De nouvelles recherches sur l’utilisation de l’agriculture de l’environnement contrôlé (CEA) pour cultiver des plantes aux propriétés médicinales pourraient conduire à des méthodes de production qui augmenteront un composé anticancéreux naturellement produit par certaines espèces de plantes.
L’étude, dirigée par la doctorante Rebekah Maynard, a été conçue pour identifier les cultures à utiliser dans les traitements médicaux et pour développer des stratégies pour augmenter la concentration d’un composé anti-cancer produit par les plantes.
Utilisation de l’agriculture de l’environnement contrôlé pour cultiver des plantes médicinales
En collaboration avec Rhuanito Ferrarezi, professeur agrégé de physiologie des cultures CEA, Maynard a fait des cultures compactes avec un cycle de vie de courte durée de vie – Chamomile (Matricaria Chamomilla) et le persil (Petroselinum Crispum) – dans un environnement agricole vertical. Les chercheurs ont mesuré la production d’apigénine par les plantes, un composé anti-inflammatoire naturel avec des effets anticancéreux prometteurs.
« Au-delà des agrumes, qui est un producteur d’apigénine naturellement à haut rendement, mais qui ne serait pas une bonne option pour une ferme verticale, le persil a été répertorié comme le producteur n ° 1 de l’apigénine », a expliqué Maynard. « Alors que la camomille produirait moins d’apigénine que de persil, nous voulions l’expérimenter car c’est une plante compacte qui pourrait être cultivée dans une ferme verticale. »
Dans l’étude publié dans le journal Hortcisciennedeux cultivars de la camomille – « Bodegold » et « Zloty Lan » – et trois cultivars de persil – « Darki », « Giant of Italie » et « Wega » – ont grandi dans une ferme verticale intérieure pour voir comment l’environnement intérieur a affecté la production d’apigénine et la taille des plantes.
Camomille et persil en tant que sources naturelles d’un composé anticancéreux
Après 15 semaines, des feuilles de persil mature et des fleurs de camomille non ouvertes ont été récoltées pour analyse. Alors que le cultivar de persil « géant d’Italie » a produit les plus grandes plantes de l’un des cultivars, l’accumulation totale d’apigénine était plus élevée dans la camomille « Bodegold » par rapport à tout cultivar de persil, générant également une biomasse plus utilisable.
« L’apigénine peut également être synthétisée chimiquement, mais l’approche actuelle est un processus en quatre jours en quatre jours qui ne produit pas un grand rendement », a déclaré Maynard. « Nous avons constaté que nous pouvons cultiver ces cultures toute l’année dans une ferme verticale, c’est donc une alternative à l’environnement de croissance réalisable. »
Avec une augmentation de l’investissement dans l’agriculture verticale à travers le pays, l’identification des cultures – à la fois pour la consommation et d’autres applications – est une ligne de recherche importante pour l’industrie.
« Tout le monde cherche une culture alternative pour garantir que toutes ces infrastructures coûteuses sont rentables. Nous avons non seulement examiné les cultures elles-mêmes, mais pour trouver un composé d’intérêt pour ces cultures. Ce sont les espèces choisies à cet effet », a déclaré Ferrazi.
« Si nous pouvions prouver que nous pourrions les faire pousser et ensuite extraire le composé d’intérêt, cela pourrait augmenter la rentabilité des fermes verticales et les rendre financièrement possibles. »
Une étude initiale, ciblant spécifiquement les biopharmaceutiques, a servi à trouver des cultures efficaces et à croissance rapide qui pourraient être produites à grande échelle, une considération importante pour la rentabilité de l’agriculture à environnement contrôlé.
Comment la lumière UV influence la production d’apigénine
Bien que la croissance de la plupart des plantes ait réussi, Maynard a été surpris de constater que les plantes produisaient moins d’apigénine que prévu. « Étant donné que les métabolites secondaires sont souvent produits comme une réponse au stress, nous pensions que les niveaux inférieurs pouvaient être parce qu’il n’y avait pas de lumière UV dans la ferme verticale », a-t-elle déclaré. Les métabolites secondaires sont des composés organiques produits par des organismes qui ne sont pas essentiels pour leur croissance, leur développement ou leur reproduction.
Dans une étude de suivi, Maynard a ajouté un éclairage UV aux chambres de croissance lors de la répétition de l’expérience. Bien que ces résultats n’étaient pas encore publiés, Maynard a déclaré que la production d’apigénine a augmenté de manière significative dans les cultivars du persil.
« Il s’agit d’un résultat passionnant, mais il y a beaucoup plus de travail qui doit être fait pour que cela optimise au point que nous pourrions créer des recommandations pour un producteur pour des procédures optimisées », a ajouté Ferrarezi, dont le laboratoire mène également des recherches similaires pour extraire les composés anti-cancer de Madagascar (Catharanthus roseus).
« Nous identifions les facteurs de stress qui pourraient augmenter la concentration de ces alcaloïdes. Parce que les UV sont un tel stress pour les plantes, l’idée est de l’utiliser pour filtrer d’autres cultures et molécules », a-t-il ajouté.
Agriculture verticale pour les futurs biopharmaceutiques
Maynard, dont le diplôme de premier cycle était en chimie, concentre sa thèse de doctorat sur l’accumulation de métabolites secondaires, en particulier l’apigénine, dans des herbes spécifiques cultivées dans des environnements contrôlés.
Il s’agit de la première publication sur les biopharmaceutiques sortis du laboratoire de Ferrarezi. Maynard travaille sur la publication d’un deuxième article sur la recherche avant de défendre sa thèse en mars.
« Nous avons beaucoup appris sur ces composés et comment ils sont déclenchés par différents processus physiologiques. Nous ne faisons pas beaucoup de biochimie en CEA, mais le cœur de la recherche est de trouver des méthodes de production pour les plantes qui peuvent être utilisées pour augmenter la production de ces composés. Nous nous sommes concentrés sur l’aspect scientifique des plantes », a déclaré Ferrazi.
Plus d’informations:
Rebekah CI Maynard et al, accumulation d’apigénine dans la camomille de Matricaria et le petroselinum crispum produit dans un système hydroponique vertical, Hortciscienne (2024). Doi: 10.21273 / HortSci18240-24