Les vers ronds qui se nourrissent de plantes causent environ 100 milliards de dollars de dommages annuels aux cultures mondiales. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université du New Hampshire ont fait une découverte en instance de brevet selon laquelle certaines enzymes des vers ronds, appelés nématodes, se comportent différemment des mêmes enzymes chez l'homme, avec des acides aminés jouant potentiellement un rôle clé.

Les résultats, présenté dans la revue PLOS UN , sont importants parce qu'ils font avancer les efforts scientifiques pour développer de nouveaux, des pesticides plus respectueux de l'environnement pour gérer les nématodes et réduire les dommages mondiaux aux cultures agricoles telles que le maïs, coton, blé, soja, riz, et pomme de terre.

« Les nématodes phytoparasites sont responsables de pertes importantes de production agricole aux États-Unis et dans le monde, " a déclaré Rick Côté, professeur de moléculaire, cellulaire, et chercheur en sciences biomédicales à la New Hampshire Agricultural Experiment Station.

"Les nématicides chimiques actuels sont hautement toxiques pour l'homme, d'où le besoin de nématicides de « nouvelle génération » qui n'ont pas d'effets néfastes sur les travailleurs agricoles et l'environnement. Nos travaux ont identifié les enzymes phosphodiestérases comme de nouvelles cibles pour le développement de nématicides plus durables."

En plus de Côte, la recherche a été menée par Kevin Schuster, doctorant en biochimie; Mohammadjavad Mohammadi, doctorant en génie chimique; Karyn Cahill et Suzanne Matte, ancien personnel de recherche; Alexis Maillet, étudiant de premier cycle en sciences biomédicales; et Harish Vashisth, professeur adjoint de génie chimique.

Spécifiquement, les chercheurs se sont concentrés sur les enzymes phosphodiestérases (PDE). Tous les animaux utilisent les PDE pour réguler de nombreux processus physiologiques, y compris la motilité, la reproduction, et la perception sensorielle. Précédemment, Cote et Schuster ont découvert que l'exposition des nématodes vivants à certains composés, appelés inhibiteurs de la PDE, entraver l'action des PDE, entraver le mouvement des nématodes et sa capacité à détecter la nourriture dans son environnement. L'espoir est que l'application d'inhibiteurs de PDE spécifiques aux nématodes dans les champs agricoles pourrait empêcher les nématodes parasites des plantes d'infecter les racines des plantes.

Dans cette étude, les chercheurs ont comparé les réactions d'une PDE humaine, en particulier la PDE4, aux réactions du nématode PDE4 lorsqu'ils appliquaient le même inhibiteur de PDE à chaque enzyme. Ils ont constaté que dans tous les cas, les inhibiteurs de PDE qu'ils ont testés ont moins réussi à entraver l'activité enzymatique des nématodes par rapport à l'activité enzymatique humaine.

Cela a conduit Vashisth et Mohammadi à étudier, au niveau atomique, quels acides aminés dans les enzymes PDE4 sont responsables de ces différences pharmacologiques. Ils ont découvert que certains acides aminés ainsi que des différences dans la structure globale des deux enzymes contribuent à l'efficacité réduite des inhibiteurs de la PDE pour bloquer l'action enzymatique des nématodes. UNH a déposé un brevet pour cette découverte, qui est disponible pour une licence via UNHInnovation.

"En ayant montré que les PDE de nématodes diffèrent significativement dans leur séquence et leur structure, nous envisageons de pouvoir concevoir des nématicides chimiques qui ciblent sélectivement les nématodes phytoparasites. Les nématicides ciblant les PDE de nématodes auraient l'avantage supplémentaire de ne pas affecter les cultures, puisque les plantes manquent de PDE, et respectueux de l'environnement pour les animaux et les humains, ", a déclaré Schuster.

Les chercheurs étendent leur étude sur les effets de l'application d'inhibiteurs de PDE aux nématodes vivants. "Nous pensons que certaines PDE de nématodes peuvent contrôler les processus physiologiques vitaux nécessaires à la recherche de nourriture ou à la reproduction, et que l'inhibition des PDE de nématodes peut être mortelle ou provoquer la stérilité. L'orientation à long terme de cette recherche est d'utiliser les connaissances acquises grâce à cette étude pour concevoir de nouveaux composés qui inhibent sélectivement les PDE des nématodes sans affecter les autres PDE animales, " a dit Côté.

La recherche est présentée dans PLOS UN dans « Analyses de la dynamique pharmacologique et moléculaire des différences dans la liaison des inhibiteurs à la PDE4 humaine et aux nématodes :implications pour la gestion des nématodes parasites ».