De nombreux médicaments couramment utilisés sont encore dérivés de plantes. La scopolamine, utilisée contre le mal des transports et pour traiter les nausées postopératoires, est fabriquée à partir de plantes de la famille des solanacées. La digoxine, un médicament pour le coeur, provient de la plante des digitales. La codéine et les autres analgésiques opioïdes sont dérivés du pavot à opium.
Mais les plantes utilisées pour fabriquer des médicaments sont parfois en danger ou coûteuses. Une mauvaise saison de croissance ou une instabilité géopolitique dans la région où la plante est cultivée pourraient entraîner une diminution de l'offre de médicaments.
Aujourd'hui, un scientifique de Stanford a découvert comment isoler «l'usine» moléculaire d'une plante en danger et l'assembler dans une autre plante plus largement disponible.
«C'était un défi, car les usines sont assez compliquées», explique Elizabeth Sattely, professeure en génie chimique. «Ils sont assez difficiles à travailler. Leurs génomes sont très compliqués. "
Sattely et son équipe ont travaillé avec une plante de l’Himalaya appelée la mayapple, qui produit des précurseurs d’un médicament de chimiothérapie appelé couramment l’étoposide. L'étoposide est utilisé pour traiter divers cancers, notamment le lymphome, le cancer du poumon, le cancer des testicules et certains types de leucémie et de cancer du cerveau. Il figure sur la liste des médicaments essentiels de l'Organisation mondiale de la santé, des médicaments considérés comme essentiels au fonctionnement du système médical. Mais les pommes peuvent croître lentement et l’offre est en déclin depuis des années en raison de la forte demande.
Sattely s'est rendu compte que la chaîne de montage chimique de mayapple commençait en réaction à la blessure de ses feuilles. Une fois que cette blessure est survenue, la plante commence à produire plusieurs protéines. Certaines de ces protéines produisent finalement le précurseur de l'étoposide. Mais la grande question était de savoir quelles protéines? Plus de 30 personnes étaient présentes, mais toutes n’ont pas participé à la fabrication du précurseur.
«Ce qui était crucial ici, c’était vraiment de réduire notre liste de candidats», déclare Sattely.
Elle et son équipe ont essayé diverses combinaisons de protéines jusqu'à ce qu'elles déterminent lesquelles constituaient la chaîne de montage. Ensuite, ils ont mis les gènes qui ont fabriqué ces 10 protéines dans une plante différente. La plante qu'ils ont choisie est Nicotiana benthamiana, un cousin sauvage du tabac, choisi parce qu'il est largement disponible et facile à cultiver en laboratoire. L'usine de Nicotiana a commencé à produire le précurseur d'étoposide, tout comme mayapple. Sattely et son étudiant diplômé, Warren Lau, ont publié leur découverte dans la revue Science .
«C’est une très belle preuve de concept», déclare Sattely.
Sattely espère faire en sorte que les microbes, tels que la levure, produisent les mêmes molécules, en sautant complètement les plantes. Si elle réussit, elle rejoindra un certain nombre de scientifiques qui ont découvert comment transformer des microorganismes en usines de fabrication de médicaments. Rien que cette semaine, des scientifiques allemands ont annoncé qu'ils avaient fabriqué du THC, un composé de la marijuana produisant du «high» dans la levure génétiquement modifiée et pouvant aider à traiter les effets secondaires de la chimiothérapie et d'autres maladies. Le mois dernier, des chercheurs de Stanford ont publié des résultats montrant comment ils avaient fait produire à la levure de l'hydrocodone, un analgésique opioïde similaire à la morphine. Cette percée pourrait permettre de rendre ces médicaments moins chers et plus accessibles. En 2013, les ingénieurs chimistes de Berkeley ont persuadé de la levure génétiquement modifiée de produire des médicaments antipaludiques.
Fabriquer des médicaments avec de la levure est encore plus simple et moins coûteux que d'utiliser des plantes de laboratoire courantes. Les fournitures sont incroyablement bon marché et faciles à produire, prennent peu de place ou nécessitent des soins particuliers, et peuvent être manipulées à l'infini.
"La biologie synthétique offre la possibilité de faire en sorte que les cellules fabriquent ou fassent tout ce que vous voulez", déclare Sattely.
Mais il reste encore beaucoup à apprendre des plantes et des produits chimiques qu'elles produisent. À mesure que les voies de production moléculaire des plantes sont mieux comprises, les scientifiques peuvent apprendre à les manipuler, en produisant potentiellement de meilleurs médicaments avec moins d'effets secondaires.
«Les plantes sont parmi les meilleures usines moléculaires de la nature», déclare Sattely. "Nous avons beaucoup à apprendre sur ces molécules qui sont si importantes pour la santé humaine et aussi pour la santé des plantes."
