Digitalis lanata, cultivé en serre. Cette espèce de plante digitale fait de la digoxine, un produit chimique qui est utilisé avec parcimonie pour traiter l'insuffisance cardiaque. Crédit :Zhen Wang
Plantes digitales, trouvé dans de nombreux jardins, sont connus pour les pluies de fleurs en forme de cloche qu'ils produisent.
Mais les plantes appartenant à ce genre, Digitale, abritent également un atout moins visible :des substances chimiques appelées glycosides cardiaques, qui ont été enregistrés pour traiter l'insuffisance cardiaque depuis les années 1780, », explique le biologiste de l'Université de Buffalo, Zhen Wang.
Les recherches de Wang étudient comment les digitales créent ces composés médicinaux, dans le but d'améliorer le processus. L'élevage de digitales prend du temps et demande beaucoup de travail, et Wang espère changer cela.
Spécifiquement, son laboratoire étudie les processus chimiques que les plantes utilisent pour créer des glycosides cardiaques :quelles mesures sont prises, quels gènes sont activés, et quelles enzymes sont déployées.
"La raison pour laquelle les plantes fabriquent autant de produits naturels aux propriétés médicinales est qu'elles combattent aussi les maladies, " dit Wang, Doctorat., professeur adjoint de sciences biologiques à l'UB College of Arts and Sciences. "Les plantes ne sont pas comme les animaux. Elles ne peuvent pas s'enfuir quand le stress arrive, alors ils y font face en devenant les chimistes les plus extraordinaires de la planète."
Et encore, « La façon dont les plantes synthétisent de nombreux produits naturels est en grande partie inconnue, " dit Wang. " Je veux comprendre comment nous pouvons exploiter le pouvoir de la nature pour rendre le processus de production de composés médicinaux plus efficace et durable. Les digitales fabriquent ces composés puissants, mais il faut deux ans pour le faire, et ils ne les fabriquent pas en très grande quantité. Comment pouvons-nous améliorer ce processus ?"
Digitalis purpurea, cultivé par le chercheur en sciences biologiques de l'UB, Zhen Wang. Cette espèce de digitale est souvent cultivée comme plante ornementale dans les jardins, alors que son parent, Digitalis lanata, est souvent cultivé pour la production de médicaments. Crédit :Zhen Wang
Deux nouvelles études éclairent les composés chimiques dans les digitales
L'équipe de Wang a récemment publié une paire d'articles détaillant les caractéristiques des glycosides cardiaques chez deux espèces de digitales :Digitalis purpurea, une fleur pourpre voyante trouvée dans de nombreux jardins; et Digitalis lanata, qui est cultivé à des fins médicinales.
"Ce type d'étude est important car nous devons d'abord connaître la structure précise des composés naturels avant de pouvoir explorer leurs effets médicinaux, " dit Wang.
Le premier papier, publié en ligne en janvier dans le Journal of Chromatography A, décrit des méthodes d'évaluation de la masse et de la structure exactes des glycosides cardiaques, et compare les composés trouvés dans Digitalis purpurea et Digitalis lanata. La deuxième étude, publié en ligne en mars dans la revue Data in Brief, développe le premier, fournissant des données supplémentaires sur les caractéristiques des glycosides cardiaques chez les deux espèces.
"Lorsque nous avons examiné les glycosides cardiaques dans chacun d'eux, nous avons trouvé des différences drastiques, " dit Wang. " Dans la souche industrielle qui est cultivée pour la médecine, vous voyez des quantités beaucoup plus élevées de glycosides cardiaques, avec beaucoup plus de diversité. Je pense que cela met simplement en évidence l'adaptation des plantes et leur polyvalence en tant que chimistes."
Les deux études comprenaient des contributions de chercheurs du département de chimie de l'UB.
Semis de Digitalis lanata, cultivé en serre. Cette espèce de plante digitale fait de la digoxine, un produit chimique qui est utilisé avec parcimonie pour traiter l'insuffisance cardiaque. Crédit :Zhen Wang
Améliorer les compétences naturelles de la digitale
Digitalis lanata est cultivé pour la médecine car il fabrique un glycoside cardiaque appelé digoxine. Ce composé est toxique en grande quantité, mais c'est prescrit avec parcimonie, à petites doses, pour traiter l'insuffisance cardiaque et certaines anomalies du rythme cardiaque.
Les méthodes actuelles de production de digoxine sont lourdes :parce que chaque plante de digitale ne fabrique qu'une petite partie du produit chimique, les agriculteurs doivent faire pousser la récolte en quantités énormes, dit Wang. Cela consomme beaucoup de terres agricoles. Le temps d'attente est également long.
"Ça prend deux ans, du moment où vous plantez la graine jusqu'au moment où les feuilles sont prêtes à être récoltées, et puis il faut le sécher dans le silo, " dit Wang. " Alors, la plante est broyée en poudre, et le composé est extrait et purifié à l'aide de procédés chimiques.
Si l'équipe de Wang peut comprendre, pas à pas, comment les digitales fabriquent des glycosides cardiaques, les scientifiques pourraient tirer parti de ces informations pour explorer diverses améliorations.
Les biologistes pourraient concevoir des microbes à croissance rapide, comme la levure ou des souches de bactéries inoffensives, produire plus rapidement des glycosides cardiaques. Les phytologues pourraient modifier génétiquement des digitales pour fabriquer de plus grandes quantités de digoxine, ce qui augmenterait l'efficacité des exploitations et libérerait des terres pour d'autres cultures utiles.
Les chimistes médicinaux pourraient également travailler au développement de nouveaux médicaments similaires à la digoxine mais plus sûrs.
"Nous pouvons apprendre de la nature, ", dit Wang. "Nous pouvons étudier tous les composés disponibles qui se trouvent dans les plantes, puis proposer notre propre conception de composés plus sûrs et plus efficaces. C'est pourquoi je pense qu'il est important de ne pas se concentrer uniquement sur le médicament actuel, la digoxine, mais pour étendre notre attention à tous les composés de la même classe, les glycosides cardiaques.
