Conception de nouvelles pseudo-particules virales hybrides silice protéine à usage biomédicale et agroalimentaire

Design of a new hybrid material : silicate human norovirus-like particles for biomedical and agri-food uses

• Auteur / Autrice : Nicole Abou Hamad
• Direction : Gaël Belliot, Alexis de Rougemont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés Alimentaires et Microbiologiques (PAM) (Dijon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Lesniewska
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandra Martin-Latil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Gantzer, Rémy Ricoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gastroentérite

Silice

Silice

Norovirus

Gastroentérologie

Norovirus

Mots clés libres

Pseudo-Particules virales synthétiques (VLP)

Norovirus

Hbga

Stabilité

Silice

Fonctionnalisation

Virus like particles (VLP)

Norovirus

Hbga

Stability

Silica

Mineralization

Résumé

Le norovirus est l'agent étiologique le plus prédominant de la gastro-entérite virale à travers toutes les tranches d’âge, dans le monde entier. Jusqu'à récemment, l'étude du norovirus humain était entravée par l'absence d'un système de culture cellulaire robuste. Les études biologiques de la capside reposent en grande partie sur l'analyse des particules pseudo-virales (VLP) exprimées par le baculovirus. Le génotype GII.4 parmi les norovirus humains est la variante prédominante depuis des décennies, tandis que le génotype GII.17 a été souvent détecté en Asie de l'Est depuis 2014. Ici, les VLP exprimées par les baculovirus GII.17 et GII.4 ont été utilisées pour étudier les aspects biologiques (liaison aux HBGA) et propriétés physicochimiques (taille, morphologie et charge) de la capside des norovirus humains dans différentes conditions (tampon, température, pH et force ionique). Nous avons démontré que les VLP GII.17 et GII.4 ne semblent pas suivre un mécanisme commun d’assemblage et de désassemblage. GII.17 a montré une stabilité à une force ionique inférieure et supérieure, tandis que GII.4 s'est agrégé à une force ionique de 10 mM. La nature des tampons influence la morphologie et la stabilité des VLP. Ici, les deux VLP étaient très stables entre un pH de 7 et 8,5 à 25°C. À pH acide et basique, les VLP formaient des agrégats qui, dans certains cas, reconnaissaient encore les HBGA. L'augmentation de la température au-dessus de 65°C a modifié la morphologie des VLP, provoquant une agrégation et diminuant l'affinité pour les HBGA. En comparant les deux isolats, GII.17 a montré un meilleur profil de stabilité et a été utilisé dans la seconde partie de nos travaux pour la conception d’une particule hybride silice-protéine. Les GII.17 ont été activées par EDC et NHS puis fonctionnalisées par deux précurseurs de silice APTES et TEOS. Par une analyse physico-chimique, nous avons produit une particule hybride de 44 nm qui reconnait encore les HBGA. L’ITCF a été greffé sur la couche de silice dans le but d’avoir une particule hybride fluorescente. Les expériences d’accroche de ces VLP réalisées sur tissus sains et cancéreux, montrent que ces particules reconnaissent les tissus inflammatoires. Ces VLP multifonctionnelles peuvent servir alors de plateforme pour le développement de systèmes de délivrance ou de traceurs « intelligents » à des fins thérapeutiques ou agroalimentaires.

Human Norovirus (HuNoV) is the predominant etiological agent of viral gastroenteritis in all age groups, worldwide. Until recently, the study of human norovirus was hampered by the lack of a robust cell culture system. Biological studies of the capsid rely largely on the analysis of virus-like particles (VLPs) expressed by the baculovirus. Genotype GII.4 among HuNoVs has been the predominant variant for decades while GII.17 genotype was often detected in East Asia since 2014. Here, GII.17 and GII.4 baculovirus-expressed VLPs were used to study the biological (binding to HuNoV ligand, namely the ABO and Lewis antigens) and physicochemical properties (size, morphology, and charge) of the HuNoV capsid under different conditions (temperature, pH, and ionic strength). We demonstrated that GII.17 and GII.4 VLPs do not seem to follow a common mechanism of unfolding and disassembly. GII.17 showed a stability at lower and higher ionic strength while GII.4 aggregated at 10 mM ionic strength. The nature of the buffers influences the morphology and the stability of the VLPs. Here, both VLPs were highly stable from a pH 7 to 8.5 at 25°C. At acidic and basic pH, VLPs formed aggregates, which, in some cases, still recognized HBGAs. Increasing the temperature above 65°C altered the morphology of VLPs causing aggregation and decreased the affinity to HBGA. By comparing both isolates, GII.17 showed a better stability profile than GII.4 and was used in the second part of our work for the design of a silica-protein hybrid particle. GII.17 was activated by EDC and NHS and then mineralized by two silica precursors APTES and TEOS. Through physicochemical analysis, we produced a 44 nm hybrid particle which still recognizes HBGAs. The FITC was grafted onto the silica layer in order to obtain a fluorescent hybrid particle. The binding experiments of these VLPs carried out on healthy and cancerous tissues showed that these particles recognize inflammatory tissues. The multifunctional VLPs that we produced can then serve as a platform for the development of delivery systems (drug delivery) or “intelligent” vectors for therapeutic or agri-food purposes.