Immergé

1997/10/01 Pain, Stepahie Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biologia

Brian Bingham, jeune doctorant américain, préparait ses valises chaque mois et se rendait dans la région de Florida Keys. Là, dans les mangroves autour d'une petite île érodée par la mer, on pouvait trouver quelques-unes des plus belles colonies d'ascidie qu'un biologiste marin pourrait rêver. Les colonies se développaient dans les racines lentilles des mangroves et étaient idéales pour étudier les croissances et les diminutions de population des ascidies. Pour trouver ces racines lors de sa prochaine visite, Bingham les marquait attentivement avec un ruban fluorescent rose. Et chaque mois, il tirait des photos de ces racines, enregistrant aussi les petits changements que subirent de nombreuses ascidies.

Une fois, un jour de la fin des années 1980, quand il s'approcha de son bateau, Bingham vit un groupe de plongeurs ramasser les ascidies et les mettre dans les sacs. « Je pensais que nous marchions clairement les racines… », dit Bingham. « Ils ont dit qu’ils n’ont pas été informés. Ils retournèrent dans la barque et nous ne savions plus.”

Soudain, les explorateurs de médicaments ont commencé à chercher la turbinata Ecteindia, une petite ascension non visible. Cela a provoqué ce que les explorateurs appellent “coups”. Les produits chimiques recherchant des composés potentiellement utiles peuvent séquestrer simultanément des milliers d'extraits d'animaux et de plantes grâce à l'automatisation des laboratoires. Et Ecteinascidia fut un triomphe incroyable. On a constaté que ce sac aqueux de gélatine contient des substances capables de tuer les cellules cancéreuses de l'être humain.

Actuellement, sous la direction de l'entreprise espagnole Phderlands Mar, l'une de ces substances chimiques (743-ekteinaszidine) est dans la première phase d'essais cliniques dans plusieurs pays européens. En ce moment, les chercheurs testent ce composé avec les malades en phase terminale cancéreuse pour voir comment il est affecté.

Des années peuvent s'écouler pour savoir s'il sert ou non, mais la préoccupation s'étend déjà sur l'impact que cette recherche peut avoir sur les populations de l'alimentation. Selon un chimiste du secteur, dans la région de Florida Keys, près d'une tonne d'ascidie et deux autres tonnes des Caraïbes ont été capturées à ce jour par les plongeurs. « Au début de la recherche, nous ne pensions pas qu’il allait devenir un animal si chaud », affirme aujourd’hui Bingham, professeur de recherche environnementale à la Western Washington University.

Mais la turbine Ecteinascidia n'est pas le seul objectif. Après de nombreuses années de recherche de nouveaux produits chimiques dans les forêts de pluie, les sociétés de médicaments sont de retour à la mer. Ces dernières années, les explorateurs ont découvert trois autres étoiles possibles dans la recherche sur le cancer : un lièvre marin, une éponge et un briozoo. Dans chaque cas, l'animal produit un composé qui est arrivé jusqu'aux essais cliniques ou pré-cliniques de cancer. La plupart des substances apparemment appropriées ne dépassent pas la première ou la deuxième session.

Les nouvelles technologies rendent les scientifiques capables de regrouper les êtres marins depuis des zones de plus en plus éloignées et de plus en plus précises pour étudier les effets biologiques de leurs produits chimiques, ce qui augmentera probablement ce type de « coups ». En fait, d'autres étoiles potentielles sont déjà sur le chemin (Voir la prochaine grande? Rubrique b).

Cela a accentué le souci de la surexploitation, mais des actions ont été mises en place pour trouver des alternatives aux populations sauvages de ces êtres. Plusieurs chercheurs conçoivent de nouvelles voies pour la culture d'êtres marins adaptés aux médicaments, ouvrant la voie aux pépinières aquatiques pour les médicaments. D'autres visent la production artificielle de substances chimiques en utilisant des bactéries générées spécifiquement par le génie génétique ou des cultures cellulaires extraites d'organismes marins. « Ces substances ont commencé à entrer dans les hôpitaux, nous devons donc maintenant penser à leur utilisation durable », déclare Ami Wright, chimiste de l’Institut océanographique Harbor Branch de Fort Pierce (Floride).

Dans la plupart des cas, la demande dépassera ce que la population naturelle peut donner. « L’océan est une ressource incroyable pour les nouvelles substances chimiques », affirme Bill Fenical, de l’Institut océanographique Scripps de La Jolla (Californie). Une raison pour cela est que de nombreux invertébrés vivent unis à un rocher ou un récif et doivent se défendre contre leurs proies et leurs concurrents pour obtenir une place stable. En général, ils utilisent des poisons forts pour éloigner leurs ennemis. Beaucoup d'êtres qui peuvent nager semblent aussi une chasse facile pour leurs prédateurs : ils sont inertes et semblables, et expriment souvent leur présence avec des couleurs très vives. Ils produisent également des substances chimiques toxiques pour éviter leur capture.

Mais ce qui peut être évité pour les prédateurs peut être très attrayant pour les explorateurs de médicaments. La plupart des médicaments utilisés actuellement contre le cancer sont toxiques, basé sur le principe que les cellules tumorales à croissance rapide doivent mourir avant que des dommages excessifs aux cellules saines se produisent. Cependant, les chercheurs en médicaments cherchent constamment des composés qui influencent plus directement les cellules cancéreuses et produisent moins d'effets côtiers désagréables. Le 743-ekteinaszidine devrait être un composé de ce type.

La plupart des médicaments utilisés actuellement contre le cancer sont toxiques, basé sur le principe que les cellules tumorales à croissance rapide doivent mourir avant que des dommages excessifs aux cellules saines se produisent. Cependant, les chercheurs en médicaments cherchent constamment des composés qui influencent plus directement les cellules cancéreuses et produisent moins d'effets côtiers désagréables.

Le problème est que la plupart de ces produits chimiques ne se trouvent que dans de petites quantités. Dans le cas d'Ecteinascidia, une tonne d'animaux est nécessaire pour isoler 743-ekteinaszidine sur un gramme. Ken Rinehart, qui travaille à Urbana-Champaigne pour l'Université de l'Illinois (qui isolait le composé avec Tom Holt en 1980), affirme qu'une personne a besoin de 5 grammes en moyenne pour effectuer des tests cliniques.

Si le 743-ekteinaszidine est finalement accepté comme médicament, les populations sauvages seront-elles capables de répondre à la demande ? « Jusqu’à présent, Ecteinascidia s’est réunie de manière durable », déclare Rinehart. « Dans les mangroves des Caraïbes, on peut obtenir trois récoltes par an. Ils repoussent” Mais tous ne sont pas si optimistes. Selon Craig Young, expert de ces animaux de Harbor Branch, les ascidies repousseront et proliféreront sexuellement si les ramasseurs quittent les stolons raicains et s'occupent des ascidies. Mais si les ramasseurs continuent à couper ou à extraire complètement les racines de mangrove qui soutiennent les colonies, leur récupération sera très difficile.

Ce que tout le monde souhaite est une source renouvelable de produits chimiques. En dehors des problèmes éthiques et écologiques que pose l'exploitation de l'océan, il ne serait pas sage de faire confiance à ces populations qui dépendent de la nature. Une population en pleine croissance pendant un an peut être dévastée l'année suivante par des prédateurs ou des maladies. Dans de nombreux cas, le coût de la collecte de la matière première est également insurmontable, surtout si l'animal est de mer profonde. Selon Wright, « les gens ne peuvent pas ramasser du matériel en conduisant un plongeur non-stop ».

Saumons et huîtres

Dans un monde idéal, les chimistes fabriqueraient des médicaments en laboratoire. Cependant, les caractéristiques étranges qui rendent ces produits chimiques intéressants rendent la fabrication difficile. Les chimistes ont découvert comment synthétiser la dolasatine qui sort du sommet marin, mais d'autres composés marins ont été impossibles. Selon Wright, « si vous ne pouvez pas synthétiser, vous devez enseigner aux compagnies de médicaments où fournir ».

Une stratégie, comme les saumons et les huîtres, est la culture des animaux. L'aquaculture présente de nombreux avantages par rapport à la collecte des populations naturelles. La récolte à travers la mer dans de nombreuses espèces peut être peu efficace, car toutes les populations ne disposent pas de la substance chimique désirée. L'aquaculture permet de sélectionner des animaux producteurs de produits chimiques et d'une population productive.

La culture contrôlée permet également la manipulation des animaux pour augmenter la production. Si une éponge, par exemple, émet une substance chimique toxique pour dévier l'algue qui peut l'asphyxier, une lumière intense qui accélère la croissance des algues provoquerait une plus grande production de substances chimiques.

Dans la pratique, cependant, la croissance des animaux est également un défi. La plupart des marins vivent dans des micro-habitats très spéciaux et sont très exigeants en termes de conditions environnementales. Selon Wright, «l’aquaculture des invertébrés est un cauchemar». Pour sa part, John Scarpa, son compagnon, tente de découvrir ce qui peut pousser l'ascidie à croître et à se reproduire dans les cultures. Scarpa a réussi à pousser les adultes des larves, mais n'a pas encore pu les reproduire. En attendant, il essaie d'obtenir des pièges qui permettent aux animaux de produire plus d'ecteinascidinas. «Nous travaillons avec des annexes pour voir si nous pouvons changer votre chimie pour obtenir une meilleure performance», dit-il, «si un kilo d’organisme peut produire un gramme de médicament au lieu d’un microgramme, le coût d’isolation de la substance chimique sera beaucoup plus efficace».

Une des stratégies futures peut être que les substances chimiques ne sont pas obtenues à partir des sciences, mais du platihelminte qu'elles mangent. Pseudoceros crozieri a ekteinaszidine dans les tissus. Ainsi, l'obtention de la substance chimique serait plus facile que des ascidies aquatiques.

Alors que les aquaculteurs ont encore quelques problèmes en suspens dans la croissance de l'Ecteinascidia, avec deux autres espèces ont eu une meilleure chance. Le long de la côte sud de la Californie, la société CalBioMarine Tecknologies de Carlsbad est de plus en plus un briozoo brun, la néritine Bugula, qui est habituellement couvrant les quais. La bugula produit 1-briostatine, le lactose complexe qui est actuellement utilisé dans les tests cliniques des patients cancéreux aux États-Unis.

La compagnie CalBioMarine a commencé la croissance des briozoos dans des réservoirs situés à terre, mais maintenant ils se concentrent sur la mer, réduisant considérablement le coût de la nourriture de ces êtres. Le président de la compagnie, Dominick Mendola, a affirmé que « cette attitude est sensée, car en mer la nature nourrit les colonies ». La première étape est de semer les larves Bugula comme des graines, dans des plats en plastique avec des trous. Lorsque les larves sont bien attachées, les assiettes sont amenées à la mer et fixées sur les plateaux empilés de haut en bas dans une tour sous-marine. La société a reçu sa première récolte l'été dernier. Après cinq mois en mer, les Briozoos ont grandi aussi bien que les colonies naturelles de la région.

Dans un monde idéal, les chimistes fabriqueraient des médicaments en laboratoire. Cependant, les caractéristiques étranges qui rendent ces produits chimiques intéressants rendent la fabrication difficile.

La deuxième histoire de succès vient de l'autre côté du Pacifique. Autour de la côte de la Nouvelle-Zélande, des chercheurs de l'Institut national de recherche hydraulique et atmosphérique développent un autre animal: L'éponge qui produit l'halicondrine B, agent anticancéreux actuellement utilisé dans les tests pré-cliniques aux États-Unis. L'éponge, une espèce nouvellement découverte du genre Lissodendoryx, habite sur l'île sud de la Nouvelle-Zélande, sur une petite surface d'un récif au bord de Kaikoura Canyon, pousse dans des affleurements rocheux de 100 à 300 mètres de profondeur. Selon Chris Battershill, leader du groupe, « nous estimons qu’il n’y a que 300 tonnes dans la nature ».

Les éponges sont très compliquées pour leur croissance et leurs conditions sont très spéciales et exigeantes pour chaque espèce. Battershill et son équipe, à la recherche de la combinaison pour produire la halicondrine obtenir le meilleur rendement, ont essayé de croître Lissodendoryxa dans différentes profondeurs et types de structures autour de la côte néo-zélandaise. « Si vous réussissez, vous pouvez pousser les éponges dans des conditions artificielles suffisantes », explique Battershill. Lissodendoryxa, par exemple, est en eau profonde de mer ouverte, mais maintenant il pousse à moins de trois mètres de profondeur à Wellington Harbour. Selon Battershill, « nous cherchons maintenant des techniques pour augmenter la biosynthèse de la halicondrine juste avant la récolte ».

Mauvaises habitudes

Le succès des cultures marines est indifférent, car les animaux peuvent causer des ennuis sous la forme d'usines chimiques. Ils ne font pas toujours ce que vous voulez. Ils ont des habitudes laides comme tomber malade ou refuser de se reproduire. Et les déchets sont générés en tas. Si on réussit à cultiver uniquement des cellules qui le font, ce serait d'une grande aide.

Harbor Branchen de Floride, Shirley Pomponi, du département de recherche biomédicale marine, étudie quelles éponges ou ascidies produisent des substances chimiques d'intérêt pour leur culture. Comme les animaux, les cellules sont assez strictes en termes de conditions de croissance. Et en général, la croissance des cellules des invertébrés est plus difficile que celle des mammifères. Cependant, avec l'aide de certains facteurs de croissance et de produits chimiques, l'équipe de Pomoni a réussi à diviser plusieurs fois les cellules des éponges et de produire la substance chimique désirée. Mystérieusement, ces invertébrés primitifs semblent répondre aux facteurs de croissance et aux hormones des mammifères. Personne ne sait pourquoi, mais par exemple, les cellules des éponges répondent à l'insuline de la même manière que les mammifères, synthétisant les protéines et l'ADN nécessaires à la division cellulaire.

Cependant, il est difficile d'obtenir que les cellules herbacées continuent à se fragmenter. « Après quelques divisions, ils s’arrêtent », affirme Pomponi. « Et ils ne produisent que les produits chimiques que nous voulons qu’ils soient actifs. » Après avoir surmonté ce problème, Pomponi espère développer des cellules d'autres espèces marines qui peuvent produire de nouveaux produits chimiques pour la science.

Dans certains cas, ces animaux peuvent être complémentaires. Même si la recherche se trouve dans les premiers pas, on constate que certaines substances d'intérêt trouvées dans les extraits d'invertébrés marins sont causées par des bactéries qui vivent à l'intérieur ou sur les animaux. Les bactéries marines sont assez différentes de celles des membres de la terre. Certains ont brome ou d'autres halogènes qui ne sont pas utiles pour les êtres terrestres. Cela offre des possibilités de chimie créative et explique pourquoi les microbes marins de structure jamais vu jusqu'ici produisent.