Establishment of long-term callus cultures of Deguelia duckeana (Fabaceae) with sustained production of lupane-type triterpenes

Les plantes sont les chimistes les plus sophistiqués de la nature, fabriquant constamment des molécules complexes pour se défendre, attirer les pollinisateurs ou survivre à des environnements hostiles. Depuis des siècles, les humains récoltent ces plantes pour en extraire des médicaments, des teintures et des parfums, mais cette dépendance aux populations sauvages entraîne un coût élevé. Lorsqu'une espèce est rare ou à croissance lente, la demande pour ses composés chimiques peut menacer son existence même. Pour résoudre ce problème, les scientifiques se sont tournés vers une technique appelée la culture de tissus végétaux. Cette méthode consiste à prendre un minuscule morceau d'une plante, comme une feuille, et à le faire croître dans un environnement de laboratoire stérile. Sous les bonnes conditions, ces cellules peuvent se multiplier en une masse de tissus indifférenciés appelée callus. L'espoir est que ce tissu cultivé en laboratoire continuera à produire les mêmes substances chimiques précieuses que la plante d'origine, offrant une source renouvelable qui ne nécessite pas d'abattre des forêts ou d'épuiser les populations naturelles. Cependant, une incertitude majeure a longtemps plané sur cette approche : si ces cellules sont maintenues en vie et en division dans un bocal pendant de nombreuses années, oublient-elles comment fabriquer les substances spécifiques qu'elles sont nées pour produire, ou changent-elles entièrement leur recette chimique ?

Une équipe de chercheurs de l'Institut National de Recherche Amazonienne au Brésil s'est donné pour mission de répondre à cette question en utilisant une liane spécifique connue sous le nom de Deguelia duckeana. Cette plante est originaire de la forêt amazonienne et est connue pour contenir une variété de composés bioactifs, notamment des substances qui ont montré des promesses pour lutter contre les bactéries et le cancer. Le défi était que, bien que la plante ait été étudiée dans la nature, personne n'avait jamais réussi à la cultiver avec succès dans un cadre de laboratoire, ni testé si sa production chimique resterait stable au fil du temps. Les chercheurs ont commencé par collecter de jeunes feuilles de la liane dans l'Amazonie. Leur premier obstacle fut simplement de faire croître le matériel végétal sans qu'il ne soit envahi par des bactéries et des champignons, qui prospèrent dans le climat humide de la forêt tropicale. Après avoir testé vingt-et-un procédés de nettoyage différents impliquant diverses combinaisons de fongicides, d'alcool et d'eau de Javel, ils ont trouvé une séquence spécifique qui fonctionnait le mieux : un trempage prolongé dans un fongicide, suivi d'un court bain dans l'alcool et d'un rinçage final dans une solution d'eau de Javel douce. Ce processus leur a permis d'établir des cultures vivantes et propres à partir des feuilles.

Une fois les cultures établies, les scientifiques devaient encourager les morceaux de feuilles à se transformer en masses de cellules en croissance, ou calluses, qui serviraient d'usine pour les produits chimiques. Ils ont placé les morceaux de feuilles stériles dans un gel riche en nutriments et ont ajouté différents mélanges d'hormones végétales pour voir quelle combinaison déclencherait la croissance la plus importante. Ils ont découvert qu'un mélange spécifique de trois hormones produisait les meilleurs résultats, transformant soixante-quinze pour cent des morceaux de feuilles en calluses sains, de couleur vert clair, en deux semaines. Ces calluses ont ensuite été cultivés et divisés de manière répétée sur une période de douze ans. Durant cette période, les chercheurs ont effectué quatre-vingt-trois transferts distincts du tissu vers de nouveaux contenants, un processus nécessaire pour maintenir les cellules en vie et en croissance. Cette longue durée était cruciale, car elle permettait à l'équipe d'observer si les cellules finiraient par perdre leur capacité à produire les substances chimiques emblématiques de la plante ou si elles resteraient constantes.

Pour vérifier ce que les cellules fabriquaient, les chercheurs prélevaient périodiquement de petites quantités de tissu et analysaient leur composition chimique. Ils ont utilisé une méthode appelée chromatographie sur couche mince, qui sépare les produits chimiques sur une plaque plate pour montrer ce qui est présent, ainsi que la résonance magnétique nucléaire, un outil puissant qui révèle la structure exacte des molécules. Les résultats furent remarquablement cohérents. Tout au long de cette période de douze ans, les calluses ont continué à produire un groupe spécifique de composés connus sous le nom de triterpènes de type lupane. Ceux-ci comprenaient trois molécules spécifiques : le luéol, le bertaldéhyde et l'acide bertulinique. Ce sont les mêmes types de composés que l'on trouve dans d'autres plantes apparentées et qui sont connus pour leurs propriétés médicinales potentielles. Le profil chimique du tissu n'a subi ni dérive ni changement ; les cellules produisaient le même mélange de produits chimiques la première année que la douzième. Cette stabilité suggère que les cellules ont conservé leurs instructions génétiques et leur capacité à synthétiser ces molécules complexes malgré leur retrait de leur environnement naturel et leur maintien dans un bocal pendant plus d'une décennie.

Ces conclusions offrent une étape significative pour la conservation et l'utilisation des plantes amazoniennes. La population originale de Deguelia duckeana dont les feuilles ont été collectées en 2012 est devenue, depuis lors, difficile à localiser en raison du développement urbain dans la zone. Parce que les chercheurs ont été capables de maintenir une culture vivante de la plante pendant si longtemps, ils ont préservé une ressource biologique qui aurait pu être perdue autrement. Cette étude démontre qu'il est possible de créer une source durable et à long terme de produits chimiques végétaux précieux sans dépendre de la population sauvage. Les cultures de laboratoire se sont révélées être une usine stable, produisant systématiquement les composés souhaités année après année. Cette approche offre un moyen d'étudier et d'utiliser le potentiel chimique des espèces rares de l'Amazonie tout en réduisant la pression sur la forêt tropicale elle-même, garantissant que ces ressources naturelles restent disponibles pour la recherche scientifique future et l'usage médical potentiel.