Un biologiste de l'UB étudie comment les plantes de digitale créent des composés médicinaux

Les plantes de digitale, trouvées dans de nombreux jardins, sont connues pour les averses de fleurs en forme de cloche qu'elles produisent.

Mais les plantes appartenant à ce genre, Digitalis, abritent également un atout moins visible: des produits chimiques appelés 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, en vue d'améliorer le processus. L'élevage des digitales est long et laborieux, et Wang espère changer cela.

Plus précisément, 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 également les maladies. Les plantes ne sont pas comme des animaux. Ils ne peuvent pas fuir quand le stress arrive, ils y font face en devenant les chimistes les plus extraordinaires de la planète. « 

Zhen Wang, Ph.D., professeur adjoint de sciences biologiques à l'UB College of Arts and Sciences

Et pourtant, « La façon dont les plantes synthétisent de nombreux produits naturels est largement inconnue », explique 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 Foxgloves fabriquent ces composés puissants, mais cela prend deux ans pour le faire, et ils ne les produisent pas en un très grande quantité. Comment pouvons-nous améliorer ce processus? « 

Deux nouvelles études illuminent les composés chimiques des digitales

L'équipe de Wang a récemment publié une paire de documents détaillant les caractéristiques des glycosides cardiaques de deux espèces de digitales: Digitalis purpurea, une fleur violette voyante trouvée dans de nombreux jardins; et Digitalis lanata, qui est cultivé à des fins médicinales.

« Ce type d'étude est important parce que nous devons d'abord connaître la structure précise des composés naturels avant d'explorer leurs effets médicinaux », explique Wang.

Le premier article, publié en ligne en janvier dans le Journal de chromatographie A, décrit des méthodes pour évaluer la masse et la structure exactes des glycosides cardiaques et compare les composés trouvés dans Digitalis purpurea et Digitalis lanata. La deuxième étude, publiée en ligne en mars dans la revue Données en bref, 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 constaté des différences drastiques », explique 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 ne fait que souligner 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.

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 il 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: comme chaque plante de digitale ne produit qu'une petite partie du produit chimique, les agriculteurs doivent faire pousser la récolte en grande quantité, dit Wang. Cela utilise beaucoup de terres agricoles. Le temps d'attente est également long.

« Cela prend deux ans, à partir du moment où vous plantez la graine jusqu'au moment où les feuilles sont prêtes à être récoltées, puis vous devez la sécher dans le silo », explique Wang. « Ensuite, 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 découvrir, étape par étape, comment les digitales fabriquent des glycosides cardiaques, les scientifiques pourraient exploiter ces informations pour explorer diverses améliorations.

Les biologistes pourraient concevoir des microbes à croissance rapide, tels que des levures ou des souches de bactéries inoffensives, pour produire plus rapidement des glycosides cardiaques. Les phytogénéticiens pourraient concevoir génétiquement des digitales pour fabriquer de plus grandes quantités de digoxine, ce qui augmenterait l'efficacité des fermes et libérerait des terres pour d'autres cultures utiles.

Les chimistes médicinaux pourraient également travailler à développer de nouveaux médicaments similaires à la digoxine mais plus sûrs.

« Nous pouvons apprendre de la nature », explique Wang. « Nous pouvons étudier tous les composés disponibles présents 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 élargir notre champ d'action à tous les composés de la même classe, les glycosides cardiaques. « 

La source:

Référence de la revue:

Ravi, B.G., et al. (2020) Profilage et analyse structurale des cardénolides dans deux espèces de Digitalis en utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution. Journal de chromatographie A. doi.org/10.1016/j.chroma.2020.460903.

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