Des chercheurs sont parvenus à transplanter des organites extraits de feuilles d’épinard dans des cellules oculaires de souris, un transfert inter-règnes qui aurait conféré des fonctions photosynthétiques partielles aux cellules de mammifères. Les cellules murines auraient rapidement absorbé les organites végétaux transplantés, lesquels ont ensuite produit les molécules énergétiques ATP et NADPH, contribuant à l’élimination de molécules inflammatoires.
La photoréception, le traitement de la lumière visible par les photorécepteurs (des cellules oculaires spécialisées), constitue l’une des plus importantes interactions de la lumière avec notre organisme. Chez les plantes, l’interaction avec la lumière induit la photosynthèse et permet de produire des métabolites essentiels à leur survie.
Ces interactions soulèvent la question de savoir si des processus photosynthétiques similaires pourraient se produire dans les cellules oculaires de mammifères en utilisant des chloroplastes, les organites des cellules végétales responsables de la conversion de la lumière en énergie chimique utilisable par les plantes.
Bien que l’hypothèse puisse paraître invraisemblable, un tel transfert inter-règnes d’organites existe déjà chez certains animaux, notamment les limaces de mer, qui capturent les chloroplastes fonctionnels des algues qu’elles consomment dans leurs cellules intestinales. Ces organites sont conservés dans les cellules des limaces en cas de famine afin de fournir des nutriments. Autrement dit, ces animaux exploitent temporairement des chloroplastes fonctionnels et se tournent vers la photosynthèse lors de pénuries de nourriture.
Inspirés par ce phénomène, un groupe de chercheurs codirigé par l’Université nationale de Singapour a exploré pour la première fois le potentiel de transfert d’organites photosynthétiques dans des cellules oculaires de mammifères. « Si cette stratégie s’avère concluante, elle pourrait constituer un premier pas vers l’acquisition, par les cellules de mammifères, d’une fonctionnalité photosynthétique grâce à l’intégration durable d’organites d’origine végétale », écrivent-ils dans leur étude parue le 15 mai dans la revue Cell.
Un transfert d’organites de plante à animal
Pour effectuer leur expérience, les chercheurs de l’étude ont sélectionné divers légumes-feuilles afin d’évaluer leur potentiel photosynthétique. Pour ce faire, ils les ont filtrés puis centrifugés pour isoler les chloroplastes, qui ont ensuite été immergés dans une solution afin d’exposer leurs thylakoïdes, des structures en forme de crêpes qui capturent la lumière pour alimenter les réactions photosynthétiques au sein des chloroplastes.
Les chercheurs ont constaté que l’épinard (Spinacia oleracea) produisait davantage d’organites photosynthétiques que l’épinard rouge (Amaranthus tricolor), l’épinard d’eau (Ipomoea aquatica) ou la laitue (Lactuca sativa). Ils ont alors encapsulé les organites d’épinard dans des nanoparticules pour former des granules qu’ils ont baptisées LEAF.
« Nous avons cherché à conférer aux mammifères des caractéristiques photosynthétiques végétales localisées en transplantant des granums thylakoïdes structurellement et fonctionnellement préservés dans le système mammalien », écrivent les chercheurs.
Les essais in vitro ont montré que les cellules oculaires de mammifères ont rapidement absorbé les particules LEAF qui, une fois internalisées, ont converti la lumière en énergie chimique pendant plusieurs heures, notamment sous forme d’ATP et de NADPH. « Nous sommes en train de voler toute la technologie qui a évolué pendant des millions d’années chez les plantes et de la transplanter dans le système animal », a indiqué David Tai Leong, biologiste à l’Université nationale de Singapour et co-auteur de l’étude, à la revue Nature.
À noter cependant qu’il ne s’agit là que d’une partie de la photosynthèse. En effet, chez les plantes, une seconde phase de la photosynthèse utilise l’ATP et le NADPH pour synthétiser des glucides via le cycle de Calvin, ce que les granules LEAF ne permettent pas encore.
Néanmoins, « toute tentative en ce sens aura forcément l’air d’un tour de passe-passe au premier abord. Mais ce n’est qu’en expérimentant la technique et en découvrant ses limites – comme la durée des effets et les cellules cibles – que les chercheurs pourront développer des applications concrètes », indique à la revue Nature Corey Allard, biologiste cellulaire à l’université Harvard de Cambridge et auteur principal de l’étude.
Résumé graphique de l’étude. © Allard et al.
Un traitement potentiel pour la sécheresse oculaire
Afin de déterminer si les granules LEAF pourraient présenter des avantages pratiques, les chercheurs se sont concentrés sur la capacité du NADPH à éliminer les espèces réactives de l’oxygène (ROS), des molécules cytotoxiques pouvant provoquer une inflammation. L’équipe a instillé des gouttes oculaires contenant des LEAF sur des modèles murins de sécheresse oculaire, une affection caractérisée par l’accumulation de ROS à la surface de l’œil.
Résultat : les gouttes ont atténué l’inflammation chez les souris traitées, et ce sans exposition à une lumière additionnelle pour stimuler la production de NADPH par les LEAF. Lorsque les chercheurs ont cherché à déterminer si les gouttes allaient teinter les yeux des animaux en vert, ils ont constaté que de minuscules doses, presque imperceptibles après l’administration, suffisent à produire des effets.
L’équipe de recherche prévoit de tester bientôt les granules LEAF dans le cadre d’un essai clinique chez des personnes souffrant de sécheresse oculaire. La technologie pourrait potentiellement constituer une piste thérapeutique potentielle pour ce type d’affection. Les chercheurs étudient également la possibilité de transplanter les organites végétaux dans d’autres tissus que la cornée.
