De source d’infection à pionnier technologique, les scientifiques peuvent-ils vraiment transformer les moustiques en « assistants anti-paludisme » ?

Les moustiques ont toujours été considérés comme l’un des insectes les plus gênants de l’histoire de l’humanité. Non seulement leurs piqûres provoquent des démangeaisons gênantes, mais plus grave encore, elles sont les principaux vecteurs de nombreuses maladies mortelles. À ce jour, plus de 300 virus transmis par les moustiques ont été découverts dans le monde, notamment le paludisme, la fièvre jaune, la dengue et le virus Zika. Ces maladies représentent une menace énorme pour la santé publique mondiale et font que les gens ont peur des moustiques. En fait, si l’on compte également les décès dus aux maladies qu’ils propagent, les moustiques sont sans aucun doute les animaux les plus mortels au monde.

Cependant, des scientifiques de l'Université de Leiden aux Pays-Bas ont récemment réalisé une avancée majeure : en modifiant génétiquement de manière innovante les parasites du paludisme, les moustiques peuvent transporter les parasites du paludisme modifiés pour vacciner les humains. Le succès de cette technologie pourrait transformer les moustiques, autrefois considérés comme des « ennemis publics de l’humanité », en un « assistant antipaludique » qui protège la santé. Que se passe-t-il? Parlons-en ci-dessous.

Les moustiques peuvent-ils « vacciner » les humains ?

Le paludisme est une maladie infectieuse causée par Plasmodium et se transmet principalement à l’homme par les piqûres de moustiques Anopheles infectés. Le paludisme est principalement répandu dans les régions tropicales et subtropicales, en particulier en Afrique et en Asie du Sud-Est, où le taux d’incidence est élevé. Malgré la disponibilité de deux vaccins antipaludiques approuvés, le paludisme infecte encore environ 250 millions de personnes chaque année et cause environ 600 000 décès dans le monde, ce qui en fait l’un des principaux défis de santé publique mondiale.

La thérapie combinée à base d’artémisinine, qui associe l’artémisinine à d’autres médicaments antipaludiques, est le traitement recommandé pour le paludisme malin et grave. En 2015, le scientifique chinois Tu Youyou a remporté le prix Nobel de physiologie ou médecine pour avoir découvert l’artémisinine. Source : Agence de presse Xinhua

Comment les parasites du paludisme pénètrent-ils dans le corps humain par l’intermédiaire des moustiques ? Lorsqu'un moustique femelle Anopheles porteur du parasite du paludisme pique un humain, les larves du parasite du paludisme sont injectées dans le sang humain par la salive du moustique. Après 7 à 14 jours de maturation dans le corps humain, le parasite du paludisme pénètre dans les globules rouges et se multiplie rapidement, provoquant la rupture des globules rouges. Lorsque les globules rouges se rompent, une nouvelle génération de parasites du paludisme est libérée dans le sang, qui infecte davantage de globules rouges, créant un cercle vicieux pouvant même conduire à la mort.

En revanche, la « version améliorée du Plasmodium » GA2 génétiquement modifiée arrêtera son développement ultérieur environ 6 jours après avoir infecté le corps humain. Il ne provoquera pas la rupture des globules rouges et ne provoquera pas non plus de paludisme chez le receveur du vaccin, mais il peut stimuler efficacement une réponse immunitaire, exerçant ainsi un effet protecteur similaire à celui d’un vaccin.

Pour tester si l’exposition au parasite pouvait aider les humains à développer une immunité contre le paludisme, les chercheurs ont mené un petit essai clinique. Dans l'expérience, les participants du groupe expérimental ont d'abord été piqués par des moustiques porteurs de la « version modifiée du Plasmodium » GA2, puis trois semaines plus tard, ils ont été exposés à des moustiques porteurs du Plasmodium ordinaire. Les résultats ont montré que 89 % des participants piqués par des moustiques GA2 n’ont pas contracté la maladie après contact avec des moustiques porteurs de parasites du paludisme. Le taux de protection était supérieur à celui des deux vaccins antipaludiques actuellement approuvés (le taux de protection était d’environ 75 %) et supérieur à celui du parasite modifié du paludisme GA1, qui a cessé de se développer 24 heures après avoir infecté le corps humain (environ 13 %).

Bien que les résultats préliminaires soient encourageants, l’échelle actuelle des essais cliniques ne concerne que 20 personnes avant de pouvoir être largement utilisée. Par conséquent, la sécurité et l’efficacité du vaccin contre les moustiques doivent être davantage vérifiées, et il reste encore un long chemin à parcourir avant qu’il puisse être largement utilisé.

Utiliser des moustiques pour lutter contre les moustiques ?

Ce n’est pas la première fois que les scientifiques prennent des mesures contre les moustiques pour prévenir et contrôler les maladies infectieuses transmises par les moustiques.

Dès 2010, l'équipe du professeur Xi Zhiyong du Centre de recherche conjoint pour la lutte antivectorielle tropicale de l'Université Sun Yat-sen et de l'Université d'État du Michigan a injecté une bactérie endosymbiotique modifiée, Wolbachia, dans des moustiques Aedes, bloquant avec succès la capacité du moustique à propager le virus de la dengue.

La dengue est une maladie transmise par les moustiques Aedes. Après avoir été infectés par le virus de la dengue, les patients peuvent ressentir des symptômes tels qu’une forte fièvre, des maux de tête et des douleurs articulaires. Dans les cas graves, ils peuvent développer une fièvre hémorragique ou un syndrome de choc, qui met leur vie en danger. Il n’existe toujours pas de médicament antiviral spécifique capable de traiter directement la dengue.

Des études ont montré qu’après l’injection de Wolbachia, Wolbachia peut inhiber la réplication et la transmission du virus de la dengue chez le principal vecteur de la dengue, le moustique Aedes aegypti, empêchant ainsi la transmission du virus. De plus, les propriétés immunitaires de Wolbachia peuvent être transmises à la progéniture du moustique, réduisant ainsi davantage le risque de propagation de la dengue par les moustiques. Plus tard, l'équipe du professeur Xi Zhiyong a étendu cette méthode à la prévention et au traitement de maladies telles que le paludisme et le virus Zika, créant de nouvelles idées pour la régulation immunitaire des moustiques.

Localisation des champs, calendrier de lâcher et suppression des larves par lâcher de mâles HC Source : Référence [6]

En 2016, avec l'approbation du ministère de l'Agriculture, l'équipe du professeur Xi a commencé à libérer à grande échelle des « moustiques mâles stérilisés » injectés avec le triple Wolbachia dans les zones résidentielles de deux îles fluviales isolées de Guangzhou. Ces « moustiques mâles stérilisés » sont incapables de pondre des œufs après s’être accouplés avec des moustiques femelles dans la nature, ce qui empêche la population de se reproduire.

En maintenant le ratio dominant pendant une certaine période de temps, la population de moustiques dans la nature est finalement supprimée, ce qui permet de contrôler, voire d’éradiquer, les espèces de moustiques transmettant des maladies. Sur une période de deux ans, l’équipe a relâché des millions de moustiques mâles stérilisés, éliminant avec succès les populations sauvages d’Aedes albopictus dans les deux zones résidentielles. Avec le développement continu de la technologie, le champ d'application de la diffusion s'est progressivement étendu à de nombreuses villes du Guangdong.

Des chercheurs libèrent des « moustiques mâles stérilisés » Source : Guangzhou Daily

Prendre les moustiques comme professeurs ?

En plus de prévenir et de contrôler les maladies infectieuses, les scientifiques se sont également beaucoup inspirés des moustiques pour la technologie bionique.

Vous vous demandez peut-être pourquoi il est presque indolore lorsque les moustiques sucent votre sang, mais pourquoi il est si douloureux lorsque vous faites une injection ? Cela est dû au fait que la longueur moyenne des pièces buccales d'un moustique n'est que de 1,5 mm et que leur diamètre est inférieur à 0,1 mm, ce qui est si fin qu'il est presque imperceptible. Le diamètre d'une aiguille de seringue ordinaire est généralement compris entre 0,45 et 0,7 mm, ce qui est au moins quatre fois plus épais que les pièces buccales d'un moustique.

Image au microscope électronique à balayage des pièces buccales d'un moustique, montrant des éléments du maxillaire et du labrum. Source : Référence [4]

Comment des pièces buccales aussi minuscules peuvent-elles percer notre peau si facilement ? Grâce à l'observation microscopique, les scientifiques ont découvert que les pièces buccales du moustique sont composées de plusieurs parties, dont la lèvre supérieure, la lèvre inférieure, la langue, la mâchoire supérieure et la mâchoire inférieure. Lorsqu'un moustique suce du sang, la première chose qu'il attaque est la mâchoire supérieure, qui perce la peau comme une aiguille pointue ; ensuite, la mâchoire inférieure présente des dentelures qui coupent la peau à plusieurs reprises pour aider les pièces buccales à pénétrer plus profondément. Les mâchoires supérieures et inférieures du moustique vont percer et couper à plusieurs reprises à une fréquence de 10 à 15 fois par seconde, à la recherche de capillaires appropriés. Lorsque le moustique trouve un vaisseau sanguin approprié, sa langue commence à injecter de la salive pour empêcher la coagulation du sang et anesthésier la peau pour réduire la douleur. Enfin, la lèvre supérieure est chargée de s'insérer dans les vaisseaux sanguins et commence à sucer le sang.

S'inspirant des pièces buccales des moustiques, des scientifiques de l'Université Temple aux États-Unis ont conçu une aiguille chirurgicale bionique. En le testant avec du gel de chlorure de polyvinyle, ils ont découvert que les aiguilles spécialement structurées étaient plus efficaces que les aiguilles ordinaires. Par rapport aux aiguilles traditionnelles, les aiguilles dentelées réduisent la résistance d'environ 60 % lors de la pénétration du gel, tout en réduisant la zone de déformation des tissus d'environ 36 %. Si nous imitons la vibration des pièces buccales du moustique, la résistance au frottement peut être encore réduite d'environ 10 %.

Aiguille inspirée des moustiques imprimée en 3D Source de l'image : Référence [4]

De plus, en 2023, une équipe de recherche de l'Institut des microsystèmes et des technologies de l'information de Shanghai, Académie chinoise des sciences, a également développé une sonde neuronale bionique flexible inspirée de la structure des pièces buccales des moustiques. La sonde peut pénétrer la dure-mère pour réaliser une implantation minimalement invasive dans plusieurs régions du cerveau et peut détecter la présence de vaisseaux sanguins intracrâniens pendant le processus d'implantation pour fournir un avertissement précoce des dommages. Cela démontre une fois de plus les vastes perspectives d’application de la conception bionique dans le domaine des dispositifs médicaux.

Des stratégies de contrôle biologique des Plasmodium et Wolbachia génétiquement modifiés à l'application de la technologie bionique, les scientifiques ont utilisé des moyens innovants pour non seulement inhiber efficacement la capacité des moustiques à propager des maladies, mais aussi tirer de nombreuses inspirations précieuses des mécanismes biologiques des moustiques, favorisant ainsi le progrès de la médecine et de la technologie de l'ingénierie. À l’avenir, les moustiques pourraient devenir un « pont » important pour promouvoir la santé publique et l’innovation scientifique et technologique.

Références

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[2]LamersOAC, Franke-FayardBMD, KoopmanJPR, etal.SafetyandEfficacyofImmunizationwithaLate-Hiver-Stage AttenuatedMalariaParasite[J].NewEnglandJournalofMedicine,2024,391(20):1913-1923.

[3]Kudiabor H. Ce vaccin contre le paludisme est administré par moustique[J]. Nature.

[4]GiddeSTR, IslamS, KimA, et al.Étude expérimentale d'une aiguille inspirée par un moustique pour minimiser la force d'insertion et la déformation des tissus[J].Actes de l'Institution des ingénieurs mécaniques, partie H : Journal of Engineering in Medicine, 2023, 237(1) : 113-123.

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[6] Zheng

[7]BianG, XuY, LuP, et al. La bactérie endosymbiotique Wolbachia induit une résistance au virus de la dengue chez Aedesaegypti[J].PLoSpathogens,2010,6(4):e1000833.

[8]BianG, JoshiD, DongY, et al.Wolbachia envahit les populations d'Anopheles stephensi et induit une réfractarité à l'infection par Plasmodium[J].Science,2013,340(6133):748-751.

Planification et production

Auteur : Équipe Denovo

Examinateur : Wang Duoquan, chercheur, Institut de contrôle et de prévention des maladies parasitaires (Centre national de recherche sur les maladies tropicales), Centre chinois de contrôle et de prévention des maladies

Meng Fengxia, chercheur à l'Institut des maladies infectieuses du Centre chinois de contrôle et de prévention des maladies