Pourquoi les scientifiques recherchent de nouveaux médicaments dans l'océan
Alors que les chercheurs médicaux poursuivent leurs efforts pour améliorer la santé humaine, certains se tournent vers l’océan car ils pensent que les mers de la Terre pourraient abriter une nouvelle chimie de lutte contre les maladies.
Les océans couvrent plus des deux tiers de la Terre. Comme le dit l'adage, nous en savons plus sur la surface de la lune que sur le fond de l'océan.
La capacité de la mer à passer d'une rage sombre et explosive à un calme serein et cristallin a terrifié et séduit l'humanité depuis que nous avons visité la plage pour la première fois.
Compte tenu de la nature vaste et inexploitée des océans de la Terre, il est logique de sonder leurs profondeurs dans la recherche de traitements nouveaux et innovants.
Les animaux marins, les plantes et les microbes ont développé un portefeuille unique de produits chimiques pour se défendre et faciliter la communication. Les scientifiques souhaitent en savoir plus sur ces nouveaux composés.
Pourquoi regarder vers la mer?
Il existe un certain nombre de raisons pour lesquelles la vie en mer a développé une sélection distincte de molécules. Par exemple, les animaux qui sont ancrés au sol et qui n'ont pas de blindage, comme les éponges et les coraux, doivent trouver d'autres moyens de se défendre. Dans de nombreux cas, les produits chimiques sont leur arme de choix.
De plus, les créatures marines ont tendance à avoir un système immunitaire relativement primitif et certaines vivent dans des habitats surpeuplés, tels que les récifs coralliens, où se défendre est un travail à plein temps.
Dans le même temps, les organismes de l'océan doivent attirer certains organismes et en repousser d'autres. Ils doivent également coordonner la reproduction en synchronisant la libération d'ovules et de spermatozoïdes dans l'environnement. Toutes ces choses nécessitent des molécules biologiques actives.
Les animaux et les plantes qui vivent dans l'océan s'assoient et nagent dans un bain de bactéries, de champignons et d'autres organismes dans l'intention de les transformer en repas ou en maison.
Cette diversité de menaces a contraint l'évolution à monter des batailles chimiques de plus en plus complexes. Certains des composés résultants pourraient être utiles pour notre propre guerre contre la maladie.
«Considérez […] le cannibalisme universel de la mer; toutes les créatures dont les créatures se nourrissent les unes sur les autres, menant une guerre éternelle depuis le début du monde.
Herman Melville, Moby Dick
Mers anciennes
La fascination des chercheurs en médecine pour la mer n’a rien de nouveau. La première preuve que des humains utilisent des médicaments de l'océan vient de Chine en 2953 avant notre ère. Sous le règne de l'empereur Fu Hsi, il y avait une taxe sur les bénéfices provenant de la médecine à base de poisson.
Sautant de quelques milliers d'années jusqu'aux années 1950, un chimiste organique appelé Werner Bergmann a isolé un certain nombre de nucléosides d'une espèce d'éponge des Caraïbes appelée Cryptotethya crypta.
Ces produits chimiques ont inspiré la création d'une nouvelle génération de médicaments, les scientifiques ayant dérivé deux médicaments appelés Ara-A et Ara-C à partir de ces nucléosides. Les médecins utilisent Ara-A pour traiter les infections herpétiques et Ara-C pour traiter la leucémie myéloïde aiguë et le lymphome non hodgkinien.
Ces dernières années, l'approvisionnement en médicaments de l'océan a connu un regain d'intérêt. Ci-dessous, nous fournissons quelques exemples récents.
Toxines d'escargot de mer
Conus magus est un escargot de mer venimeux dont la petite taille et la coquille décorative démentent sa suite mortelle de neurotoxines.
La marque d’armes chimiques de cet invertébré est constituée de conotoxines - une famille très variable de poisons qui, bien que l’escargot les utilise pour tuer des poissons, sont plus que capables de tuer un humain.
Il existe des centaines d'autres espèces d'escargots coniques, y compris le cône géographique. Les gens appellent parfois ce mollusque l'escargot à cigarette car, après une envenimation, vous n'avez que le temps de fumer une cigarette avant de mourir.
Le ziconotide est une version synthétique de la conotoxine qui agit comme un analgésique et est 1000 fois plus puissant que la morphine. Les gens peuvent en prendre pour traiter la douleur chronique qui résulte de conditions telles que le cancer, le VIH de stade 3 et certains troubles neurologiques.
Surtout, comme l’écrit un auteur, «l’administration prolongée de ziconotide ne conduit pas au développement d’une dépendance ou d’une tolérance».
Cependant, comme le ziconotide ne fonctionne que si les professionnels de la santé l'administrent directement dans le liquide céphalo-rachidien (par voie intrathécale), ils ne l'utilisent que lorsque les autres thérapies ont échoué ou ne sont pas viables.
Traitements contre le cancer sous les vagues
Malgré des années de recherche, le cancer s'avère toujours difficile à casser. Bien que le traitement se soit considérablement amélioré, les scientifiques sont désireux de mettre la main sur de nouveaux produits chimiques bioactifs qui pourraient aider dans la lutte. Certains chercheurs en cancérologie plongent leurs orteils dans l'océan.
Plus récemment, un groupe de chercheurs a étudié des molécules qu'ils avaient extraites de lamproies - un poisson parasite sans mâchoire avec un pedigree ancien. En particulier, ils se sont intéressés aux récepteurs lymphocytaires dits variables (VLR).
Les VLR ciblent la matrice extracellulaire (ECM), qui est un réseau de molécules qui circule entre les cellules. L'ECM remplit des rôles variés dans le corps. Par exemple, il fournit un soutien structurel aux tissus, aide les cellules et les tissus à se lier ensemble et facilite la communication de cellule à cellule.
Alors que les VLR ciblent l'ECM, les chercheurs pensent qu'ils pourraient servir de mules de drogue capables de transporter des produits chimiques à travers la barrière hémato-encéphalique normalement impénétrable et directement vers le cerveau.
Ils théorisent que si les VLR peuvent contourner la barrière hémato-encéphalique - un obstacle à la plupart des médicaments - ils pourraient être en mesure de traiter certaines conditions, y compris le cancer du cerveau et les accidents vasculaires cérébraux, plus efficacement. Leurs travaux préliminaires sur un modèle de souris ont produit des résultats encourageants.
La merveille des éponges
Les éponges présentent un intérêt particulier pour les chercheurs sur les médicaments anticancéreux. En fait, les auteurs d'une revue sur le sujet les appellent même un «trésor de drogue». Ils écrivent:
«Chaque année, environ 5 300 produits naturels différents et de nouveaux composés ont été isolés à partir d'éponges marines. […] Ces composés se sont avérés avoir une activité antibactérienne, antivirale, antifongique, antipaludique, antitumorale, immunosuppressive et cardiovasculaire. »
L'éponge Halichondria okadai est responsable de la production d'un produit chimique important, que les chercheurs ont répliqué et renommé en éribuline.
Dans une étude de 2010 portant sur des femmes atteintes d'un cancer du sein qui avait métastasé, le composé a prolongé la durée de vie des participants. À l'époque, l'auteur, le professeur Christopher Twelves, a noté que, espérons-le, «[ces résultats pourraient établir l'éribuline comme un nouveau traitement efficace pour les femmes atteintes d'un cancer du sein métastatique de stade avancé.
Bactéries marines
D'autres scientifiques ont examiné un composé appelé seriniquinone provenant de Serinicoccus, un genre rare de bactéries marines. Les scientifiques ont montré que ce produit chimique peut détruire sélectivement les cellules cancéreuses du mélanome en laboratoire.
Bien que la seriniquinone soit loin d'être prête à l'emploi chez l'homme, une étude de février 2019 nous rapproche un peu plus. Les scientifiques ont identifié les sections de la molécule qui fournissent ses pouvoirs de lutte contre le cancer.
Bien que beaucoup plus d'ingénierie chimique et des essais cliniques approfondis soient nécessaires, les auteurs estiment que «[o] verall, ces études suggèrent qu'il est possible de concevoir des dérivés de seriniquinone spécifiques du mélanome avec des propriétés de type médicamenteux.»
La trabectédine, connue sous le nom de marque Yondelis, est un médicament qui a déjà franchi le pas des essais cliniques et en a fait un usage courant. Les fabricants tirent ce médicament d'un extrait de Ectéinascidie, communément appelé le jet de mer, qui est un invertébré marin en forme de sac.
Les chercheurs ont identifié les propriétés anticancéreuses de l'extrait de giclée de mer à la fin des années 1960 et, après une enquête approfondie, les chercheurs ont maintenant trouvé un moyen de le synthétiser et de le produire en plus grande quantité.
Yondelis est le fruit de ce travail et il a maintenant l'autorisation de traiter le sarcome des tissus mous en Russie, en Europe et en Corée du Sud. Les scientifiques le testent également pour une utilisation contre d'autres cancers, y compris le cancer de la prostate et du sein.
Résistance aux antibiotiques
La menace de la résistance aux antibiotiques laisse rarement l’esprit des chercheurs en médecine. Un nombre croissant d'agents pathogènes deviennent insensibles aux antibiotiques modernes. Ce manque de sensibilité les rend beaucoup plus difficiles à traiter et, par conséquent, beaucoup plus dangereux.
Selon les Centers for Disease Control and Prevention (CDC), la résistance aux antibiotiques est «l'un des plus grands défis de santé publique de notre époque».
La recherche est en cours pour de nouveaux composés qui peuvent combler les lacunes croissantes laissées par des antibiotiques inefficaces.
Certaines personnes participant à cette mission se sont tournées vers la mer et un groupe s'est concentré sur la bave de poisson - le revêtement gloopy qui recouvre certaines espèces.
Cette vase travaille dur pour détruire les agents pathogènes dans l'environnement marin, de sorte que certains scientifiques se demandent si cela pourrait également aider à lutter contre les agents pathogènes terrestres.
Des chercheurs de la California State University à Fullerton et de l'Oregon State University à Corvallis ont réussi à isoler 47 souches distinctes de bactéries du mucus. Ils ont cultivé ces bactéries et les ont réduits en un extrait chimique.
Ensuite, ils ont testé cet extrait contre d'autres agents pathogènes et ont constaté que cinq des souches bactériennes étaient très efficaces contre la méthicilline résistante. Staphylococcus aureus (SARM), alors que trois étaient efficaces contre Candida albicans.
Ils ont présenté leurs résultats préliminaires à la réunion et exposition nationale du printemps 2019 de l'American Chemical Society.
Une autre étude, qui figurait dans Frontières en microbiologie, examiné Laminaria ochroleuca, une espèce d'algue qui se trouve être une riche source d'actinobactéries.
Les actinobactéries sont particulièrement intéressantes pour les chercheurs médicaux. Comme l'expliquent les auteurs de l'étude, «les bioactivités rapportées à partir d'actinobactériens [produits naturels] comprennent les activités antibactériennes, antifongiques, antitumorales, anticancéreuses, anti-inflammatoires, antivirales, cytotoxiques et immunosuppressives.»
Certains des extraits actinobactériens étaient efficaces contre C. albicans et S. aureus. Fait intéressant, selon l'auteure principale, le Dr Maria de Fátima Carvalho, «sept des extraits ont inhibé la croissance des cancers du sein et en particulier des cellules nerveuses, tout en n'ayant aucun effet sur les cellules non cancéreuses».
Résistance antifongique
Parallèlement à la question de la résistance aux antibiotiques, il y a le problème parallèle de la résistance aux antifongiques: les médicaments qui tuent les champignons perdent également leurs dents. Certains espèrent que les éponges marines pourront être utiles.
Par exemple, la recherche a montré que les extraits chimiques du Jaspis espèces d'éponge étaient efficaces contre C. albicans dans un modèle de souris.
De même, une étude a révélé que les eurystérols A et B, deux produits chimiques d'une éponge du genre Euryspongie, «A présenté une activité antifongique contre les souches de type sauvage et résistantes à l'amphotéricine B de [C. albicans]. » Ils ont également tué des cellules de carcinome humain du côlon en laboratoire.
Les scientifiques découvrent environ 1 000 nouveaux composés dans les océans chaque année. Comme l'explique un auteur, ils «sont souvent caractérisés par la nouveauté structurelle, la complexité et la diversité».
Cependant, il existe encore très peu de composés d'origine marine jouant un rôle dans le traitement des maladies. Pourquoi n'utilisons-nous pas davantage de ces nouveaux produits chimiques?
Le fossé entre la chimie et la clinique
Premièrement, comme pour tout médicament expérimental, il y a un grand saut entre une boîte de culture en laboratoire et un patient. Chez une créature vivante, les médicaments ne réagissent pas toujours de la manière attendue des scientifiques.
Deuxièmement, de nombreux médicaments ont des effets secondaires toxiques qui les rendent inutilisables. Aucun de ces problèmes n'est une impasse car les pharmacologues et les chimistes peuvent modifier des molécules ou concevoir des produits chimiques similaires, mais cela prend du temps.
Un autre problème considérable est la production de quantités suffisantes de produits chimiques d'origine marine. De nombreuses espèces ne peuvent pas survivre en captivité ou nécessitent des environnements très spécifiques et difficiles à entretenir. Encore une fois, cela signifie que les scientifiques doivent trouver des moyens de répliquer les molécules d'intérêt, ce qui est un chemin long et compliqué.
Parlant de ces questions, les auteurs d'une revue écrivent que «le pouvoir de la synthèse organique et de la chimie médicinale devra s'exercer». Ce sont des cerceaux techniques et coûteux à franchir.
En conclusion, bien qu’il semble y avoir beaucoup de promesses dans les mers de la planète, bon nombre des avenues potentielles sont longues et sinueuses, et il n’y aura pas de gains rapides.
Alors que les humains exercent une pression croissante sur les écosystèmes marins, les préoccupations concernant la santé de nos océans atteignent leur paroxysme. Il se peut que les médicaments potentiels du futur disparaissent avant que les scientifiques aient la chance de les récolter.
