À l'intérieur de cette installation de Chesterfield, dans le Missouri, des milliards de bactéries produisent de minuscules boucles d'ADN contenant des gènes de coronavirus - la matière première du vaccin Pfizer-BioNTech.
C’est le début d’un processus complexe de fabrication et de test qui prend 60 jours et implique des installations Pfizer dans trois États. Le résultat sera des millions de doses de vaccin, congelées et prêtes à être expédiées.
ÉTAPE 1
Tirez l'ADN de la chambre froide
Un scientifique retire les flacons d’ADN de la banque de cellules maîtresses, source de chaque lot de vaccin Covid-19 de Pfizer. Les flacons sont conservés à –150 ° C (–238 ° F) ou moins et contiennent de petits anneaux d'ADN appelés plasmides.
protéine de pointe
gène
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gène
protéines de pointe
Chaque plasmide contient un gène de coronavirus, les instructions génétiques permettant à une cellule humaine de construire des protéines de coronavirus et de déclencher une réponse immunitaire au virus.
«Cela me rappelle le 11 septembre. C'est le même sentiment de : que faisiez-vous à l'époque? »- Amy Barnessenior scientifique
Les scientifiques décongèlent les plasmides et modifient un lot de bactéries E. coli pour prendre les plasmides à l'intérieur de leurs cellules.
Un seul flacon peut éventuellement produire jusqu'à 50 millions de doses de vaccin.
ÉTAPE 2
Cultivez les cellules
«Rarement vous travaillez sur quelque chose dans le laboratoire et rentrez chez vous, allumez votre téléviseur et voyez les 10 principaux titres sur ce sur quoi vous travailliez aujourd'hui.» - Katherine Calhoun, chercheuse associée
Le flacon de bactéries modifiées est tourbillonné dans un flacon de milieu de croissance de couleur ambrée, un environnement stérile et chaud qui encourage les bactéries à se multiplier.
ÉTAPE 3
Fermenter le mélange
Les bactéries sont autorisées à se développer pendant la nuit, puis transférées dans un grand fermenteur contenant jusqu'à 300 litres de bouillon nutritif.
Le bouillon bactérien passe quatre jours dans le fermenteur, se multipliant toutes les 20 minutes et faisant des milliards de copies des plasmides d'ADN.
ÉTAPE 4
Récoltez et purifiez l'ADN
Lorsque la fermentation est terminée, les scientifiques ajoutent des produits chimiques pour casser les bactéries et libérer les plasmides de leurs cellules enfermées.
Le mélange est ensuite purifié pour éliminer les bactéries et ne laisser que les plasmides.
ÉTAPE 5
Test de qualité
Les plasmides sont testés pour la pureté et comparés aux échantillons précédents pour confirmer que la séquence du gène du coronavirus n'a pas changé.
ADN linéaire
en comparaison
ÉTAPE 6
Couper les plasmides
Si les plasmides passent les contrôles de qualité, des protéines appelées enzymes sont ajoutées au mélange. Les enzymes coupent les plasmides circulaires et séparent les gènes du coronavirus en segments droits, un processus appelé linéarisation qui prend environ deux jours.
Les enzymes
couper le
plasmides
Les enzymes
couper le
plasmides
ÉTAPE 7
Filtrer l'ADN
Toutes les bactéries ou fragments de plasmide restants sont filtrés, laissant des bouteilles d'un litre d'ADN purifié.
Les séquences d'ADN sont à nouveau testées et serviront de modèles pour la prochaine étape du processus. Chaque flacon d'ADN produira environ 1,5 million de doses de vaccin.
L’installation de Chesterfield est la seule source de plasmides de Pfizer pour son vaccin Covid-19. Mais terminer le vaccin nécessite plusieurs étapes supplémentaires dans deux autres établissements.
ÉTAPE 8
Congeler, emballer et expédier
Chaque bouteille d'ADN est congelée, mise en sac, scellée et emballée avec un petit moniteur qui enregistrera sa température pendant le transport.
«Ce que nous faisons est si important parce que nous contrôlons essentiellement tout ce qui est expédié. Chaque fiole qui va à chaque personne passe par nous en premier. »- Technicien Sahar Gholamilab
Jusqu'à 48 bouteilles sont emballées dans un contenant contenant suffisamment de glace sèche pour les conserver congelées à –20 ° C (–4 ° F). Les conteneurs sont verrouillés pour empêcher toute altération et expédiés à une installation de recherche et de fabrication Pfizer à Andover, dans le Massachusetts.
L'usine d'Andover transformera l'ADN en ARN messager, ou ARNm, l'ingrédient actif du vaccin Pfizer-BioNTech.
D'autres bouteilles sont transportées par avion vers les installations de BioNTech à Mayence, en Allemagne, où elles sont traitées pour l'Europe et d'autres marchés.
ÉTAPE 9
Transcrire l'ADN en ARNm
À l'intérieur de l'installation d'Andover, des murs jaunes marquent la suite d'ARNm. Cinq bouteilles d'ADN sont décongelées pendant une journée, puis mélangées aux éléments constitutifs de l'ARN messager.
Pendant plusieurs heures, les enzymes ouvrent les modèles d'ADN et les transcrivent en brins d'ARNm. Le vaccin fini transportera l'ARNm dans les cellules humaines, qui liront le gène du coronavirus et commenceront à produire des protéines de coronavirus.
Transcrire
ADN en ARNm
Transcrire
ADN dans
ARNm
Le mélange est déplacé dans un réservoir de stockage, puis filtré pour éliminer tout ADN indésirable, enzymes ou autres impuretés. Chaque lot produira éventuellement jusqu'à 7,5 millions de doses de vaccin.
ÉTAPE 10
Tester l'ARNm
«Cette nouvelle nanoparticule lipidique d'ARN était nouvelle pour nous, mais nous pouvions retirer nos outils éprouvés et les comprendre, les analyser et trouver comment la rendre de haute qualité.» - Meg Rueschvice, présidente de la recherche et du développement
Le vaccin Pfizer-BioNTech a été le premier vaccin à ARNm à être autorisé pour une utilisation d'urgence chez l'homme.
Les scientifiques analytiques testent à plusieurs reprises l'ARNm filtré pour vérifier sa pureté et confirmer que la séquence génétique est correcte.
Le résultat est 10 sacs d'ARNm de coronavirus. Chaque sac contient 16 litres et représente la matière première pour environ 750 000 doses de vaccin.
ÉTAPE 11
Congeler, emballer et expédier (à nouveau)
Les sacs d'ARNm sont congelés à –20 ° C (–4 ° F) et expédiés à une installation Pfizer à Kalamazoo, Michigan, où ils seront transformés en vaccin fini et emballés dans des flacons. Les échantillons sont également renvoyés au site Pfizer de Chesterfield, où ils sont à nouveau testés.
L'usine d'Andover peut produire deux lots d'ARNm par semaine, chacun d'environ 10 sacs. L'installation a réalisé son premier lot de tests en juillet dernier et a récemment doublé sa capacité d'ARNm en ajoutant une deuxième suite.
Un processus parallèle à Mayence, en Allemagne, traite l'ADN de l'usine de Chesterfield et envoie des sacs d'ARNm filtré à Puurs, en Belgique.
ÉTAPE 12
Préparez l'ARNm
«Il n’ya pas de week-end. Il n’y a pas d’espace dans le plan de projet. Vous embauchez des gens, vous mettez tout le monde sur vous. Mais la qualité intégrée est la même que celle que nous ferions pour n'importe quel vaccin. »- Meg Rueschvice, présidente de la recherche et du développement
L'installation de Kalamazoo reçoit les sacs d'ARNm, les maintient congelés jusqu'à ce que cela soit nécessaire, puis les décongèle suffisamment pour produire 3,6 millions de doses du vaccin, soit 600 000 flacons.
L'ARNm décongelé est mélangé avec de l'eau en préparation pour la fabrication du vaccin.
ÉTAPE 13
Préparez les lipides
Dans un processus distinct, les scientifiques préparent les lipides huileux qui protégeront l'ARNm et l'aideront à pénétrer dans les cellules humaines.
Les lipides sont dosés et mélangés avec de l'éthanol, qui sera finalement éliminé du vaccin fini.
ÉTAPE 14
Assembler le vaccin ARNm
«C'est là que la magie opère.» - Patrick McEvoysenior directeur des opérations et de l'ingénierie
Un rack de 16 pompes contrôle précisément le débit des solutions d'ARNm et de lipides, puis les mélange pour créer des nanoparticules lipidiques.
Lorsque les lipides entrent en contact avec les brins nus d'ARNm, une charge électrique les rassemble en une nanoseconde. L'ARNm est enveloppé de plusieurs couches de lipides, formant une particule de vaccin huileuse et protectrice.
La synchronisation de huit paires de pompes n'est pas une solution idéale, mais les ingénieurs de Pfizer ont choisi d'étendre la technologie existante au lieu d'essayer de construire un type de dispositif de mélange de précision plus grand et non éprouvé.
Le vaccin nouvellement fabriqué est filtré pour éliminer l'éthanol, concentré et filtré à nouveau pour éliminer les impuretés, et finalement stérilisé.
ÉTAPE 15
Préparez les flacons
«Nous fabriquons des centaines de millions de doses de produit destinées à de nombreuses personnes. C’est une responsabilité énorme, et nous prenons cela très, très au sérieux. »- Chaz Calitrivice, président des opérations
Des centaines de milliers de flacons vides sont lavés et stérilisés à la chaleur.
Tous les flacons présentant des fissures, des copeaux ou d'autres imperfections sont retirés de la ligne.
Une machine distincte met chaque flacon sous vide pour confirmer qu'il ne fuit pas.
ÉTAPE 16
Rush pour remplir les flacons
«C’est comme une course de relais.» - Patrick McEvoysenior, directeur des opérations et de l’ingénierie
Le flux des flacons est réduit à une seule file. Les machines injectent 0,45 ml d'une solution vaccinale concentrée dans chaque flacon, suffisamment pour six doses après dilution. Les flacons sont scellés avec du papier d'aluminium et coiffés de couvercles violets, à un rythme pouvant atteindre 575 flacons par minute. (La séquence ci-dessus montre un essai, avec des flacons vides.)
Le vaccin est réfrigéré mais se réchauffe rapidement pendant le processus de mise en bouteille, et l'ARNm se détériorera s'il n'est pas congelé pendant trop longtemps. Kalamazoo dispose d'un temps limité, environ 46 heures, pour mettre le vaccin liquide dans des flacons, puis le congeler.
ÉTAPE 17
Emballer, geler et tester
Les flacons remplis sont à nouveau inspectés, puis étiquetés et emballés dans des «boîtes à pizza», de petits plateaux en plastique contenant chacun 195 flacons.
Les plateaux sont regroupés par piles de cinq et chargés dans l'un des 350 congélateurs industriels. Chaque congélateur contient 300 plateaux.
Le président Joe Biden regarde des plateaux de vaccins entrer dans une chambre froide dans les installations de Pfizer à Kalamazoo le 19 février. Doug Mills / The New York Times
Il faut quelques jours pour que le vaccin atteigne la température de –70 ° C (–94 ° F) requise pour un stockage à long terme, et chaque congélateur est testé pour s'assurer que chaque étagère peut maintenir cette température ultra froide.
Une fois congelés, les flacons de vaccin sont conservés pendant quatre semaines de test. Les échantillons sont renvoyés à l'installation d'Andover qui a produit l'ARNm et au site de Chesterfield qui a fourni les modèles d'ADN.
Pfizer fonctionne actuellement selon un calendrier de 60 jours du début à la fin, et plus de la moitié de ce temps est consacré aux tests.
ÉTAPE 18
Emballez et expédiez le vaccin fini
Après des semaines de tests, le vaccin est prêt à être expédié. Les travailleurs retirent les plateaux des congélateurs et les emballent dans des boîtes d'expédition avec des capteurs de température et d'emplacement. La commande minimum est d'un plateau de 195 flacons et une boîte peut contenir jusqu'à cinq plateaux.
Chaque boîte contient 45 livres de glace sèche - à tel point que l’usine de Pfizer à Kalamazoo fabrique désormais de la glace sèche sur place. Pfizer évalue également différentes formulations du vaccin, y compris des versions lyophilisées et prêtes à l'emploi qui ne nécessiteraient pas de stockage ultra-froid.
La production commerciale du vaccin a commencé en septembre. Au 22 avril, l'usine avait livré plus de 150 millions de doses de vaccin aux États-Unis. Pfizer prévoit de délivrer 220 millions de doses d'ici la fin mai et 300 millions d'ici la mi-juillet.
LA DERNIÈRE ÉTAPE
Administrer le vaccin
«J'ai vu aux informations qu'ils allaient déployer ces sites de vaccination de masse, mais ils avaient besoin d'infirmières car ils étaient peu nombreux. Et j'étais comme, je dois y aller. Je dois aller aider. »- Jacquelyn Chartier, infirmière vaccinatrice
Quelque 141 millions de personnes aux États-Unis - plus de la moitié des adultes du pays - ont reçu au moins une dose d’un vaccin Covid-19. Plus d'un milliard de doses ont été administrées dans le monde.
La ville de Los Angeles accueille un site de vaccination de masse au Dodger Stadium, ci-dessus. Le 5 février, les agents de santé ont donné des milliers de vaccins Moderna, qui utilise également l'ARNm pour renforcer l'immunité. (Moderna a refusé de donner accès au tournage à leurs installations.)
Le vaccin à dose unique de Johnson & Johnson utilise un adénovirus pour transporter l'ADN dans les cellules humaines. Une installation à Baltimore dirigée par Emergent BioSolutions a dû jeter jusqu'à 15 millions de doses de vaccin Johnson & Johnson en raison d'une possible contamination.
PROCHAINES ÉTAPES
Un vaccin pour les variantes
De nombreux variants de coronavirus actuellement en circulation présentent des mutations clés dans leurs protéines de pointe qui aident le virus à se lier plus étroitement aux cellules humaines ou à échapper à certains types d'anticorps.
Pfizer et BioNTech développent et testent de nouvelles versions de leur vaccin contre des variantes récentes, et pourraient éventuellement modifier leur recette génétique pour produire en masse des vaccins Covid-19 qui ciblent des variantes spécifiques.
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Pour ce faire, Pfizer retournait là où sa production de vaccins a commencé, à la banque de cellules maîtresses de Chesterfield qui maintient les anneaux d'ADN en gel.
Un nouveau lot d'ADN portant des gènes de coronavirus modifiés pourrait éventuellement produire un vaccin légèrement différent, un vaccin qui encourage le système immunitaire à mieux reconnaître les mutations récentes du coronavirus.
