Les efflorescences algales nuisibles sont difficiles à prévoir, et les organismes causant la prolifération possèdent généralement des propriétés très complexes, grands génomes. Les auteurs de l'étude disent que la plus grande implication sera la capacité d'observer une floraison au niveau génétique. La connaissance des gènes impliqués dans la production d'acide domoïque permettra le suivi génétique des proliférations d'algues et aidera à identifier les conditions qui déclenchent la production de toxines.

"Parce que les génomes des algues sont si complexes, les voies de biosynthèse des toxines des microalgues marines sont restées insaisissables pendant un certain temps, " a déclaré l'auteur principal Bradley Moore, chimiste et généticien à la Scripps et à la Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences de l'UC San Diego. "Maintenant que nous avons à la fois un génome pour Pseudo-nitzschia et une voie génétique pour la production d'acide domoïque, nous commençons à comprendre pourquoi ces microalgues produisent une toxine et comment cette capacité est activée. Ces nouvelles connaissances pourraient en fin de compte mieux nous apprendre à prédire et à se préparer à de futurs événements toxiques. »

Ce travail a fait avancer la recherche achevée en 2011 par David Hutchins de l'Université de Californie du Sud, également co-auteur de cette étude, qui a constaté que lorsque le phosphate est limité et que la quantité de dioxyde de carbone dans l'océan est augmentée, les diatomées peuvent produire une grande quantité d'acide domoïque et devenir nocives. La découverte était importante en partie parce que les scientifiques ont observé que les océans ont absorbé des quantités supplémentaires de dioxyde de carbone au-delà des niveaux naturels en raison de l'utilisation sociétale des combustibles fossiles. Ceci et la hausse des températures océaniques signifient que les événements d'acide domoïque sont de plus en plus fréquents, plus toxique, et dure plus longtemps que dans les décennies précédentes. Les chercheurs de Scripps ont utilisé les résultats de l'étude de Hutchins pour identifier les gènes responsables de la production de cette toxine.

"Nous avons trouvé très intéressant qu'une combinaison de limitation du phosphate et d'augmentation du dioxyde de carbone puisse avoir un effet aussi fort mais nuancé sur la production d'acide domoïque en culture, " a déclaré Andrew E. Allen, un écologiste et expert en génomique des diatomées avec double nomination chez Scripps et JCVI qui est également un auteur principal de l'étude. « Nous avons pu corréler directement l'expression des gènes à la production de toxines, et cette observation nous a conduit directement aux gènes codant pour l'acide domoïque."

Des chercheurs du JCVI travaillant dans le laboratoire d'Allen ont extrait et séquencé des transcrits d'ARN des microalgues, une approche qui mesure les gènes qui sont actifs. Une analyse ultérieure des séquences génétiques codées par les transcrits d'ARN a identifié les gènes présumés produire les toxines. Des expériences de biochimie in vitro menées dans le laboratoire de Moore à Scripps ont ensuite établi une série d'enzymes qui créent la structure centrale de la toxine.

"Certaines des enzymes biosynthétiques de l'acide domoïque qui construisent cette toxine sont uniques au niveau génétique et biochimique, " a déclaré Shaun McKinnie, chercheur postdoctoral au Scripps et au Center for Marine Biotechnology and Biomedicine et co-auteur principal de l'étude. "Maintenant que nous pouvons lier ces transformations chimiques diagnostiques à leurs enzymes et gènes, nous espérons que les chercheurs pourront commencer à prédire le potentiel de toxicité de l'acide domoïque dans une prolifération d'algues nuisibles pour compléter les approches de surveillance actuelles. »

Les chercheurs qui étudient la surveillance et la prévision des proliférations d'algues nuisibles affirment que cette découverte offre l'espoir d'une meilleure compréhension du phénomène et peut aider à mieux projeter la trajectoire des événements d'acide domoïque en réponse au changement climatique futur.

"Cette percée marque un point d'inflexion clair dans notre compréhension de ces événements étant donné qu'une grande partie de l'incertitude entourant les proliférations toxiques de Pseudo-nitzschia est le résultat de notre compréhension incomplète de la synthèse de l'acide domoïque elle-même, " a déclaré Clarissa Anderson, océanographe biologique et chercheuse sur les proliférations d'algues nuisibles, directeur du Southern California Coastal Ocean Observing System (SCCOOS) à Scripps, qui n'a pas participé à l'étude. "Le Saint Graal de la prévision de la prolifération d'algues nuisibles sur la côte ouest et ailleurs prédit quand, où, et ultimement, pourquoi Pseudo-nitzschia active ou désactive la production d'acide domoïque. Nous ne pourrons peut-être jamais empêcher ce type de prolifération d'algues nuisibles, mais nous pouvons mieux surveiller les premiers stades de la production d'acide domoïque."

L'étude, "Biosynthèse de la neurotoxine acide domoïque dans une diatomée formant des fleurs, " a duré cinq ans.