal­adies ain­si que les essais de vac­ci­na­tion anti-VIH chez le singe mon­trent que la forme la plus effi­cace de vac­ci­na­tion con­siste à utilis­er le virus vivant atténué. Il est hélas impens­able d’u­tilis­er ce type de vac­cins chez l’homme dans la mesure où l’in­fec­tion par le VIH dure toute la vie et que des événe­ments de recom­bi­nai­son in vivo, fréquents dans le cas de ce virus, pour­raient men­er à la réémer­gence de formes virulentes.

Tous les autres con­cepts de vac­cins sont actuelle­ment en phase d’es­sais clin­iques, à dif­férents stades. La phase I éval­ue l’im­munogénic­ité ain­si que la sûreté et l’ab­sence de tox­i­c­ité d’un vac­cin chez un petit nom­bre de volon­taires sains et à faible risque. La phase II véri­fie l’im­munogénic­ité chez un plus grand nom­bre de volon­taires et la phase III com­prend des essais d’ef­fi­cac­ité préven­tive chez un grand nom­bre de volon­taires à risque.

Le pro­gramme de recherche sur un vac­cin con­tre le sida d’Aven­tis Pas­teur est l’un des plus avancés. La stratégie est basée sur l’u­til­i­sa­tion com­binée de plusieurs immunogènes : virus de la var­i­ole (canari-pox) recom­bi­nant et sous-unités pro­téiques recom­bi­nantes, pour déclencher les répons­es cel­lu­laires et humorales humaines. Un essai de phase III doit être con­duit en Thaï­lande sur plusieurs dizaines de mil­liers de volontaires.

Ces vac­cins pour­raient non seule­ment pro­téger des per­son­nes non infec­tées mais aus­si avoir un effet thérapeu­tique chez les indi­vidus séroposi­tifs, allonger la péri­ode de non-pro­gres­sion de la mal­adie, dimin­uer le taux de trans­mis­sion et per­me­t­tre des amé­nage­ments de la trithérapie (ci-après). De longues et dif­fi­ciles études clin­iques seront néces­saires pour en établir la validité.

De la séquence aux trithérapies

La dif­fi­culté de la mise au point d’un vac­cin et le nom­bre crois­sant de per­son­nes infec­tées ont ren­du urgente la mise au point de thérapies effi­caces. De plus, la pos­si­bil­ité d’évoluer géné­tique­ment con­fère à un virus une sus­cep­ti­bil­ité impor­tante de résis­tance aux médica­ments par l’ob­ten­tion de vari­ants d’échappement.

Maque­tte du Virus d’Immunodéficience Humaine

Un virus est un agent infec­tieux de très petite taille, ne pos­sé­dant qu’un seul type d’acide nucléique, ADN ou ARN.
Il ne peut se repro­duire qu’en par­a­sitant une cel­lule car il a besoin des out­ils métaboliques de cette cel­lule hôte pour assur­er sa propagation.
Un rétro­virus est un virus à ARN.

La vari­abil­ité du génome du VIH est estimée de l’or­dre de 10^-4, ce qui sig­ni­fie que pour trou­ver un vari­ant échap­pant à une molécule thérapeu­tique don­née il suf­fit de 10⁴ par­tic­ules virales. Or un malade en stade avancé peut héberg­er de l’or­dre de 10¹⁰ cel­lules infec­tées, et sous la pres­sion de sélec­tion due à la présence du médica­ment, il est estimé qu’un vari­ant d’échappe­ment peut sur­gir en six jours.

Si l’on utilise deux principes act­ifs ayant des sites d’ac­tion dis­tincts, il faut alors de l’or­dre de 10⁸ par­tic­ules virales pour trou­ver un vari­ant d’échappe­ment, et 10¹² si le traite­ment com­prend trois médi­ca­tions. Par con­séquent, une trithérapie com­bi­nant des molécules agis­sant sur des cibles dif­férentes per­met de con­tre­car­rer le prob­lème de résis­tance aux médicaments.

Actuelle­ment, les thérapies sont basées sur l’u­til­i­sa­tion de molécules thérapeu­tiques blo­quant les dif­férentes enzymes virales, ce qui per­met d’in­ter­rompre la cas­cade de réac­tions chim­iques néces­saires à la survie du virus. Les traite­ments com­bi­nent des antipro­téas­es et des anti­tran­scip­tases invers­es. En effet, la struc­ture cristal­lo­graphique de la tran­scrip­tase inverse, enzyme très spé­ci­fique du VIH, a per­mis aux firmes phar­ma­ceu­tiques de définir des médica­ments agis­sant sur dif­férents sites de l’enzyme.

Le prob­lème majeur des antipro­téas­es actuelles est leur tox­i­c­ité à long terme. Le traite­ment est en out­re con­traig­nant et onéreux. Il est prob­a­ble que les per­son­nes actuelle­ment infec­tées devront pren­dre ces médica­ments toute leur vie et c’est dans ce con­texte que les firmes phar­ma­ceu­tiques con­tin­u­ent à chercher des molécules thérapeu­tiques ayant une meilleure effi­cac­ité et une moin­dre toxicité.

Du laboratoire au patient : une implication mondiale

La sit­u­a­tion très dif­férente des patients infec­tés par le VIH suiv­ant leur pays de rési­dence impose une ouver­ture en direc­tion des pays en voie de développe­ment. L’en­vi­ron­nement joue un rôle impor­tant dans le développe­ment de la mal­adie, et notam­ment dans l’émer­gence d’in­fec­tions oppor­tunistes. L’é­tude des aspects évo­lu­tifs de l’in­fec­tion à VIH (étude de l’his­toire naturelle, analyse des fac­teurs aggra­vants ou pro­tecteurs) est un volet pri­mor­dial de la recherche.

La pandémie de sida qui touche cer­tains pays en voie de développe­ment ain­si que son cortège de mal­adies infec­tieuses oppor­tunistes chez l’adulte comme chez l’en­fant ont créé une sit­u­a­tion san­i­taire préoc­cu­pante, sou­vent dra­ma­tique, en ter­mes de préven­tion, de diag­nos­tic micro­bi­ologique et de prise en charge thérapeutique.

La recherche pra­tiquée notam­ment dans les lab­o­ra­toires du réseau inter­na­tion­al des Insti­tuts Pas­teur et Insti­tuts asso­ciés répond à trois types de besoins : l’in­ves­ti­ga­tion sur le ter­rain, l’étab­lisse­ment de lab­o­ra­toires poly­va­lents dans les pays en voie de développe­ment et le diag­nos­tic de référence en zone intertrop­i­cale. Le champ des actions néces­saires est très large.

Voici quelques exem­ples qui per­me­t­tent d’ap­préhen­der la spé­ci­ficité du prob­lème dans les pays en voie de développement.

• Pour inter­venir sur le ter­rain, les Insti­tuts du Réseau ont dévelop­pé une trousse autonome et mis au point des méth­odes orig­i­nales pour s’af­franchir de la chaîne du froid, du pho­tomètre et de la micro­scopie à flu­o­res­cence et donc réus­sir des diag­nos­tics directs sur les prélève­ments sans avoir recours à des tech­niques util­is­ables seule­ment en laboratoire.
• Pour per­me­t­tre la com­para­i­son des résul­tats obtenus dans dif­férents cen­tres, des méth­odes uni­formisées avec des réac­t­ifs com­muns ont été dévelop­pées. Grâce à la sim­pli­fi­ca­tion des pro­to­coles de fab­ri­ca­tion des out­ils, cer­taines struc­tures médi­cales isolées et dému­nies sont capa­bles de réalis­er des diag­nos­tics biologiques et des études épidémiologiques.

Pour les mal­adies infec­tieuses oppor­tunistes, des avancées ont été obtenues dans la mise au point d’al­go­rithmes amélio­rant con­sid­érable­ment la prise en charge thérapeu­tique de la diar­rhée au cours du sida chez l’adulte.

Ces procé­dures, dévelop­pées à l’In­sti­tut Pas­teur de Ban­gui, ont ensuite été dif­fusées pour ouvrir des struc­tures opéra­tionnelles pour le diag­nos­tic et la prise en charge des mal­adies infec­tieuses oppor­tunistes dans les régions où l’in­fec­tion VIH/sida a une forte pré­va­lence (Viêt­nam, Cam­bodge, Côte-d’Ivoire, Sénégal).

Dans des pays où il n’y a pas de con­trôle effi­cace de l’épidémie VIH/sida et où l’in­fra­struc­ture médi­cale ne fait pas face aux deman­des de soins, les obser­va­toires des patholo­gies infec­tieuses oppor­tunistes ont per­mis d’en­gager des actions pour que ces infec­tions soient traitées avec l’aide d’un diag­nos­tic micro­bi­ologique min­i­mum et d’or­gan­is­er une recherche dans le but d’amélior­er leur prise en charge thérapeutique.

Deux autres pro­jets sont en cours de réal­i­sa­tion : une cel­lule de sur­veil­lance et d’in­ter­ven­tion pour l’Afrique cen­trale et un cen­tre de pro­duc­tion de réac­t­ifs spé­cial­isés, non com­mer­cial­isés ou trop onéreux pour les pays en voie de développement.

Le VIH au service de la thérapie génique

La recherche sur le VIH a des retombées impor­tantes dans de nom­breux domaines de la recherche médi­cale, notam­ment en virolo­gie, immunolo­gie et recherche clin­ique. La capac­ité d’in­té­gra­tion du virus dans le génome des cel­lules de l’hôte infec­té a ouvert la voie à de nou­veaux con­cepts, en faisant notam­ment des out­ils dérivés du VIH des vecteurs de choix pour la thérapie génique.

En effet, un des obsta­cles majeurs au développe­ment de la thérapie génique est l’ab­sence de sys­tèmes de trans­fert de gènes thérapeu­tiques suff­isam­ment fiables et effi­caces. En théorie, le VIH com­bine les avan­tages des vecteurs viraux clas­siques sans en présen­ter les incon­vénients : il est capa­ble de trans­fér­er des gènes dans des cel­lules qui ne se divisent pas, sans exprimer de gènes viraux, et donc sans entraîn­er le rejet par l’or­gan­isme des cel­lules manip­ulées. Une étape clé du trans­fert de gènes dans des cel­lules qui ne se divisent pas est le pas­sage de l’ADN thérapeu­tique dans le noy­au des cellules.

Or des travaux menés depuis plusieurs années par un groupe de l’In­sti­tut Pas­teur sur le pas­sage de l’ADN viral dans le noy­au des cel­lules hôtes ont con­duit à la décou­verte d’un mécan­isme biologique orig­i­nal. L’ADN du VIH porte en son cen­tre une petite région inhab­ituelle à trois brins qui est néces­saire au pas­sage du génome viral dans le noy­au des cel­lules³.

La con­nais­sance de ce mécan­isme per­met aujour­d’hui d’amélior­er notable­ment l’ef­fi­cac­ité des vecteurs dérivés du VIH et d’e­spér­er détenir un vecteur applic­a­ble à la thérapie génique chez l’homme. Ain­si, ce dérivé d’un red­outable virus, con­tre lequel on ne sait pas encore vac­cin­er, pour­rait être appliqué en médecine humaine pour la thérapie génique de nom­breuses mal­adies comme le sida, les can­cers et les mal­adies génétiques.

Le cas du sida est exem­plaire en ce sens qu’il met en valeur les impli­ca­tions des dif­férents parte­naires dans un prob­lème de san­té publique. Par­tie d’une obser­va­tion médi­cale, l’i­den­ti­fi­ca­tion du virus en cause a été faite par la com­mu­nauté des chercheurs aidée par les médecins qui trans­met­taient obser­va­tions et prélèvements.

Les décou­vertes fon­da­men­tales faites au lab­o­ra­toire furent ensuite util­isées par les indus­tries phar­ma­ceu­tiques pour le développe­ment de médica­ments et vac­cins, et par l’ensem­ble du corps médi­cal et social.

Cette tra­jec­toire n’est-elle pas la ver­sion con­tem­po­raine de ce que Louis Pas­teur énonçait voici plus de cent ans :

Il n’ex­iste pas de caté­gories de sci­ences aux­quelles on puisse don­ner le nom des sci­ences appliquées. Il y a la sci­ence et les appli­ca­tions de la sci­ence, liées entre elles comme le fruit à l’ar­bre qui l’a porté ?*

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* Pourquoi la France n’a pas trou­vé d’hommes supérieurs au moment du péril. Louis Pas­teur, 1871.
1. Bar­ré-Sinous­si F. et al., 1983, Sci­ence, 220 : 868.
2. Wain-Hob­son S. et al., 1985, Cell, 40 : 9.
3. Zen­nou V. et al., 2000, Cell, 101 : 173.

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