Biotechnologie et santé animale

Rev. sci. tech. Off. int. Epiz., 1993,12 (2), 355-368
Biotechnologie et santé animale
Ph. D E S M E T T R E *
e
Résumé : Si le développement par Louis Pasteur, à la fin du XIX siècle, des
premiers vaccins destinés à l'animal, représente le premier apport de la
biotechnologie à la santé animale, ce n'est que beaucoup plus récemment que
des progrès décisifs ont été accomplis tant pour le dépistage des maladies
infectieuses ou parasitaires que pour leur prévention.
En effet, les récents progrès des connaissances permettent d'envisager le
développement d'un ensemble de moyens dont la mise en œuvre conditionnera
la santé de l'animal domestique ou sauvage, assurera le bien-être de l'animal de
compagnie, développera la performance de l'animal de sport et améliorera la
production de l'animal de rente tout en participant à la protection de la santé de
l'Homme.
De tels progrès résultent de l'application, toujours plus rapide, des
connaissances acquises dans les sciences de la matière en même temps que dans
les sciences de la vie, qui, toutes, participent au caractère multidisciplinaire de
la biotechnologie.
Il en est ainsi du renouvellement rapide des réactifs et des techniques
de diagnostic qui allient spécificité, sensibilité, reproductibilité, rapidité de mise
en œuvre et robustesse, et qui bénéficient des plus récentes
découvertes
de l'immunologie, de la biochimie ou de la biologie moléculaire : anticorps
monoclonaux,
sondes
nucléiques
ou amplification
de
l'acide
désoxyribonucléique, pour ne citer que les principales.
De même, la mise au point de nouveaux vaccins alliant efficacité, durée de
protection, innocuité, stabilité, polyvalence et simplicité
d'administration
(vaccins de sous-unités, vaccins de recombinaison
génétique,
vaccins
synthétiques, vaccins anti-idiotypes) résultent des plus récents progrès de
l'immunologie,
de l'immunochimie,
de la biologie moléculaire et de la
biochimie.
Enfin, la mise à disposition de nouvelles molécules à activités thérapeutiques
anti-infectieuses,
anti-parasitaires ou immunomodulatrices
capables de
stimuler les défenses spécifiques et non spécifiques de l'organisme, sont une
autre illustration des applications actuelles et futures de la biotechnologie à la
santé animale.
Les nouvelles techniques de diagnostic, les nouveaux vaccins ou les
nouvelles molécules thérapeutiques ne représentent cependant que les
applications les plus immédiates de connaissances dont la portée laisse
entrevoir, à terme, l'obtention d'animaux transgéniques dont le potentiel
génétique se trouvera dûment recensé en même temps que ces animaux seront
rendus spontanément résistants aux maladies et que leurs
performances
zootechniques seront développées.
Directeur recherche et développement, Rhône-Mérieux, 254, rue Marcel-Mérieux, 69007 Lyon,
356
Protéger la santé de l'Homme et préserver son environnement en assurant la
santé et le bien-être de l'animal représentent l'ultime enjeu de la biotechnologie
appliquée à la santé et aux productions animales.
MOTS-CLÉS : Animaux transgéniques - Biotechnologie - Réactifs de
diagnostic - Santé animale - Thérapeutiques - Vaccins.
INTRODUCTION
E n s e m b l e des techniques qui visent à l'exploitation des micro-organismes, des
cellules animales et végétales, et de leurs constituants, la biotechnologie, d o n t les
origines se confondent avec l'origine de l'humanité, a trouvé ses premières applications
en santé animale avec les travaux de Louis Pasteur à la fin du siècle dernier.
C'est, en effet, avec le d é v e l o p p e m e n t des premiers vaccins préparés à partir de
micro-organismes dont le pouvoir pathogène était artificiellement atténué par culture
(fièvre charbonneuse, choléra aviaire, rouget du porc, rage) que la biotechnologie
trouvait ses premières applications en santé animale en m ê m e temps que naissait le
concept de vaccinologie.
Accompagnant les progrès de la microbiologie et de l'immunologie, d'autres vaccins
de maladies virales ou bactériennes ont été développés au cours de la première moitié
du siècle : vaccins préparés à partir de micro-organismes ou de leurs toxines inactivés et
formulés en présence de substances adjuvantes de l'immunité, et vaccins préparés à
partir de micro-organismes de pouvoir p a t h o g è n e a t t é n u é ; ce d é v e l o p p e m e n t des
vaccins n'a été possible que grâce au développement concomitant des techniques de
culture des tissus ou des cellules d'origine animale.
A u milieu du siècle, la découverte des antibiotiques, produits du métabolisme de
différents micro-organismes, devait modifier très sensiblement les conditions de lutte
contre les maladies animales d'origine bactérienne ou fongique.
Ce n'est toutefois que b e a u c o u p plus r é c e m m e n t q u ' u n certain n o m b r e de
découvertes de caractère multidisciplinaire mais résultant principalement des progrès
de la biochimie, de la biologie moléculaire et de l'immunologie, allaient jouer un rôle
décisif dans le diagnostic, la p r é v e n t i o n et la lutte contre les principales maladies
animales infectieuses ou parasitaires. Parmi ces découvertes, il convient de mentionner
la structure de l'acide désoxyribonucléique (ADN) support de l'hérédité, la structure et
la synthèse des protéines, la recombinaison génétique de l'ADN et la fusion cellulaire à
l'origine de l'obtention des anticorps monoclonaux.
Les différents apports de ces importantes découvertes et, plus généralement, des plus
récents d é v e l o p p e m e n t s de la biotechnologie au diagnostic, à la prévention et au
traitement des maladies animales seront successivement envisagés en même temps que
seront passées en revue quelques-unes de leurs principales applications futures.
BIOTECHNOLOGIE ET DIAGNOSTIC
A u plan général, le diagnostic des maladies infectieuses, virales ou bactériennes et
des maladies parasitaires repose sur la mise en évidence de l'agent ou de certains de ses
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constituants (diagnostic direct) ou sur la mise en évidence des éléments de la réponse
immunitaire induite par les antigènes portés par cet agent (diagnostic indirect).
Diagnostic direct
Pour le diagnostic direct, les techniques les plus classiquement utilisées (mise en
évidence m a c r o s c o p i q u e ou m i c r o s c o p i q u e directe de l'agent ou après coloration
incluant l'utilisation de marqueurs fluorescents, culture, isolement, caractérisation, etc.)
cèdent p r o g r e s s i v e m e n t le pas à de nouvelles t e c h n i q u e s plus spécifiques et plus
sensibles. Parmi celles-ci figurent les techniques immuno-enzymatiques, qui reposent
sur la mise en évidence des déterminants antigéniques portés par l'agent recherché au
moyen d'anticorps spécifiques m a r q u é s p a r des enzymes destinées à révéler la
formation des complexes antigènes-anticorps. Ces complexes sont révélés par l'activité
enzymatique qu'ils portent, l'action de l'enzyme sur un substrat approprié transformant
ce dernier en un produit coloré, facilement visualisable.
La spécificité et la sensibilité de ces techniques peuvent se trouver considérablement
accrues par l'utilisation d'anticorps monoclonaux obtenus par la fusion d'une cellule
productrice d ' u n anticorps monospécifique (plasmocyte B) avec u n e cellule
lui a p p o r t a n t l'immortalisation et la sécrétion ( m y é l o m e ) . D e m ê m e , la sensibilité
de ces t e c h n i q u e s p e u t se t r o u v e r a u g m e n t é e p a r l ' u t i l i s a t i o n d ' u n m a r q u e u r
chimioluminescent en lieu et place d'un marqueur enzymatique.
Plus récemment, les progrès réalisés dans la connaissance des acides nucléiques ont
permis d'envisager la mise au point de techniques de diagnostic direct basées non plus
sur la recherche de l'agent infectieux ou parasitaire et de ses constituants antigéniques,
mais sur la mise en évidence du m a t é r i e l g é n é t i q u e , A D N ou acide r i b o n u c l é i q u e
(ARN), porté par ces agents.
Grâce à la propriété d'appariement des bases qui constituent le code génétique, les
techniques d'hybridation de l ' A D N ou de l ' A R N utilisent des fragments d'acide
nucléique obtenus par recombinaison génétique ou par synthèse (oligonucléotides) et
qui sont choisis pour leur spécificité, c'est-à-dire pour leur propriété de n'être présents
que sur le génome de l'agent recherché. Après avoir marqué l'oligonucléotide ou sonde
nucléique au moyen d'un marqueur approprié (radioélément, enzyme, fluorochrome,
etc.), il est possible de mettre en évidence son hybridation spécifique avec le génome de
l'agent recherché (préalablement extrait et préparé en vue de cette hybridation).
D e telles techniques, dont la sensibilité dépend, pour une large part, du nombre de
copies de génome présentes dans le milieu réactionnel, trouvent également leurs limites
dans les variations de spécificité induites par les conditions de l'hybridation qui peuvent
conduire au mésappariement des bases.
Un progrès décisif pour la mise en évidence des matériels génétiques portés par les
agents est représenté par la technique dite d'«amplification en chaîne par polymérase»,
plus connue sous la dénomination anglaise de «polymerase chain reaction» (PCR).
Cette technique repose sur l'amplification de séquences nucléotidiques spécifiques
portées par le génome de l'agent recherché et met en œuvre l'activité d'une enzyme,
l'ADN polymérase, capable de synthétiser des brins complémentaires d ' A D N compris
entre deux oligonucléotides ou amorces, choisis pour leur spécificité et introduits dans
le milieu réactionnel de telle sorte qu'ils puissent s'hybrider spécifiquement au génome
de l'agent préalablement extrait. L'avantage principal de cette technique réside dans le
fait qu'elle met en œuvre de multiples cycles d'amplification du même fragment d'acide
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nucléique délimité par les amorces, permettant ainsi d'obtenir des quantités suffisantes
de ce fragment p o u r le m e t t r e d i r e c t e m e n t en évidence, par é l e c t r o p h o r è s e
(visualisation du fragment amplifié sous forme d ' u n e b a n d e spécifique) ou p a r
hybridation avec une sonde spécifique marquée.
D ' u n e extrême sensibilité, cette t e c h n i q u e p e u t être également d ' u n e g r a n d e
spécificité qui dépend notamment de la nature des amorces utilisées.
Toutes ces techniques, dont certaines (hybridation, amplification de gène) relèvent
encore du laboratoire spécialisé et du diagnostic individuel, sont désormais disponibles
sous forme de trousses (kits) fournissant tous les éléments nécessaires à la réaction. Nul
doute que, dans un proche avenir, leur utilisation au moyen d'automates les destinera
au diagnostic de masse en même temps que leur simplification les rendra accessibles au
laboratoire non spécialisé ou au praticien.
Diagnostic indirect
Pour le diagnostic indirect, les techniques classiquement utilisées pour la mise en
évidence des anticorps (agglutination r a p i d e , agglutination lente, fixation du
complément, inhibition de l'hémagglutination, neutralisation, etc.); bien qu'encore très
largement utilisées y compris comme techniques de référence, cèdent progressivement
le pas aux techniques immuno-enzymatiques souvent plus spécifiques et surtout plus
sensibles.
Les techniques de diagnostic indirect sont basées, c o m m e les techniques de
diagnostic direct, sur la mise en évidence de complexes antigènes-anticorps. Dans le cas
du diagnostic indirect, les complexes sont formés entre le ou les antigènes de spécificité
connue, apportés dans la réaction (virus, bactéries, parasites, etc., ou leurs extraits) et
les anticorps éventuellement présents dans l'échantillon (sérum, lait, etc.) soumis à
l'analyse.
D a n s ce cas, les complexes antigènes-anticorps formés peuvent être révélés par
différentes techniques, qui utilisent toutes des m a r q u e u r s enzymatiques engagés
secondairement dans des réactions enzymes-substrats se traduisant par l'apparition de
produits colorés.
Les complexes antigènes-anticorps p e u v e n t é g a l e m e n t être révélés au m o y e n
d'anticorps anti-anticorps de l'espèce animale ayant fourni l'échantillon à analyser, ces
anti-anticorps étant eux-mêmes m a r q u é s par une enzyme. D a n s d ' a u t r e s cas, la
révélation est assurée par la mise en évidence d'une compétition survenue entre les
anticorps dont on recherche la présence dans l'échantillon à traiter et des anticorps de
même spécificité, de préférence monoclonaux, choisis pour leur affinité pour l'antigène
et marqués par une enzyme.
Dans le test indirect, la présence des anticorps spécifiques dans l'échantillon analysé
se traduit par l'apparition d'un produit coloré résultant de la dégradation du substrat
par l'enzyme, alors que, dans le test par compétition, c'est l'absence d'apparition du
produit coloré qui traduit la positivité de la réaction.
Comme dans le cas du diagnostic indirect, le marquage des anticorps révélateurs
(anti-anticorps ou anticorps e n t r a n t en compétition) peut se faire au moyen de
radioéléments ou de composés chimioluminescents, ce qui rend la réaction plus sensible
sinon plus spécifique.
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E n m a t i è r e de diagnostic indirect, un p r o g r è s décisif a été accompli p a r le
développement de vaccins p r é p a r é s à partir de micro-organismes n ' e x p r i m a n t pas
certains des d é t e r m i n a n t s antigéniques n o r m a l e m e n t p r é s e n t s sur les souches
pathogènes sauvages, et de réactifs de diagnostic p e r m e t t a n t de m e t t r e en évidence
l'absence de réponse immunitaire post-vaccinale vis-à-vis de ces antigènes. D e telles
approches, qui p e r m e t t e n t de distinguer les animaux vaccinés des animaux infectés
(diagnostic différentiel), laissent envisager l'éradication des maladies sous couverture
vaccinale, éradication r e n d u e j u s q u ' a l o r s impossible en raison de l'équivalence du
marquage sérologique des animaux vaccinés et infectés.
L'apport de la biotechnologie au diagnostic indirect, reposant sur la mise en évidence
des c o m p o s a n t e s cellulaires de la r é p o n s e i m m u n i t a i r e , doit être souligné, avec
l'utilisation des tests in vivo qui r e c h e r c h e n t un état d'hypersensibilité r e t a r d é e
( i n t r a d e r m o r é a c t i o n s ) p o u r le diagnostic de n o m b r e u s e s infections virales ou
bactériennes et d'infestations parasitaires. A ces tests, il convient maintenant d'ajouter
les tests in vitro qui s'adressent aux différents éléments cellulaires de la r é p o n s e
immunitaire en révélant leur niveau de sensibilisation à des antigènes spécifiques (test
de cytotoxicité lymphocytaire par exemple).
BIOTECHNOLOGIE ET VACCINS
Ainsi qu'il a été précédemment indiqué, depuis les travaux de Louis Pasteur et le
développement des premiers vaccins destinés à l'animal et préparés à partir de microorganismes dont le pouvoir pathogène se trouvait atténué par cultures successives en
conditions dysgéniques (vaccins vivants), de n o m b r e u x autres vaccins ont été
développés, soit à p a r t i r de micro-organismes a t t é n u é s , soit à partir de microorganismes inactivés par l'action d'agents physiques ou chimiques (vaccins inactivés).
Dans ce dernier cas, les vaccins sont formulés en présence de substances adjuvantes de
l'immunité destinées à potentialiser la réponse immunitaire induite.
Les vaccins vivants, les vaccins de sous-unités et les vaccins p r é p a r é s à partir de
produits du métabolisme des micro-organismes tels que les toxines, ont très largement
bénéficié des progrès de la biotechnologie, notamment pour ce qui concerne les moyens
de culture en masse des micro-organismes, les conditions de leur récolte et de leur
purification et les conditions de leur stabilisation p a r congélation ou lyophilisation
(vaccins vivants) ou encore de leur inactivation et de leur formulation en présence
d'adjuvants de l'immunité (vaccins inactivés ou vaccins préparés à partir d'anatoxines).
Dans ce domaine, les progrès les plus décisifs ont été réalisés avec le développement
de la culture en masse des cellules animales et plus p a r t i c u l i è r e m e n t des lignées
cellulaires qui ont permis la multiplication des virus ou des parasites à l'échelle
industrielle.
D e la m ê m e m a n i è r e , les vaccins b a c t é r i e n s ont très l a r g e m e n t bénéficié de
l'amélioration des cultures en masse rendues notamment possibles par l'utilisation de
fermenteurs.
Plus récemment, les progrès de la biochimie microbienne et de l'immunochimie ont
permis l'obtention des vaccins de sous-unités préparés à partir de fractions de microorganismes, purifiées de m a n i è r e à ne r e t e n i r que les fractions i m m u n o g è n e s
protectrices, à l'exclusion des fractions susceptibles d'induire des effets adverses tels
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que des réactions locales ou générales liées au développement ou à la révélation d'un
état d'hypersensibilité.
Le développement de tels vaccins, qui représentent un incontestable progrès, n'a
été rendu possible que par la mise en œuvre de p r o c é d é s de concentration, de
fractionnement et de purification (Chromatographie) utilisables à l'échelle industrielle.
Ces vaccins, qui ne comportent que certains des antigènes viraux, bactériens ou
parasitaires, fournissent, en outre, les bases d'un diagnostic différentiel des animaux
vaccinés ou infectés.
Vaccins de recombinaison génétique
Les progrès les plus récents accomplis dans le d o m a i n e des vaccins t i e n n e n t à
l'utilisation des techniques de recombinaison génétique, c'est-à-dire à la possibilité de
modifier le patrimoine génétique d'un organisme vivant par insertion dans son génome
de l'information génétique codant pour une nouvelle fonction (gène). Rendue possible
par l'universalité du code g é n é t i q u e , la recombinaison g é n é t i q u e p e r m e t ainsi
l'intégration, dans le génome de micro-organismes (virus, bactéries, levures) ou de
cellules de mammifères, de l'information g é n é t i q u e qui code p o u r la synthèse
d'antigènes différents de ceux normalement portés par ces mêmes organismes. Ainsi,
lorsque ces micro-organismes se multiplient ou, dans le cas des virus, sont multipliés par
des systèmes cellulaires appropriés, ils induisent la synthèse, en même temps que celle
de leurs propres constituants, des antigènes qui c o r r e s p o n d e n t à l'information
génétique nouvellement intégrée dans leurs génomes.
D e telles techniques de recombinaison génétique peuvent également être mises à
profit p o u r la délétion d ' u n e information g é n é t i q u e n o r m a l e m e n t p o r t é e p a r un
génome. Il en résulte l'obtention de micro-organismes recombinés qui n'expriment plus
certains des antigènes normalement présents sur les souches parentales ou sauvages. De
tels micro-organismes se p r ê t e n t alors parfaitement à la p r é p a r a t i o n de vaccins
permettant la différenciation entre animaux vaccinés et infectés. En outre, la délétion
par recombinaison génétique de gènes codant pour des facteurs de pathogénicité ou
pour des fonctions métaboliques en relation avec le pouvoir p a t h o g è n e des microorganismes p e r m e t la construction de souches microbiennes ayant un pouvoir
pathogène atténué et utilisables pour la préparation de vaccins vivants.
Dans un certain nombre de cas, la délétion peut elle-même être accompagnée par
l'insertion, en lieu et place du gène délété, d'un ou de plusieurs gènes codant pour de
nouvelles fonctions : synthèse d'une protéine utilisable comme marqueur de souche ou
comme m a r q u e u r de vaccination, ou synthèse de n o u v e a u x antigènes p r o t e c t e u r s
provenant d'un micro-organisme différent.
Les applications p o t e n t i e l l e m e n t les plus larges de la recombinaison g é n é t i q u e
résident dans l'obtention de nouvelles souches de micro-organismes ou de cellules
intégrant dans leurs génomes des gènes codant pour de nouveaux antigènes protecteurs.
Ces souches peuvent alors être utilisées pour la préparation de vaccins vivants ou de
vaccins de sous-unités.
D a n s le cas des vaccins vivants, des souches vaccinales p r é s e n t a n t un pouvoir
pathogène atténué, soit spontanément, soit par mutation induite, sont utilisées comme
vecteurs. Ces vecteurs, dont le génome doit, de préférence, être constitué d ' A D N afin
de faciliter la recombinaison génétique, peuvent être soit des virus, soit des bactéries.
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Dans le cas des virus, les vecteurs les plus classiquement utilisés sont les poxvirus et
plus particulièrement le virus de la Vaccine, les herpèsvirus et les adénovirus.
Si chacun des vecteurs potentiels p r é s e n t e un certain n o m b r e d ' a v a n t a g e s et
d'inconvénients, liés notamment au pouvoir pathogène résiduel des souches utilisées, à
leur tropisme, à leur capacité d'intégrer de larges séquences génomiques étrangères ou
encore au statut immunitaire des principales espèces animales cibles vis-à-vis des virus
vecteurs, les principaux développements à ce jour ont été obtenus avec les poxvirus et
en particulier le virus de la Vaccine.
L'exemple le plus significatif est celui du développement d'un vaccin antirabique
utilisable pour la vaccination orale de la faune sauvage et préparé à partir d'un virus de
la Vaccine recombiné, intégrant dans son génome l ' A D N complémentaire du gène qui
code pour la glycoprotéine qui est l'antigène p r o t e c t e u r du virus r a b i q u e . Ce virus
recombiné, qui a fait l'objet d'études extensives portant sur son innocuité établie sur
plus de 50 espèces domestiques ou sauvages de mammifères ou d'oiseaux, et sur son
activité pour les espèces cibles (renard roux, raton laveur, mouffette, mais aussi chien et
chat), est actuellement en essais élargis sur le terrain, tant en E u r o p e (Belgique et
France) qu'aux Etats-Unis d'Amérique. A ce titre, il représente le premier exemple de
dissémination volontaire élargie d'un organisme génétiquement modifié o b t e n u par
insertion d'un gène étranger dans le génome d'un virus vecteur.
D'autres poxvirus recombinés, utilisant soit le virus de la Vaccine ou des vecteurs
dérivés, soit des poxvirus aviaires (virus de la variole aviaire chez la poule, le pigeon ou
le canari), soit des poxvirus d ' a u t r e s espèces animales (virus de la variole porcine,
poxvirus du raton laveur, virus de l'ecthyma du mouton ou poxvirus de la chèvre), sont
actuellement en cours de développement.
O u t r e les n o u v e a u x vaccins a n t i r a b i q u e s , les virus r e c o m b i n é s r e p r é s e n t e n t la
possibilité de développer des vaccins aussi divers que ceux de la rhinopneumonie et de
la grippe équines, de la maladie d'Aujeszky du porc, de la leucémie et du syndrome
d'immunodéficience félines, ou de la maladie de Newcastle et de la maladie de Marek
des volailles.
La r e c h e r c h e p o r t a n t sur l'utilisation d ' a u t r e s virus vecteurs, bien q u e moins
avancée, présente suffisamment d'intérêt potentiel pour justifier d'assez nombreuses
études. C'est le cas de l'utilisation des herpèsvirus responsables de la rhinotrachéite
infectieuse bovine ou de la maladie d'Aujeszky du porc et plus généralement de tous les
herpèsvirus animaux, sans oublier l'herpèsvirus du dindon utilisé pour la vaccination
contre la maladie de Marek, ou encore l'herpèsvirus responsable de la laryngotrachéite
infectieuse aviaire. Les principales cibles vaccinales révélées à ce j o u r sont la peste
porcine classique, la maladie de Newcastle et la bursite infectieuse.
Pour les adénovirus, bien que les travaux soient d'une importance plus limitée, les
principaux résultats obtenus à ce jour ont porté sur l'utilisation d'un adénovirus humain
de type 5 et d'un adénovirus canin de type 1 pour l'obtention de vaccins antirabiques.
Dans le domaine des vecteurs bactériens, différents projets utilisant des souches
vaccinales d'Escherichia coli, de Salmonella ou encore de mycobactéries ont vu le jour
sans qu'aucune étude n'ait dépassé le stade du laboratoire. Cette situation est due aux
difficultés d ' o b t e n t i o n de vecteurs suffisamment a t t é n u é s mais restant capables
d'exprimer, au niveau de leurs flagelles, pili ou protéines de m e m b r a n e externe, des
quantités suffisantes du m a t é r i e l antigénique c o r r e s p o n d a n t à l'information
nouvellement intégrée dans leur génome. Cela tient également à la difficulté d'obtenir
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une implantation stable du vecteur dans la microflore, digestive par exemple, lors des
tentatives d'utilisation de ce vecteur pour une immunisation par voie orale.
Dans le cas des vaccins de sous-unités, la recombinaison génétique est utilisée pour
modifier le patrimoine génétique de micro-organismes de telle sorte que ceux-ci, en se
multipliant, induisent la synthèse d'antigènes protecteurs utilisables après extraction et
purification pour la formulation de vaccins. D e telles approches peuvent également être
utilisées pour l'obtention d'antigènes destinés à la préparation de tests de diagnostic
immunologique.
Les micro-organismes les plus fréquemment utilisés pour la préparation d'antigènes
destinés à la réalisation de ces tests ou à la formulation de vaccins, sont des virus
(poxvirus se multipliant sur des cellules de mammifères ou des cellules d'oiseaux,
baculovirus se multipliant sur des cellules d'insectes), des bactéries (E. coli) et des
levures (Saccharomyces, Pischia, etc.).
U n e a u t r e possibilité est l ' o b t e n t i o n de lignées de cellules immortalisées ayant
intégré dans leur génome les gènes codant pour les antigènes et pouvant donc produire
ces derniers de manière constitutive ; ces antigènes peuvent dès lors être extraits et
purifiés.
Pour l'heure, peu d'applications de la recombinaison génétique à la production de
vaccins de sous-unités sont disponibles. Elles n'en constituent pas moins une approche
prometteuse pour l'avenir des vaccins.
Vaccins synthétiques
Les progrès des connaissances dans le domaine de l'immunochimie permettent des
approches vaccinales radicalement différentes de celles offertes par la recombinaison
génétique.
Elles reposent, pour l'essentiel, sur la connaissance des séquences peptidiques qui
forment les d é t e r m i n a n t s antigéniques impliqués dans l'induction des r é p o n s e s
immunitaires à lymphocytes B ou à lymphocytes T (épitopes B ou T).
Ces d é t e r m i n a n t s , dont la séquence p e u t être d é t e r m i n é e soit directement, soit
indirectement à partir de la séquence nucléotidique des gènes codant p o u r les
antigènes, sont généralement constitués d'un nombre limité d'acides aminés et sont, de
ce fait, accessibles à la synthèse par voie chimique. Non directement immunogènes, ces
déterminants doivent toutefois être couplés à des molécules porteuses, comme par
exemple des protéines, afin de les r e n d r e i m m u n o g è n e s . D e plus, le pouvoir
immunogène du conjugué doit se trouver exacerbé par l'utilisation d'un adjuvant de
l'immunité approprié.
Jusqu'à présent, différentes difficultés inhérentes à cette approche ont limité le
développement des vaccins dits synthétiques, la principale de ces difficultés résidant
dans la caractérisation des épitopes B et T. Les récents progrès de l'immunochimie
laissent toutefois entrevoir la possibilité de caractériser ces épitopes postérieurement à
leur association au complexe majeur d'histocompatibilité de l'hôte, ce qui permettra de
ne retenir que les séquences véritablement réactives.
Une autre difficulté réside dans le fait qu'actuellement, la synthèse ne permet encore
que la r e p r o d u c t i o n des d é t e r m i n a n t s séquentiels à l'exclusion des d é t e r m i n a n t s
conformationnels, ce qui limite le potentiel de cette approche.
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Pour l ' h e u r e , des résultats e n c o u r a g e a n t s ont été o b t e n u s dans la p r é p a r a t i o n
d'immunogènes synthétiques correspondant au virus de la fièvre aphteuse et au virus de
la rage, certains de ces i m m u n o g è n e s p o u v a n t p r o t é g e r l'espèce cible c o n t r e une
épreuve virulente.
D'application potentielle plus immédiate sont les tentatives d'immunisation contre
des hormones peptidiques visant à l'immunomodulation des activités hormonales ; la
plus avancée de ces approches concerne un vaccin permettant l'immunocastration des
mâles ou des femelles des grandes espèces domestiques (bovins, porcins).
Vaccinsanti-idiotypespes
U n e a u t r e possibilité de d é v e l o p p e m e n t de vaccins est liée à la d é c o u v e r t e des
idiotypes, déterminants antigéniques portés par les anticorps obtenus par immunisation
d'un animal au moyen d'anticorps eux-mêmes dirigés contre un antigène. Ces antianticorps, p o r t e u r s d'un d é t e r m i n a n t antigénique, peuvent eux-mêmes être utilisés
comme antigènes pour induire une réponse immunitaire vis-à-vis de l'antigène dont ils
sont issus.
La possibilité de préparer des anticorps monoclonaux porteurs des idiotypes permet
de disposer des masses antigéniques nécessaires à l'induction d'un b o n niveau de
réponse.
Si le concept du vaccin anti-idiotype a pu être vérifié à différentes reprises, les
applications pratiques tardent à venir, sans doute en raison de l'extrême spécificité de la
réponse immunitaire induite, celle-ci n'étant dirigée que contre le seul épitope auquel
correspond l'idiotype.
O u t r e les approches vaccinales, il convient de signaler que les idiotypes peuvent
é g a l e m e n t ê t r e u t i l i s é s c o m m e a n t i g è n e s d a n s le c a d r e d u d é v e l o p p e m e n t
d'immunoessais.
Vaccins génétiques
Enfin, pour clore cette revue des apports de la biotechnologie à la préparation des
vaccins, il convient de mentionner une toute récente approche qui consiste à introduire
dans les cellules de certains tissus de l'animal l'information génétique codant pour des
antigènes protecteurs.
Dans ces conditions, les cellules ayant reçu l'information produisent des antigènes
qui vont engendrer une réponse immunitaire à l'origine de la protection.
BIOTECHNOLOGIE ET TRAITEMENT
Les antibiotiques, produits du métabolisme de différentes bactéries ou champignons,
représentent une des principales applications de la biotechnologie au traitement des
maladies animales.
O b t e n u s à l'origine par culture en masse des micro-organismes suivie d ' u n e
extraction et d'une purification à partir des micro-organismes ou des milieux de culture,
différents antibiotiques ont, depuis, été o b t e n u s soit par h é m i s y n t h è s e à partir de
précurseurs synthétisés par les micro-organismes, soit par synthèse directe.
364
Plus récemment, de nouvelles classes de molécules extraites de micro-organismes et
douées d ' u n e activité antiparasitaire ont été isolées. A p p a r t e n a n t à la famille des
avermectines, elles r e p r é s e n t e n t u n e a u t r e application de la biotechnologie à la
prévention et au traitement des maladies animales.
D a n s le domaine du traitement également, la recombinaison génétique ouvre de
nouvelles perspectives de synthèse de molécules naturelles d o u é e s d ' u n e activité
thérapeutique, et qu'il était difficile, voire impossible, d'obtenir en quantités suffisantes
par les techniques classiques d'extraction et de purification (Fig. 1). A ce titre, les
cytokines, qui sont des médiateurs impliqués dans la communication entre les cellules et
tout particulièrement e n t r e les cellules du système i m m u n i t a i r e , fournissent
l ' o p p o r t u n i t é de nouvelles classes de composés t h é r a p e u t i q u e s à activité
immunomodulatrice.
Fusion cellulaire
Génie génétique
Recombinaison génétique
Génie microbiologique
Génie enzymatique
Fermenteurs
biologiques
Fermenteurs
enzymatiques
Anticorps monoclonaux
Génie biochimique
Extraction, purification
Produit
FIG.l
Principales techniques de biotechnologie utilisées pour
la préparation de produits destinés à la santé animale
BIOTECHNOLOGIE ET ANIMAUX TRANSGÉNIQUES
La possibilité de modifier le p a t r i m o i n e g é n é t i q u e de micro-organismes ou de
cellules par recombinaison génétique s'étend également aux organismes supérieurs.
L'intégration d'une information génétique nouvelle dans le génome des cellules qui
constituent les tissus ou les organes d'un animal est dénommée transgénèse.
Cette intégration peut être réalisée à différents stades du développement de l'œuf
fécondé ou de l'embryon.
Si cette intégration intervient directement au niveau de l'œuf fécondé ou de
l'ensemble des cellules non encore différenciées de l'embryon (cellules totipotentes ou
ES), l'ADN intégré sera retrouvé dans l'ensemble des cellules de l'organisme, y compris
dans les cellules germinales. Il sera donc transmis à la descendance et l'on parlera alors
de transgénèse germinale.
365
En revanche, si l'intégration intervient au niveau d e cellules déjà différenciées,
l'ADN intégré ne sera retrouvé qu'au niveau de certains tissus ou organes et ne pourra
être transmis à la descendance. On parlera alors de transgénèse somatique.
L'intégration d'un A D N étranger dans les cellules d'un embryon peut être réalisée
directement par microinjection dans l'ovule avant la fusion des pronuclei (noyaux des
gamètes).
Dès que l'embryon devient pluricellulaire, il devient difficile d'atteindre toutes les
cellules par microinjection et il est alors nécessaire d'utiliser des vecteurs rétroviraux,
c'est-à-dire des virus qui ont la p r o p r i é t é de s'intégrer au g é n o m e des cellules. Les
vecteurs utilisés sont, dans ce cas, des rétrovirus défectifs produits sur des cellules dites
transcomplémentantes et incapables de donner naissance à une nouvelle génération
virale.
La transgénèse, si elle représente un moyen théorique de modifier certains aspects
de la physiologie de l'animal qui p e u v e n t c o n d u i r e à u n e a m é l i o r a t i o n de ses
performances zootechniques, représente plus encore et de façon bien plus réaliste la
possibilité de r e n d r e l'animal spontanément résistant aux maladies, tout comme elle
peut permettre de corriger certains désordres d'origine génétique. La résistance d'un
animal aux maladies et plus particulièrement aux maladies d'origine virale peut être
obtenue par intégration dans le génome des cellules, de gènes codant pour des antigènes
impliqués n o t a m m e n t dans les phases initiales de reconnaissance des r é c e p t e u r s et
d'attachement aux cellules. L'expression constitutive de ces antigènes par les cellules les
rend secondairement réfractaires à l'infection virale.
D ' a u t r e s a p p r o c h e s , actuellement au stade e x p é r i m e n t a l , consistent à faire
synthétiser par les cellules des A R N antisens des A R N messagers qui accompagnent la
réplication virale, bloquant ainsi cette réplication. D e m ê m e , il est possible de faire
synthétiser par les cellules de l'animal transgénique des A R N à activité catalytique, les
ribozymes qui ont la p r o p r i é t é d'hydrolyser et donc d'inactiver les A R N messagers
comportant des séquences prédéterminées.
Plus couramment réalisés sur des espèces animales de laboratoire telles que la souris,
les essais d'induction d'une résistance spontanée aux maladies virales par le biais de la
transgénèse sont également conduits chez le poulet, et des résultats encourageants ont
d'ores et déjà été o b t e n u s dans le cas de l'infection p a r le virus de la leucose ou de
l'infection par le virus de la maladie de Newcastle.
CONCLUSION
Biotechnologie et santé animale apparaissent d'autant plus indissociables que la
biotechnologie fournit les moyens du diagnostic, de la prévention et du traitement des
maladies animales.
D a n s le d o m a i n e du diagnostic, la biotechnologie, en plus de fournir la base des
réactifs de diagnostic i m m u n o l o g i q u e conventionnels, a p p o r t e de nouvelles
opportunités de développement de réactifs et de techniques de diagnostic direct ou
indirect, p a r m i lesquels il faut citer la p r o d u c t i o n d'antigènes par r e c o m b i n a i s o n
génétique, l'obtention d'anticorps monoclonaux par fusion cellulaire et probablement,
dans un futur p r o c h e , p a r r e c o m b i n a i s o n g é n é t i q u e , l'hybridation n u c l é i q u e et
366
l'amplification de gène ; ces réactifs et t e c h n i q u e s c o n c o u r e n t à la réalisation de
diagnostics plus fiables reposant sur des techniques plus spécifiques, plus sensibles et
plus reproductibles.
D a n s le d o m a i n e des vaccins, si la biotechnologie est é t r o i t e m e n t associée au
développement de vaccins vivants préparés à partir de micro-organismes au pouvoir
pathogène spontanément ou artificiellement atténué, elle l'est aussi au développement
des vaccins inactivés ou de sous-unités. Elle r e p r é s e n t e , en outre, l ' o p p o r t u n i t é de
d é v e l o p p e m e n t de n o u v e a u x vaccins résultant des p r o g r è s de la recombinaison
génétique, vaccins vivants ou vaccins de sous-unités, à la fois plus sûrs et plus efficaces et
qui présentent, de surcroît, la particularité de p e r m e t t r e de distinguer les animaux
vaccinés des animaux infectés et ainsi d'envisager l'éradication des maladies sous
couverture vaccinale.
D'autres approches, vaccins synthétiques, vaccins anti-idiotypes, représentent de
nouvelles formes de vaccins appelés à compléter, sinon à remplacer à terme les vaccins
existants ; ces approches permettront aussi le développement de nouveaux vaccins.
Dans le domaine des thérapeutiques, si la biotechnologie ne peut être dissociée du
d é v e l o p p e m e n t des anti-infectieux, elle s'inscrit également dans le d é v e l o p p e m e n t
d'autres classes thérapeutiques, dont les plus récents antiparasitaires. Dans ce contexte,
la recombinaison g é n é t i q u e , en p e r m e t t a n t l ' o b t e n t i o n de molécules naturelles
jusqu'alors impossibles à produire par les procédés classiques, ouvre une perspective
d'obtention de nouvelles substances t h é r a p e u t i q u e s parmi lesquelles des i m m u n o modulateurs représentés notamment par les lymphokines.
A plus long t e r m e , l ' o b t e n t i o n d ' a n i m a u x transgéniques, r e n d u s s p o n t a n é m e n t
résistants aux infections, limitera l'intérêt des approches préventives ou thérapeutiques.
D e tels animaux, dont le potentiel génétique se trouvera recensé et les anomalies
génétiques é v e n t u e l l e m e n t corrigées, p o u r r o n t , de plus, voir leurs performances
zootechniques développées.
E n assurant la santé et le b i e n - ê t r e de l'animal, la biotechnologie c o n t r i b u e et
contribuera ainsi chaque jour davantage à la protection de la santé de l'Homme et à la
préservation de son environnement.
*
* *
BIOTECHNOLOGY AND ANIMAL HEALTH. - P. Desmettre.
Summary: The development of the first vaccines for use in animals, by Louis
Pasteur at the end of the 19th Century, was an initial step in applying
biotechnology to animal health. However, it is only much more recently that
decisive progress has been made in finding applications for biotechnology, in
both detecting and preventing infectious and parasitic diseases.
This progress has shown the way to developing a range of procedures, the
application of which will benefit the health of domestic and wild animals,
enhance the well-being of companion animals, develop the performance of
sporting animals and improve the productivity of farm animals, while also
serving to protect human health.
Such progress results from the increasingly rapid application of knowledge
gained in the material and life sciences, all of which contribute to the
multidisciplinary nature of biotechnology.
Similarly, reagents and diagnostic techniques have been made more specific,
sensitive, reproducible, rapid and robust by updating them through recent
discoveries in immunology, biochemistry and molecular biology (monoclonal
antibodies, nucleic probes, deoxyribonucleic acid amplification and many
more).
The development of new vaccines which combine efficacy, duration of
protection, innocuity, stability, multivalence and ease of use (subunit vaccines,
recombinant vaccines, synthetic vaccines and anti-idiotype vaccines) has
resulted from recent progress in immunology, immunochemistry,
molecular
biology and biochemistry.
Finally, the availability of new anti-infective, and-parasitic agents and
immunomodulatory therapeutic agents (capable of stimulating the specific and
non-specific defence mechanisms of the body) demonstrates that biotechnology
is continuing to find new applications in the field of animal health.
New diagnostic techniques, vaccines and therapeutic substances are the most
immediate applications of knowledge which may, in the future, extend to the
development of transgenic animals of revised genetic potential, which will be
more resistant to diseases and more productive.
The ultimate aim of biotechnology applied to animal health and animal
production is to protect human health, preserve the environment and ensure the
health and well-being of animals.
K E Y W O R D S : Animal health - Biotechnology - Diagnostic reagents Therapy - Transgenic animals - Vaccines.
*
BIOTECNOLOGÍA Y SANIDAD ANIMAL. - P. Desmettre.
Resumen: Si bien el desarrollo por parte de Louis Pasteur, a fines del siglo
pasado, de las primeras vacunas que se aplicarían a animales representa
el primer aporte de la biotecnología a la sanidad animal, sólo en fecha mucho
más reciente se cumplieron progresos decisivos tanto en la detección de
enfermedades infecciosas o parasitarias de los animales como en su prevención.
Más aún, los progresos alcanzados por nuestros conocimientos en la
actualidad permiten prever el desarrollo de un conjunto de medios cuya puesta
en práctica va a condicionar la salud del animal doméstico o salvaje, asegurar el
bienestar del animal de compañía, mejorar los resultados de los animales de
deporte y de los animales de producción y contribuir a protejer la salud del
hombre.
Estos progresos son consecuencia de la aplicación, cada vez más rápida,
de los conocimientos adquiridos en las ciencias de la materia al mismo tiempo
que en las ciencias de la vida, participantes unas y otras del carácter
pluridisciplinario de la biotecnología.
Así ocurre, por ejemplo, con la rápida renovación de los reactivos y las
técnicas de diagnóstico, que alian especificidad, sensibilidad, reproductividad,
rapidez de puesta en práctica y robustez, a la vez que se ven beneficiadas con
los descubrimientos más recientes de la inmunología, la bioquímica o la
biología molecular: anticuerpos
monoclonales,
sondas nucleicas o
amplificación del ácido desoxirribonucleico, entre las principales.
Asimismo, el desarrollo de nuevas vacunas que alian eficacia, duración
de la protección, inocuidad, estabilidad, polivalencia y simplicidad de
administración (vacunas de subunidades, vacunas de recombinación genética,
vacunas sintéticas, vacunas antiidiotipos) resulta también de los avances
recientes de la inmunología, la inmuno química, la biología molecular y la
bioquímica.
Por último, la posibilidad de acceder a nuevas moléculas de actividades
terapéuticas antiinfecciosas, antiparasitarias o inmunomoduladoras
capaces
de estimular las defensas específicas e inespecíficas del organismo es otra
ilustración de las aplicaciones actuales y futuras de la biotecnología a la sanidad
animal.
Sin embargo, las nuevas técnicas de diagnóstico, las nuevas vacunas o las
nuevas moléculas de actividades terapéuticas no representan sino las
aplicaciones más inmediatas de conocimientos cuyo alcance permite entrever, a
más largo plazo, la obtención de animales transgénicos cuyo potencial genético
se encontrará debidamente inventariado y a los que se hará espontáneamente
resistentes a las enfermedades, perfeccionando
también sus resultados
zootécnicos.
El máximo objetivo de la biotecnología aplicada a la sanidad y la
producción animal es, además de preservar la salud y el medio ambiente del ser
humano, proteger la salud y el bienestar del animal.
PALABRAS CLAVE: Animales transgénicos - Biotecnología - Reactivos de
diagnóstico - Sanidad animal - Terapéuticas - Vacunas.