Douces et immobiles, les éponges de mer peuvent sembler inertes, mais ces animaux simples sont riches en chimie. À partir d’eux, les scientifiques ont découvert de nombreux composés biologiquement actifs, dont certains sont devenus des médicaments. Cependant, toutes ces petites molécules proviennent en réalité de bactéries vivant dans ces animaux. Maintenant, de nouvelles recherches ont découvert une exception. Aujourd’hui, les scientifiques rapportent que les éponges elles-mêmes, et non leurs microbes résidents, produisent au moins un groupe prometteur de composés.
Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui lors de la réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS).
Les molécules en question sont un type de terpènes, des composés communs dans le monde naturel qui ont souvent des arômes caractéristiques. La découverte que les éponges elles-mêmes en font représente un « changement fondamental » dans le domaine, déclare Bradley Moore, Ph.D., chercheur principal de l’étude.
« Si cet animal fabrique ce petit terpène génial, que font les animaux d’autre ? » dit Moore. « Je pense que cela ouvre la porte à un nouvel accent sur les animaux en tant que vecteurs de découverte de médicaments. »
Les éponges pour ce projet n’ont pas à voyager loin. Le laboratoire Moore est situé à la Scripps Institution of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego, dans un bâtiment sur le front de mer de La Jolla. Cette proximité signifie que les spécimens fragiles passent moins de temps en transit, et les chercheurs peuvent les loger dans des réservoirs remplis de leur eau de mer native.
Les chercheurs recherchent depuis longtemps des produits chimiques potentiellement précieux à partir de sources naturelles, dont beaucoup ont été développés en médicaments, notamment des antibiotiques, des antiviraux et des thérapies anticancéreuses. Lorsque les scientifiques ont commencé à isoler des médicaments potentiels à partir d’éponges, ils ont supposé que les animaux eux-mêmes fabriquaient ces composés. Cependant, la technologie de séquençage de l’ADN a finalement révélé que les éponges, comme les humains, partagent leur corps avec des légions de microbes et que ces créatures unicellulaires sont les chimistes talentueux. Les bactéries sont depuis devenues un objectif majeur pour les scientifiques qui cherchent à découvrir de puissants composés naturels.
Cependant, une analyse génétique menée par Kayla Wilson, Ph.D. étudiant du laboratoire de Moore, suggère que les éponges, comme leurs résidents microbiens, peuvent fabriquer des molécules biologiquement actives qui pourraient également être utiles aux humains.
Les terpènes dérivés d’éponges qu’elle étudie sont uniques par rapport à ceux d’autres organismes car ils contiennent de l’azote. Ils semblent également prometteurs du point de vue de la découverte de médicaments : des études ont depuis montré que certains ont de modestes propriétés antipaludiques.
Bien que ces composés soient déjà bien connus, personne n’avait examiné les séquences génétiques responsables de leur fabrication, une entreprise qui pourrait identifier l’organisme responsable. Pour trouver ces instructions biologiques et voir à laquelle elles appartenaient, Wilson a collecté l’éponge locale productrice de terpènes Axinelle— un sosie, dit-elle, pour le plat du restaurant chinois poulet à l’orange.
À partir de la soupe d’ADN microbien et d’éponge extraite de l’éponge, elle a recherché des séquences codant des instructions pour la terpène synthase, une enzyme responsable d’une étape cruciale dans la fabrication des terpènes. Avec l’aide d’un autre membre du laboratoire qui avait étudié la même enzyme dans les coraux, elle a identifié ces gènes. Une fois qu’elle les eut trouvés, il devint clair à quel organisme ils appartenaient. « Lorsque nous avons examiné l’ADN environnant de cette terpène synthase, nous avons remarqué qu’il y avait beaucoup de caractéristiques qui suggéraient que ces gènes provenaient de l’animal éponge lui-même », dit-elle.
D’autres travaux en laboratoire par le boursier postdoctoral Vikram Shende, Ph.D., se concentrent sur la découverte de tout nouveaux composés à partir des éponges locales de San Diegan.
Lui et deux des étudiants de premier cycle du laboratoire, Vivian Lin et Samantha Hanauer, ont extrait des composés de 13 espèces d’éponges locales qu’ils cultivent dans des aquariums. En testant l’activité biologique des extraits d’éponge, l’équipe a identifié des peptides contenant du brome à partir de Clione éponges qui, dans des expériences, ont inhibé la croissance des bactéries. Les chercheurs travaillent actuellement à déterminer la structure moléculaire de ces peptides, ainsi que la manière dont ils inhibent les bactéries, des informations qui aideront à déterminer si les composés ont un potentiel d’utilisation comme antibiotiques. On ne sait pas encore si ces molécules sont fabriquées par les éponges ou leurs bactéries résidentes.
« C’est la question à un million de dollars à laquelle nous voulons répondre », a déclaré Shende, qui présentera les recherches du laboratoire lors de la réunion. « La détermination de l’origine génétique de ces molécules nous donnera, espérons-le, un aperçu de leur objectif dans leur environnement d’origine. »
Potentiel biosynthétique des éponges locales de San Diego, ACS printemps 2022. acs.digitellinc.com/acs/live/22/page/677