Les récifs coralliens abritent une incroyable diversité de vie, les créatures marines que nous pouvons voir et la vie microbienne que nous ne pouvons pas voir. Ces organismes génèrent un nombre énorme de molécules lorsqu'ils mangent de la nourriture, photosynthèse, reproduire et prévenir les infections. Les chercheurs ont identifié plusieurs molécules dérivées des récifs coralliens comme ayant des propriétés médicinales, comme les sécostéroïdes, qui sont des composés stéroïdes utilisés pour traiter les troubles inflammatoires ; ou le composé chimique bryostatine 1, dérivé d'un invertébré de récif corallien connu sous le nom de bryozoaires et évalué comme traitement de la maladie d'Alzheimer.

Pourtant, plusieurs milliers d'autres molécules de récifs coralliens à potentiel médicinal sont inconnues de la science. Une étude menée par des biologistes de l'Université d'État de San Diego décrit une nouvelle méthode prometteuse pour le dépistage de la production moléculaire de la vie des récifs pour des propriétés chimiques importantes, ce qui pourrait faciliter l'identification de la prochaine génération de médicaments dérivés des récifs coralliens et mieux comprendre la diversité des molécules présentes dans l'océan.

"Nous savons ce que sont si peu de ces molécules et ce qu'elles font, " a déclaré l'auteur principal de l'article, Aaron Hartmann, un biologiste postdoctoral avec une double nomination à la SDSU et à la Smithsonian Institution. "C'est un obstacle assez important au développement de médicaments thérapeutiques qui en dérivent."

Hartmann a dirigé l'étude aux côtés du biologiste du SDSU Forest Rohwer et de ses collègues de l'Université de Californie, San Diego; l'Administration nationale des océans et de l'atmosphère; le Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire à Heidelberg, Allemagne; Collège impérial de Londres; la Fondation CARMABI Curaçao; l'Université d'Amsterdam, et l'Université de Bangor au Pays de Galles. Rohwer co-dirige le SDSU Viral Information Institute, un leader mondial de la recherche en écologie virale.

Empreintes moléculaires

Travaillant avec le laboratoire du chimiste Pieter Dorrestein à la Skaggs School of Pharmacy de l'UC San Diego, les chercheurs ont analysé des échantillons de tissus de coraux, des algues et des champignons collectés par Rohwer et d'autres sur les récifs coralliens près des îles isolées de la Ligne dans l'océan Pacifique central. Ils ont isolé les molécules de chaque organisme et les ont envoyées à travers un instrument appelé spectromètre de masse qui mesurait la masse de chaque molécule. Prochain, ils ont séparé les molécules avec un laser et mesuré les masses de ces morceaux.

Les molécules ont tendance à se séparer de manière prévisible, donc en mesurant la masse de ces morceaux chimiques, les chercheurs ont pu proposer un ensemble d'« empreintes moléculaires », des modèles dans les profils chimiques qui indiquent la présence de molécules particulières.

Cependant, connaître son empreinte chimique à elle seule ne peut pas vous dire ce que fait une molécule spécifique si elle n'a pas été décrite auparavant. La base de données des molécules connues ne représente qu'une très petite fraction des molécules qui existent, Hartmann a expliqué.

Pour contourner cette limitation, les chercheurs ont ensuite employé une astuce ingénieuse. Ils ont utilisé un algorithme créé dans le laboratoire de Dorrestein pour analyser ces empreintes moléculaires, et si les compositions chimiques de deux molécules inconnues étaient similaires, ils ont été signalés comme des molécules apparentées. Hartmann et Daniel Petras, un chimiste postdoctoral à l'UC San Diego, puis exploré les réactions chimiques de ces molécules inconnues pour avoir une meilleure idée de leur comportement.

Cette analyse permet de répondre à un mystère de longue date en biologie marine :pourquoi les récifs coralliens ont-ils une si grande diversité moléculaire ? En comparant même des organismes très proches, les chercheurs ont découvert que chacun avait des empreintes moléculaires différentes, suggérant que ces organismes peuvent modifier les mêmes molécules différemment pour s'adapter à leurs niches biologiques particulières.

En d'autres termes, même des organismes étroitement apparentés peuvent être confrontés à des problèmes de santé différents en fonction de leur situation géographique, par exemple, et donc peaufiner légèrement leurs molécules pour mieux se défendre. Les chercheurs ont rendu compte de leurs résultats aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Valeur thérapeutique potentielle

"La parenté moléculaire peut vous renseigner sur les réactions chimiques potentielles présentées par ces molécules inconnues, " dit Hartmann. " Ça, à son tour, peut vous dire quelque chose sur leur valeur thérapeutique potentielle.

Ainsi, au lieu de cribler chaque molécule une par une pour voir si elle a des propriétés médicinales, cette technique permettrait aux scientifiques de la découverte de médicaments de rechercher facilement les propriétés chimiques des médicaments connus. Ces molécules nouvellement découvertes pourraient avoir des avantages par rapport aux médicaments connus - plus puissants, par exemple, ou avec moins d'effets secondaires.

« En utilisant cette méthode, nous ne sommes pas freinés par le fait que notre base de données moléculaires est assez clairsemée, " dit Hartmann. " Si vous savez quelles réactions chimiques sont importantes, vous pouvez alors partir à la recherche de molécules avec ces propriétés.