Facteur environnemental – juin 2022 : Les prévisions de prolifération d’algues nuisibles peuvent progresser grâce aux découvertes génétiques :

À l’aide de données provenant des États-Unis et du Brésil, les bénéficiaires du NIEHS ont découvert la base génétique de la production de guanitoxine, une importante cyanotoxine produite par la prolifération d’algues nocives d’eau douce (HAB). Leurs découvertes pourraient aider les chercheurs du monde entier à comprendre, surveiller et atténuer les HAB, qui sont des proliférations d’algues productrices de toxines pouvant créer des dangers pour la santé humaine et animale.

Les intérêts de recherche de Moore comprennent la biomédecine marine, la biotechnologie, la génomique microbienne et la métabolomique, la découverte de médicaments à base de produits naturels, les toxines et polluants naturels et la biologie synthétique. (Photo avec l’aimable autorisation d’Erik Jepsen, UC San Diego)

“Nous avons vraiment ouvert la boîte noire de la production cellulaire de cette toxine pour la plupart non surveillée”, a déclaré un bénéficiaire du NIEHS. Bradley Moore, Ph.D., de la Scripps Institution of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego (UC San Diego). “Avoir cette nouvelle connaissance des fonctions et des rôles de chaque gène impliqué dans la création de la plus puissante des neurotoxines d’eau douce, la guanitoxine, nous donne des connaissances pour l’avenir – sur quels organismes portent ces gènes et s’il existe des facteurs environnementaux qui initient la production [that toxin]. »

La recherche: a été publié le 18 mai : dans le Journal de l’American Chemical Society. Le travail a impliqué d’autres chercheurs de Scripps, de l’Université de Californie à Santa Cruz et de l’Université de São Paulo, au Brésil. Moore et un autre boursier du NIEHS : Timothy Fallon, Ph.D., également de Scripps, sont co-auteurs. Le NIEHS et la São Paulo Research Foundation faisaient partie des institutions qui ont financé l’étude.

Rendre la guanitoxine plus facile à détecter :

Bien que les agences de santé publique surveillent la plupart des toxines qui causent les HAB, la guanitoxine ne fait actuellement l’objet d’aucune surveillance environnementale. Les méthodes d’analyse standard ne permettent pas de détecter facilement la toxine, en partie parce que l’instabilité chimique la fait se dégrader rapidement. Et, jusqu’à présent, les scientifiques ne connaissaient pas la composition génétique de la guanitoxine ni comment la suivre dans l’eau.

L’une des cyanotoxines les plus mortelles, elle affecte le système nerveux.

Si un chien saute dans l’eau avec de l’écume flottante qui produit de la guanitoxine ou une autre toxine mortelle, comme la saxotoxine, cet animal en bonne santé pourrait mourir des heures plus tard.

“Beaucoup de ces événements sont mystérieux”, a déclaré Moore. “C’est encourageant qu’il y ait maintenant une chance de tester la guanitoxine dans l’eau.”

Pourtant, des composés standard pour la guanitoxine ou ses produits de dégradation étaient et ne sont pas disponibles dans le commerce, ce qui rend les tests directs pour la guanitoxine difficiles à développer, a noté Moore. Les chercheurs ont conçu de nouvelles méthodes de synthèse pour produire ces molécules, et les scientifiques prévoient de les mettre à la disposition de la communauté de recherche sur les cyanotoxines.

Cartographie de la toxicité :

Les collègues brésiliens de Moore ont séquencé le génome d’une cyanobactérie productrice de guanitoxine isolée d’un réservoir au Brésil. Le groupe combiné a ensuite trouvé et validé le groupe de gènes et neuf enzymes qui provoquent la conversion d’un acide aminé, l’arginine, en guanitoxine.

Fallon, analysant des ensembles de données de séquençage environnemental du Wisconsin, de l’Ohio et du Brésil, a découvert que les gènes responsables de la biosynthèse de la guanitoxine apparaissent à plusieurs reprises dans les eaux douces municipales qui ont déjà connu des proliférations d’algues toxiques.

Ils ont également découvert que deux groupes de cyanobactéries qui n’étaient pas connus auparavant pour produire de la guanitoxine – Cuspidothrix : et: Aphanizomène : – expriment activement les gènes de biosynthèse des toxines.

Planification des HAB :

Maintenant que l’équipe Scripps a cartographié la source génétique de la guanitoxine, elle espère que les chercheurs pourront utiliser ces connaissances pour surveiller la guanitoxine dans les eaux intérieures du monde entier.

“Les points chauds toxiques de proliférations d’algues qui pourraient inclure la guanitoxine semblent être un problème mondial, pas seulement en Amérique du Nord ou au Brésil”, a déclaré Fallon. “Cette toxine est également en Europe et en Asie, pour autant que nous puissions le supposer. Nous n’avons pas encore de données concrètes à ce sujet, mais nous espérons que ces nouvelles informations génétiques permettront aux chercheurs d’ailleurs de mener leur propre analyse et de compléter les informations connues.”

“Alors que nous recueillons plus de données du monde entier, nous serons en mesure d’examiner les tendances annuelles et de comprendre à l’avance ce que chaque année nous apportera”, a ajouté Moore.

Fallon vise à perfectionner un test de diagnostic moléculaire environnemental pour les gènes qui jouent un rôle dans la production de guanitoxine. Une entreprise a déjà autorisé sa technologie, a déclaré Moore.

La découverte génétique aidera à la planification préalable, selon Anika Dzierlenga, Ph.D :.qui dirige le NIEHS Oceans and Human Health Program.

“Alors que le changement climatique continue d’augmenter les événements HAB dans tout le pays, il est formidable de développer de nouvelles approches qui aident à prédire si de tels événements seront particulièrement toxiques”, a-t-elle déclaré. “Il est essentiel d’anticiper la situation, c’est pourquoi cette recherche est si importante.”

Citation:: Lima ST, Fallon TR, Cordoza JL, Chekan JR, Delbaje E, Hopiavuori AR, Alvarenga DO, Wood SM, Luhavaya H, Baumgartner JT, Dörr FA, Etchegaray A, Pinto E, McKinnie SMK, Fiore MF, Moore BS. 2022. La biosynthèse de la guanitoxine permet la détection environnementale globale dans les cyanobactéries d’eau douce. J Am Chem Soc; doi : 10.1021 / jacs.2c01424 : [Online 18 May 2022].

(Catherine Arnold est rédactrice sous contrat pour le NIEHS Office of Communications and Public Liaison.)


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