Introduction

1Seidler a été le premier à définir la pharmacognosie comme discipline pharmaceutique en 1815 (via A. Tschirch, 1909). Tschirch a donné la définition suivante (traduite de l'allemand) : "par pharmacognosie, nous entendons la science qui a pour tâche d'établir la connaissance sur tout ce qui concerne les médicaments d'origine végétale ou animale sous tous leurs aspects, à l'exception de l'effet physiologique, de les décrire avec exactitude et de donner une vue générale et logique de cette connaissance". Au cours du xix^e siècle, elle a été de loin la discipline pharmaceutique la plus importante, la "mère" de toutes les disciplines pharmaceutiques modernes. C'est il y a cent ans (1899) que les premiers signes de l'émergence d'une ère nouvelle se sont manifestés, avec l'introduction d'une drogue synthétique qui a connu un grand succès : l'aspirine (Viktorin, 1999). Pour la première fois, la nature se trouvait utilisée comme base pour élaborer une nouvelle drogue synthétique. En dépit de quelques échecs patents, tels que celui de l'héroïne, la chimie synthétique a gagné en importance dans le développement de drogues nouvelles. Cette tendance a été sous-tendue par la volonté d'avoir des formulations pharmaceutiques basées sur des composés simples et purs, avec des activités bien définies.

2Les pharmacognostes ont toujours cherché à intégrer les technologies nouvelles dans leur discipline. Au xix^e siècle, la microscopie a été introduite pour le contrôle de qualité des préparations pharmaceutiques à partir des plantes. Pendant de longues années, la pharmacognosie s'est cantonné à ces méthodes, et, devant la diminution rapide du nombre des préparations à base de plantes en pharmacie, la discipline a connu de grandes difficultés pour maintenir sa position dans les programmes d'études en pharmacie dans les années 60 et 70.

3Heureusement, quelques pharmacognostes visionnaires ont su ouvrir des voies nouvelles. Le développement de la chromatographie en couche mince par le pharmacognoste bien connu Prof. Egon Stahl en est probablement le meilleur exemple (Stahl, 1967). De même, dans le domaine de la chromatographie en phase gazeuse et en phase liquide à haute pression, les pharmocognostes ont été parmi les pionniers dans l'analyse des matières végétales. Ces méthodes relevant de la chromatographie sont devenues des outils essentiels pour l'étude des composés actifs des plantes. D'ailleurs, dans les années 1970, le recours aux méthodes en spectrométrie, telles que la spectrométrie de masse (SM) et la résonance magnétique nucléaire (RMN) s'est banalisé parmi les pharmocognostes dans leur quête de composés nouveaux biologiquement actifs dans les plantes. Mais, à cette époque, développer de nouvelles drogues à partir de plantes n'était pas aussi facile que de travailler avec les drogues synthétiques, considérant que les méthodes d'essais pharmacologiques (essentiellement, expériences sur des animaux in vivo et sur des organes isolés in vitro) ne se prêtent pas au fractionnement guidé par la pharmacologie sur les composés actifs des extraits de plantes. Cette procédure appelle des méthodes permettant d'effectuer facilement des mesures sur un grand nombre d'échantillons et cela en peu de temps. Les produits naturels disponibles ne constituaient une source importante de nouvelles drogues que dans le cas des activités pour lesquelles les méthodes simples d'essai existaient. Cela est clairement illustré par le fait que la plupart des antibiotiques et des drogues antitumorales sont des produits naturels (Cragg et al., 1997). Ces activités peuvent être facilement testées dans le cadre de montages in vitro basés sur des cultures de cellules. Ainsi, de 1983 à 1994, sur toutes les nouvelles drogues habilitées, 78 % des nouveaux antibiotiques et 61 % des nouvelles drogues antitumorales étaient des produits naturels ou dérivés de produits naturels.

4Actuellement, l'intérêt pour la recherche en pharmacognosie et sur les produits naturels ne cesse de croître. Un certain nombre de périodiques scientifiques internationaux dans ce domaine illustre bien cette tendance. Cet intérêt croissant est également apparu très clairement lors de la rencontre entre les quatre principales associations internationales dans le domaine de la pharmacognosie et de la recherche sur les produits naturels. Cette rencontre (qui se déroule tous les cinq ans) a réuni en juillet 1999 plus de 1100 scientifiques venus du monde entier se retrouver à Amsterdam. C'est le plus grand nombre de spécialistes de ce domaine jamais réuni, quasiment le double de participants venus à la rencontre précédente.

5On peut citer plusieurs raisons pour expliquer l'intérêt accru pour les produits naturels et la pharmacognosie :

• la recherche de pistes nouvelles pour créer de nouvelles drogues
• la biotechnologie pour la production des produits pharmaceutiques
• les revendications pour l'homologation des alicaments (nutraceuticals)
• la validation des médecines traditionnelles
• l'intérêt croissant pour la phytothérapie

6Après cette évolution au cours de la dernière décennie, nous pouvons distinguer actuellement trois centres d'intérêt principaux pour le pharmocognoste :

• étude de nouveaux produits naturels biologiquement actifs
• production de drogues d'origine naturelle, y compris de nouvelles méthodes telles que la biotechnologie
• contrôle de qualité des drogues d'origine naturelle.

7Je voudrais entrer dans le détail des deux premiers aspects mentionnés. Les études consacrées à la recherche de composés actifs nouveaux ont deux caractéristiques principales : mise à jour de nouvelles pistes pour le développement de drogues et études pour la validation des médecines traditionnelles. Traditionnellement, les pharmocognostes se sont concentrés sur les plantes comme source de nouveaux composés, alors que la recherche sur les micro-organismes a, dans la plupart des cas, été entre les mains de groupes industriels ou de chimistes universitaires. Je traiterai ici essentiellement des plantes.

Établissement de pistes

8La nature est une source presque infinie pour le développement de médicaments. Il n'est pas facile d'évaluer le nombre d'organismes existant dans le monde. Pimm et al. (1995) ont cherché à chiffrer la biodiversité. On estime que le nombre total d'espèces se situe entre

910 et 100 millions. La plus grande diversité se trouve chez les insectes (au total, les espèces d'arthropodes seraient au nombre d'au moins 30 millions), les algues, les procaryotes et les mycètes (environ 1,5 million d'espèces). Les plantes forment en fait un groupe relativement modeste, avec environ 250 000 espèces, dont 6 % ont été étudiés pour une ou plusieurs activités biologiques, et environ 15 % ont été étudiés du point de vue phytochimique (Verpoorte, 1998). Tous ces organismes produisent un certain nombre de métabolites secondaires liés à l'interaction de l'organisme avec son environnement. Ceci a eu comme conséquence un élargissement de la chimiodiversité au cours de l'évolution (Harborne, 1978).

10Quels sont ces métabolites secondaires ? Le nombre actuellement connu est d'environ 139 000. On fait état de la découverte d'environ 4 000 nouvelles structures chaque année. NAPRALERT et le Dictionnaire des Produits Naturels représentent les deux bases de données principales pour les produits naturels (Corley & Durley, 1994). Le premier ouvrage rassemble tous les articles sur les produits naturels et leur activité biologique et en donne un résumé, ainsi que des données en ethnopharmacologie. Le Dictionnaire des Produits Naturels (Chapman & Hall, 1999) est une compilation de tous les composés connus ; il contient à ce jour environ 139 000 entrées. Comme on peut le voir dans le tableau 1, le groupe principal est celui des terpénoïdes, le second en nombre est celui des alcaloïdes. C'est dans ce deuxième groupe que l'on trouve un grand nombre de médicaments. Ceci est dû à cette caractéristique qu'ils ont d'être des composés hydrosolubles dans un milieu acide et d'avoir des propriétés lipophiles dans un milieu neutre et basique. En fait, une proportion élevée de tous les médicaments contient un azote tertiaire.

Tableau 1. Nombre des métabolites secondaires présents dans le Dictionnaire des Produits Naturels (Chapmann and Hall, 1999)

11En dépit de l'énorme diversité en matière de structures, la nature n'utilise que quelques unes des briques disponibles pour créer cette chimiodiversité (Luckner, 1990 ; Verpoorte & Alferman, 1999). Les briques de base sont l'acétate (C₂), l'isoprenoïde (C₅) et le phényl- propanoïde (C₉). L'unité d'acétate est employée dans la biosynthèse du polykétide, un élément particulièrement bien développé dans les micro-organismes. Les voies métaboliques de l'isoprénoïde mènent à tous les terpénoïdes en couplant 2 ou plus unités C₅. On trouve les terpénoïdes dans tous les organismes. La voie du phényl-propanoïde est un chemin typique des plantes ; il est basé sur la phénylalanine et la tyrosine et, par l'intermédiaire de l'acide cinnamique, cette voie mène à, entre d'autres, la lignine et les lignanes. En combinaison avec trois unités d'acétate, l'unité C₉ conduit aux flavonoïdes et aux anthocyanines, bien connues pour leur rôle dans la coloration des fleurs. C'est avec les briques mentionnées et quelques acides aminés que la plupart des organismes fabriquent des structures de base plus ou moins semblables. La diversité résulte de divers enzymes "décoratives" que l'on trouve dans chaque espèce et qui introduisent de nouvelles fonctionnalités, telles que les groupes hydroxy-, époxy- et méthoxy-. L'oxydation (enzymes du cytochrome P450, dioxygénases, peroxydases) et la réduction sont les réactions les plus communes. L'activité biologique est parfois modifiée par addition d'une ou plusieurs molécules de sucre à la structure de base. En fait, la chimie combinatoire des spécialistes de chimie organique synthétique, laquelle est très à la mode, n'est pas nouvelle, elle est en fait aussi ancienne que l'évolution. La chimie combinatoire a été elle-même appelée le substitut des chimistes pour la forêt tropicale (Hogan, 1997).

12Si l'on veut explorer la chimiodiversité de la nature, les conditions ont nettement changé ces dernières années avec l'introduction des méthodes du criblage à haut débit (HTS) (on trouvera de nombreuses revues in Bohlin & Bruhn, 1999). En employant des cibles moléculaires, un grand nombre d'échantillons (jusque 100 000 en 24 heures) peut être examinés à la recherche d'une activité simple. Il est clair que les spécialistes de chimie de synthèse ne sauraient produire de telles quantités de composés nouveaux. Leur réponse a consisté à élaborer la chimie combinatoire et à effectuer des essais sur des mélanges de composés obtenus par les méthodes de la chimie de synthèse en phase solide toute nouvelle. Il y a environ 10 ans, un spécialiste de chimie de synthèse de l'industrie pharmaceutique établissait environ 8 entités chimiques nouvelles (NCE) par an ; dans un proche avenir, on pense qu'on atteindra 50 par an (Valkema 1999). Cependant, la diversité structurale obtenue à partir de la chimie de synthèse n'arrivera jamais au niveau de la nature ; ainsi, un composé actif nouveau tel que le paclitaxel, avec 11 carbones asymétriques, ne sera jamais conçu dans un laboratoire de chimie de synthèse.

13Le HTS offre donc des possibilités nouvelles pour élaborer des produits naturels. Il permet d'effectuer rapidement le criblage d'un grand nombre d'extraits et se prête bien au fractionnement guidé par la pharmacologie, lequel constituait autrefois un goulot d'étranglement dans les études sur les composés actifs des extraits de plantes. Les méthodes chromatographiques, très puissantes, utilisées en combinaison avec le HTS, sont maintenant des procédés très efficaces pour établir des pistes nouvelles pour le développement de drogues. Un projet commandité par Astra, dans le cadre duquel la biodiversité de l'Australie est examinée pour découvrir des pistes nouvelles, est un exemple de réussite de cette nouvelle approche (Quinn, 1999). Dans les prochaines années, on peut s'attendre à ce que les progrès de la technologie permettent d'améliorer le rythme auquel de nouveaux composés actifs seront isolés et identifiés à partir des ressources naturelles. Par exemple, on a récemment mis au point des méthodes en ligne de HPLC (chromatographie liquide à haute pression) pour déterminer une activité biologique (Oosterkamp et al., 1997a, b). Nous avons aussi développé une méthode du même type pour la détection de l'inhibition de l'acétylcholinestérase dans des extraits de plantes (Ingkaninan et al., résultats non publiés). En employant des méthodes de préfractionnement, la probabilité de trouver des composés nouveaux sera augmentée et la "dereplication", c'est-à-dire l'identification rapide des composés actifs connus ou les faux-positifs, prendra moins de temps.

14Cependant, la disponibilité des sources de biodiversité représente actuellement un frein important. La majorité des espèces se trouve dans les pays du deuxième et du tiers monde, lesquels, dans la plupart des cas, n'ont pas les ressources financières pour procéder à un criblage étendu de la biodiversité dans le pays. D'autre part, les négociations sur les revenus avec les sociétés pharmaceutiques souhaitant procéder au criblage de la biodiversité sont longues, car il est bien difficile de définir les coûts d'une mise à disposition de la biodiversité pour procéder à ce criblage. Par rapport au processus complet de développement d'une drogue, les coûts afférents à l'élaboration de nouvelles pistes ne représente qu'une petite partie du budget. Ainsi, en dépit des bonnes intentions énoncées dans divers traités internationaux, et notamment la déclaration de Manille au sujet du droit de chaque pays de disposer de sa propre biodiversité (Baker et al. 1995), il semble bien difficile d'amener des collaborations entre l'industrie, le monde universitaire et les différents gouvernements pour l'exploration de cette biodiversité. Le fait qu'elle ne s'arrête pas aux frontières politiques ne facilite pas les choses.

15Les extraits de culture de cellules végétales représentent une option intéressante pour le criblage car il est facile d'élargir l'étude lorsqu'une activité intéressante est établie (McAlpine et al., 1999). D'ailleurs, on peut faire des cultures de cellules végétales à partir de plantes rares pour assurer la production de composés à partir des plantes qui auront présenté des activités intéressantes.

16En dehors du criblage plus ou moins aléatoire des organismes pour rechercher une activité biologique, on peut également regarder du côté des pistes écologiques pour établir cette activité (Verpoorte, 1998 ; 1999). Par exemple, on peut penser que les jeunes feuilles et les jeunes plantes soient mieux protégées contre les prédateurs par, entre autres choses, les métabolites secondaires, que des parties plus anciennes de la plante. Par exemple, nous avons trouvé des niveaux très élevés d'alcaloïdes de quinoline (quinine et composés associés) dans des jeunes plantes du quinquina (Aerts et al., 1990 ; 1991a, b) et le niveau le plus élevé de ginkgolides jamais trouvé a été relevé dans des jeunes plantes de Gingko biloba (Carrier et al., 1998).

17L'étude des médecines traditionnelles représente une approche très différente pour établir des nouvelles pistes. De telles études peuvent servir deux objectifs : validation de l'utilisation des médecines traditionnelles et établissement de pistes nouvelles. Alors que les pays en voie de développement prennent conscience que leur acquis culturel constitue un important trésor, les études sur la médecine traditionnelle sont l'objet d'une attention renforcée. Elles pourraient amener une utilisation efficace des préparations de ce type, en libérant la nécessité d'importer des médicaments occidentaux trop onéreux. D'ailleurs, le fait que le produit est directement disponible dans la campagne est un avantage important pour ces régions éloignées. En fait, on estime qu'environ 80 % de la population mondiale se repose sur les médecines traditionnelles pour les traitements au premier degré (Baker et al., 1995). De telles études devraient porter, non seulement sur l'activité, mais également sur la toxicité. Les composés responsables de l'activité dans les médecines traditionnelles ne conduisent pas nécessairement à des drogues nouvelles. Bien souvent, ce sont plutôt des composés déjà connus ou des composés dont les effets ne sont pas supérieurs à ceux des drogues déjà connues. Le screening à haut débit entre dans le champ de la recherche industrielle, tandis que la médecine traditionnelle est un objet d'étude avant tout pour les universitaires et les laboratoires gouvernementaux. Le Schéma 1 résume les différentes manières d'aborder la question.

La biotechnologie

18Autre secteur qui a ouvert de nouvelles perspectives à la pharmacognosie : la biotechnologie. La pharmacognosie se préoccupe traditionnellement des plantes et porte relativement peu d'attention à l'enseignement et à la recherche sur les micro-organismes comme source des drogues. La biotechnologie classique visant à produire, par exemple, des antibiotiques, est restée plus ou moins en marge de la discipline. Cependant, lorsque la biotechnologie des cellules végétales s'est imposée comme possibilité nouvelle pour produire des métabolites végétaux secondaires au milieu des années 70, les pharmocognostes se sont empressés d'investir le domaine. Le but recherché était de fabriquer des produits pharmaceutiques connus à partir de cultures de cellules végétales. Au cours des deux dernières décennies, un certain nombre de groupes dans le monde entier s'est intéressé à la production de produits pharmaceutiques dérivés des plantes. A côté du potentiel de production biotechnologique énorme en matière de produits pharmaceutiques, en utilisant des cellules provenant de microbes, de plantes, d'insectes ou de mammifères, la biotechnologie se présente aussi à la génétique comme une technologie nouvelle très importante. Le génie génétique peut être employé, non seulement pour augmenter des rendements dans un organisme fabriquant des produits pharmaceutiques de valeur, mais aussi pour introduire la production de composés de valeur dans d'autres organismes productifs. Par exemple, on pourra produire des protéines pharmaceutiques dans des micro-organismes (par exemple l'insuline dans E. coli) ou dans des plantes (par exemple, de l'albumine de sérum humain ou des vaccins) (Arntzen, 1997 ; Cunningham & Porter, 1998 ; Pen et al., 1993 ; Ponstein et al., 1996). Le schéma 2 présente en résumé les divers objectifs de la biotechnologie et le rôle que les pharmocognostes (pharmaciens) pourraient jouer.

19On entrera plus bas dans le détail de certains de ces aspects propres à la biotechnologie de la cellule végétale et du génie génétique d'un point de vue du pharmacien (pharmacognoste).

20Concernant la production de produits naturels complexes, les cultures de cellules végétales représentent une option intéressante. La culture cellulaire peut se faire à partir de n'importe quelle espèce végétale. Dans une culture de ce type, chaque cellule possède tous les gènes nécessaires pour toutes les fonctions de la plante, y compris le métabolisme secondaire (totipotence). Avant de passer aux applications de ces cellules cultivées in vitro dans le cadre d'une production commerciale, il faudra répondre à deux questions principales :

• la technologique est-elle réaliste ?
• le processus est-il concurrentiel du point de vue économique ?

21Le premier point était autrefois considéré comme imposant une contrainte lourde. On pensait que les bioréacteurs avec agitateur produisaient des forces de cisaillement posant un problème important aux grandes cellules végétales vacuolées. Quelques études faites dans les années 1970 ont tendu à montrer que les cellules végétales se développent mieux et que la production de métabolites secondaires est plus élevée dans des bioréacteurs à faible force de cisaillement, tels que des réacteurs aérés, que dans les bioréacteurs de type cuve à agitateur. Cependant, des études plus récentes (Meijer et al., 1987 ; Scragg et al., 1986) ont prouvé que les cellules végétales ne sont pas très sensibles au cisaillement et se développent facilement dans les bioréacteurs à agitateur. La qualité de la technologie est confirmée par des rapports sur la culture de cellules végétales à grande échelle dans des bioréacteurs, par exemple dans des cuves ayant une capacité utile de 60 m³ (Westphal, 1990). Plusieurs auteurs ont fait des calculs sur le prix de revient de produits fabriqués à partir d'un processus de production de cellules végétales de type biotechnologie (Drapeau et al., 1987 ; Fowler & Stepan-Sarkissian, 1983 ; Goldstein et al., 1980 ; van Gulik et al., 1988 ; Verpoorte et al., 1991). Nous avons calculé qu'une production de 0,3 g/l/14d donne un prix de 1500 $/kg. Une amélioration de la productivité par un facteur 10 a comme conséquence de faire baisser le prix à 430 $/kg (Van Gulik et al., 1988 ; Verpoorte et al., 1991). Le facteur coût le plus important est celui correspondant aux investissements dans les bioréacteurs. Les coûts correspondant aux média n'entrent que pour 5 % dans le premier exemple et pour 20 % dans le second. Le niveau inférieur de rendement utilisé pour ces calculs est obtenu, par exemple, pour la production de l'ajmalicine dans des cultures cellulaires de Catharanthus roseus (revues critiques in Van der Heijden & Verpoorte, 1989 ; Moreno et al., 1995). Le taux de rendement le plus élevé (multiplié par 10) a été obtenu pour la berbérine dans des cultures cellulaires de Coptis japonica, ces cultures permettant même d'atteindre des rendements plus élevés, allant jusque 7 g/l, chiffre qui correspond à la production de cellules végétales la plus élevée qui ait jamais été rapportée (Fuyita & Tabata, 1987 ; Sato et al., 1982 ; 1984). La productivité pour des antibiotiques tels que la pénicilline dans les cultures des micro-organismes peut atteindre 30-50 g/l. il n'y a a priori aucune raison pour que les cellules végétales produisent moins. Cette affirmation se fonde sur des productions de métabolites secondaires de 20-60 % du poids sec d'un tissu végétal ou de cellules végétales. En exemple, on citera la production de tannins et de proanthocyanidines dans des cultures de cals du Pseudotsuga menziesii (Zaprometov, 1988a, b) et d'anthraquinones dans des cultures cellulaires de Rubia fruticosa (Schulte et al., 1984). Les cellules végétales sont ainsi capables de détourner une grande partie du flux métabolique pour en faire un métabolisme secondaire.

22On a pu remporter quelques succès commerciaux, par exemple la production de shikonine (Fuyita & Tabata, 1987), la production de la biomasse de racines de ginseng et certaines préparations de polysaccharides (Fu et al., 1999 ; Hibion & Ushiyama, 1999). Cependant, pour les composés les plus intéressants, tels que la hyoscyamine, la morphine, la quinine et la vinblastine, la productivité est restée faible, voire nulle (Verpoorte et al., 1991). Les études pour améliorer les rendements se sont concentrées au début sur le choix de lignées cellulaires à haut rendement et sur la manipulation épigénétique. Comme ce choix, dans la plupart des cas, n'a pas conduit à une élévation des rendements pour la commercialisation, la recherche s'est tournée dans des directions nouvelles, telles que la culture de cellules différenciées, l'induction de métabolites secondaires par le biais d'éliciteurs et l'utilisation de cellules immobilisées. Cependant, pour ce qui est des composés intéressants, aucune de ces approches n'a jusqu'ici permis d'élaborer des procédures commercialement viables.

23Les produits qui se sont le plus rapprochés du niveau de la production industrielle ont été l'acide rosmarinique et la sanguinarine. Mais comme ces composés n'ont pas atteint le marché par la suite, les processus ont également perdu de leur l'intérêt du point de vue industriel. Un processus a été mis au point avec succès pour le taxol, pour lequel une augmentation de productivité d'un facteur de 10 à 20 a pu être obtenu par rapport aux cultures de taxus (on trouvera quelques revues in Fu et al. 1999). Cependant, le produit sortant de ce processus est soumis à une autorisation officielle de la part des autorités concernées comme étant une matière première de la production de produits pharmaceutiques.

24Les cultures de cellules végétales peuvent jouer un rôle important dans le processus de développement de nouvelles drogues à partir de plantes. Les cellules végétales peuvent fournir les quantités requises d'un composé au cours du développement, alors que la production agri/horticole n'est pas encore en place. Lorsque la production agricole fait défaut, la biotechnologie des cellules végétales pourrait être une méthode de production par excellence.

25En attendant, les cultures de cellules végétales constituent un excellent outil pour l'étude de la biosynthèse des métabolites secondaires et pour le clonage des gènes de ce type de voies (par exemple, Zenk, 1991 ; 1995 ; Hashimoto et al., 1994 ; Verpoorte et al., 1998). Ces gènes peuvent être employés pour la modification génétique des plantes ou des cultures de cellules végétales afin d'améliorer la productivité (voir ci-dessous) (par exemple Hashimoto et al., 1994 ; Kutchan, 1995 ; Verpoorte & Alfermann, 1999).

Génie génétique

Les protéines

26De nos jours, en principe, des gènes nouveaux peuvent être introduits dans n'importe quel organisme. Cela signifie que, pour fabriquer certains produits pharmaceutiques de valeur tels que les protéines, on peut franchir la barrière des espèces et n'importe quel organisme peut être envisagé pour la production de protéines pharmaceutiques. Les modifications des protéines suite à la transgénèse sont un facteur important lors du choix de l'organisme producteur. Les plantes et les cellules végétales sont comme des cellules de mammifères capables d'amener une glucosidation des protéines ; elles devraient donc être considérées comme des systèmes de production intéressants. Cependant, concernant les produits utilisés pour des applications parentérales, faire la preuve de la sécurité d'un produit ayant une telle origine va constituer un obstacle difficile à surmonter pour la production de protéines de mammifères dans les plantes. Bien que les plantes soient de loin la source la moins onéreuse, les exigences imposées par la sécurité appellent des études toxicologiques très étendues, comparables pratiquement à celles nécessaires pour la mise au point d'une nouvelle drogue. L'albumine de sérum humain (HSA) peut être donnée en exemple (Pen et al., 1993). On peut la produire sans la moindre difficulté dans les plantes qui expriment le gène encodant la HSA ; la protéine ainsi formée est chimiquement identique à la protéine humaine. Cependant, la purification et les études nécessaires pour en prouver la sécurité vont à l'encontre d'applications nouvelles. Ceci signifie que, pour les protéines de ce genre, on devra se cantonner à une production à partir de procédures considérées par tous comme sûres. La production par les plantes n'est intéressante que pour certains produits. Par exemple, la production de vaccins oraux au moyen de plantes comestibles génétiquement modifiées (par exemple des bananes) fait actuellement l'objet d'études comme moyen bon marché de contribuer aux programmes de vaccination dans les pays du Tiers monde (Shahidi et al., 1999). La principale réserve que l'on peut faire est que la plupart des vaccins sont inactifs en prise orale. Une application révolutionnaire et bien plus prometteuse se présente avec la production d'anticorps dans les plantes (Conrad & Fiedler, 1994 ; Cunningham & Porter, 1998 ; Ma & Hein, 1996 ; Whitelam & Cockburn, 1996). Elle ouvre la voie à la production d'anticorps à un prix très faible et aussi à toute une gamme d'applications nouvelles. Leur utilisation pour prévenir les caries est un exemple des applications potentielles de tels anticorps.

Composés à faible poids moléculaire

27On peut aussi faire appel au génie génétique pour améliorer le rendement de composés à faible poids moléculaire dans les organismes producteurs, par exemple la pénicilline. Je donnerai brièvement ici quelques exemples d'applications du génie génétique concernant les produits pharmaceutiques dérivés de plantes. Trois possibilités peuvent être envisagées :

• augmenter la production d'un composé par la culture de la plante ou la culture cellulaire
• produire le composé végétal dans le micro-organisme
• produire le nouveau composé par la culture de la plante ou la culture cellulaire

Augmenter la production d'un métabolite secondaire de plante

28La production des métabolites secondaires peut être régulée de différentes manières : le flux vers le composé peut être ajusté par l'activité des enzymes impliqués ou par une inhibition en feedback. Le flux de carbone peut être détourné vers des voies concurrentes. Le niveau du produit peut également être affecté par le catabolisme du métabolite secondaire (Dagnino et al., 1994 ; Dos Santos et al., 1994 ; Schripsema et al., 1994). Les voies concurrentes et le catabolisme peuvent être bloqués en introduisant des gènes antisens pour les gènes encodant les enzymes concernés.

29En identifiant les voies de régulation possibles de la biosynthèse, on peut ensuite copier le gène en codant l'enzyme impliqué et surexprimer cet enzyme ou encore utiliser des gènes provenant d'autres sources pour surmonter la limitation. Nous avons montré qu'il est possible de surexprimer la décarboxylase de tryptophane et la strictosidine synthétase, deux gènes importants provenant des alcaloïdes indoliques, dans les cultures cellulaires de diverses plantes. Dans les cultures cellulaires de Catharanthus roseus, la surexpression de ces gènes endogènes conduit à un niveau plus élevé d'activité enzymatique, mais ce n'est qu'avec ce dernier gène que l'on a observé une certaine augmentation de la production d'alcaloïdes (Canel et al., 1998). L'expression dans les cellules de tabac a pour conséquence une production de tryptamine (Hallard et al., 1997 ; Leech et al., 1999) et, après apport de sécologanine, une production de strictosidine (Hallard et al., 1997).

30Ces résultats prouvent qu'il est possible de créer des voies secondaires de métabolites de composés pharmaceutiquement importants. Cependant, les augmentations affectent principalement le produit immédiat des enzymes surexprimés. Une alternative prometteuse est offerte par le clonage des gènes régulateurs d'une voie et d'une surexpression de ces derniers (Grotewold et al., 1998 ; Lloyd et al., 1992 ; Martin, 1996).

Produire un composé de plante dans des micro-organismes

31Les gènes provenant d'une plante peuvent s'exprimer dans les micro-organismes. Cependant, la production d'un métabolite secondaire de plante dans un micro-organisme présuppose la présence des précurseurs nécessaires. Car la plupart des métabolites secondaires sont l'aboutissement d'un grand nombre d'étapes. Cette approche est donc limitée aux produits qui ne requièrent que quelques étapes à partir du précurseur disponible ; sinon, il faut ajouter les précurseurs nécessaires. Ceci ne peut se concevoir que si ceux-ci sont disponibles à bas prix. Une demande de brevet a été déposée récemment par nous, en rapport avec une telle approche de ce type (Geerlings et al., 1998). La strictosidine synthétase et la glucosidase de strictosidine ont été exprimées en levure. En cultivant cette levure transgénique sur du jus de baies de Symphoricarpus albus contenant à la fois du sucre pour la croissance de la levure et de la sécologanine pour la production des alcaloïdes d'indole, il est possible de produire 2 g/l d'alcaloïdes. Le fait d'ajouter des étapes supplémentaires aux voies biosynthétiques d'alcaloïdes pourrait conduire à la production d'alcaloïdes importants connus pour leur valeur commerciale tels que l'ajmalicine ou la quinine.

Produire un nouveau composé dans une culture de plante ou une culture cellulaire

32Ces dernières années, des possibilités nouvelles ont été exploitées pour augmenter la chimiodiversité. Il convient de citer la biochimie recombinante, également appelée biochimie combinatoire, dans ce contexte. Elle concerne l'expression des gènes dans d'autres organismes, affectant ainsi la biosynthèse des métabolites secondaires. En exemple de cette évolution, on mentionnera la biosynthèse des polykétides dans les micro-organismes conduisant à la production de nouveaux antibiotiques (par exemple, Madduri et al., 1998 ; Salas & Mendez, 1998). Cette approche est également testée dans les plantes.

33Autre exemple d'ouverture de voie nouvelle dans une plante : la production d'acide (AS) (Verberne et al., 1998 ; 1999). L'acide salicylique est un composé inducteur important dans la résistance sys- témique acquise des plantes. On pense que la biosynthèse de l'AS passe par l'acide cinnamique, bien que la voie ne soit pas encore complètement élucidée. Dans les micro-organismes, l'AS est produit par l'intermédiaire de l'isochorismate à partir du chorismate, un précurseur abondant dans les plantes et les micro-organismes pour la production de phénylalanine/tyrosine et de tryptophane. En introduisant des gènes provenant de micro-organismes (entC et orfd encodant respectivement la synthase d'isochorismate et la lyase de pyruvate d'isochorismate, combinés avec la séquence inductrice pour le criblage du chloroplaste à partir de la petite sous-unité de Rubisco et du promoteur 35S) dans des plantes, nous avons à y faire produire de l'AS. Les plantes transgéniques présentent des niveaux élevés de SA, lesquels sont en corrélation avec une diminution de la nécrose après infection par le virus de la mosaïque du tabac. Comme autres exemples, on citera l'introduction de la synthase de stilbène encodant le gène dans diverses plantes, ce qui a pour résultat la production de la phytoalexine et de resvératrol antioxydant (Hain et al., 1990 ; 1993), et l'introduction du gène de l'hyoscyamine 6-hydroxylase dans l'Atropa belladonna, ce qui a pour résultat de faire produire de la scopolamine au lieu de l'hyoscyamine (Hashimoto et al., 1994 ; Yun et al., 1992). Ces constats invitent à procéder à d'autres applications de cette technologie passionnante.

Conclusions

34A partir de ce rapide aperçu historique et de cet examen succinct de quelques aspects de la recherche moderne, il est clair que la pharmacognosie est entrée dans une ère nouvelle. Dans le contexte professionnel, son rôle dans le contrôle de qualité des phytomédicaments a diminué. Mais il nous reste une tâche très importante, laquelle pourra nous aider à éviter de commettre des erreurs comme celles qui se sont produites par exemple en Belgique, où des ingrédients inappropriés ont été employés dans une préparation à base de plantes destinée à l'amincissement, ce qui a entraîné de graves troubles de reins chez un certain nombre de personnes. La tendance que l'on observe chez certains gouvernements européens désireux d'exclure la phytothérapie du système de santé risque de provoquer de nouveaux accidents de ce type. Toute phytothérapie devrait être entre les mains de professionnels capables d'assurer un contrôle de qualité adéquat.

35En termes de développement et de production de drogues, des possibilités nouvelles s'offrent en très grand nombre aux pharmocognostes. L'établissement de pistes pour le développement de médicaments, en utilisant la biodiversité ou les médecines traditionnelles est un secteur important, pour lequel on assiste à une croissance importante de l'activité. L'autre secteur concerné est celui de la biotechnologie. Par rapport au contexte professionnel, le contrôle de qualité constitue une dimension importante du problème et la pharmacognosie est appelée à jouer un rôle essentiel. Ceci implique, entre autres choses, un contrôle de qualité des protéines. Devant ces progrès de la thérapie génique, les futurs pharmaciens sont appelés à relever des défis passionnants. En termes de recherche, les perspectives nouvelles s'ouvrent essentiellement dans le domaine de la production par le biais de cultures de cellules et de tissus de plantes et de la technologie des métabolites, pour augmenter la production des produits naturels ou même fabriquer des produits complètement nouveaux.

36Ces technologies nouvelles exigent évidemment aussi une redéfinition du rôle du pharmacien et du pharmocognoste. Le pharmocognoste devra, non seulement avoir des compétences concernant la dimension botanique des plantes médicinales, mais aussi concernant la phytochimie, les méthodes avancées de séparation, les protéines et la biologie moléculaire. Ces deux derniers domaines sont en fait tout nouveaux. Dans le domaine des protéines, les pharmocognostes devront mettre la protéomique dans le champs de leurs compétences. Les techniques de la biologie moléculaire seront des outils importants dans le contrôle de qualité, non seulement pour les produits de la biotechnologie, mais aussi pour la caractérisation des plantes médicinales. Il est probable que l'on peut trouver des contaminations végétales à des niveaux très bas dans la matière végétale en utilisant la PCR. Les puces ADN ouvrent également des perspectives passionnantes. Par exemple, pour étudier l'effet des plantes médicinales, on peut employer la protéomique et les puces ADN pour comparer les changements dans les niveaux d'expression des gènes et les effets produits sur les taux de protéines. Cette procédure pourrait être beaucoup plus sensible que les analyses pharmacologiques actuelles et pourrait aussi permettre de détecter des changements multiples.

37Nous avons devant nous des défis à relever. Le pharmacognoste a plusieurs options qui s'offrent à lui, mais il sera nécessaire de faire des choix car on ne peut pas tout faire. En conclusion, en dépit de l'énorme potentiel contenu dans les nouvelles technologies, on ne devra pas commettre l'erreur de fabriquer un spécialiste de biologie moléculaire à partir d'un pharmacien, car ce serait la fin de la discipline, tout comme la microscopie l'a été pour les pharmocognostes. L'avenir réside dans la collaboration entre les experts, les équipes multidisciplinaires résolvant ensemble des problèmes scientifiques (par ex. en biologie) plutôt que dans les approches monodisciplinaires, en fabriquant les drogues de l'avenir par la biotechnologie ou en en trouvant des nouvelles par la bioprospection. Dans ce cadre, les pharmocognostes ont une contribution à apporter, en se fondant sur leurs points forts : isolement, séparation et identification de produits naturels, allant depuis les composés à faible poids moléculaire jusqu'aux macromolécules, compétences en matière de biosynthèse de composés de ce type.

Schéma 1. Diverses méthodes pour établir des produits naturels bioactifs (pistes) pour élaborer des drogues nouvelles

Schéma 2. Rôle du pharmacognoste en biotechnologie pharmaceutique