Les pouvoirs du venin au secours de la médecine

Des chercheurs décomposent les substances toxiques de la nature pour découvrir comment leurs molécules fonctionnent. Leur travail ouvre notamment la voie à la fabrication d’analgésiques d’un genre nouveau.

De Elizabeth Landau
Publication 9 sept. 2021, 17:13 CEST
Scorpion’s tail with venom

Des chercheurs administrent une faible décharge électrique sur la queue d’un scorpion pour prélever le venin qu’il sécrète ensuite par le dard. L’étude de la composition chimique de différents venins pourrait mener à la conception de nouveaux traitements à destination des humains.

Photographie de David Guttenfelder, National Geographic

Sam Robinson n’est pas prêt d’oublier sa rencontre abominable avec un arbre titanesque recouvert d’aiguillons dans le parc national du Main Range. En 2018, lors d’une expédition dans une des forêts humides d’Australie, il est tombé sur un Dendrocnide excelsa et a alors décidé d’attraper les poils caractéristiques de l’arbre avec la main gauche pour voir si la douleur était digne de sa réputation infâme.

« En fait, c’était aussi douloureux qu’on le disait, s’amuse-t-il. C’était vraiment choquant qu’une plante puisse causer tant de douleur. »

La « douleur intense et saisissante » a grimpé le long de son bras gauche et martelé le côté gauche de sa poitrine. Quelques mois plus tard, il en a touché un autre, mais avec la main droite cette fois, et l’élancement ne s’est produit que du côté droit de sa poitrine ; la douleur dépendait donc du côté du corps avec lequel on touchait l’arbre.

Sam Robinson, chercheur attaché à l’Institut de biosciences moléculaires de l’Université du Queensland, ne se fait pas du mal pour le plaisir (bien qu’il chronique l’effet que chaque piqûre lui procure sur les réseaux sociaux). Il fait partie d’un groupe toujours plus important de chercheurs convaincus que les venins présents dans la nature recèlent un potentiel médical inexploité.

Grâce aux progrès technologiques réalisés ces dix dernières années, il existe désormais pléthore de données sur le comportement des différents venins et leurs effets sur le corps. Bien qu’ils soient largement connus pour leur nocivité, la présente étude montre que la chimie et les mécanismes des venins pourraient donner naissance à des traitements révolutionnaires contre la douleur, le cancer et plus encore.

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Mandë Holford, professeure de chimie au Hunter College et à l’école doctorale de l’Université de la ville de New York, étudie les pouvoirs thérapeutiques du venin d’escargot. Le venin des cônes, une espèce d’escargots, est l’un des plus mortels du monde.

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On utilise déjà les cônes pour produire le Prialt, médicament qui ne peut être administré que par injection dans la colonne vertébrale. Mandë Holford chercher à étendre l’usage du venin et à créer un médicament plus facile à administrer et non addictif qui ferait office d’alternative aux opiacés présents sur le marché.

Photographie de Robert Clark, National Geographic

Quelques médicaments dérivés de venin sont d’ores et déjà disponibles. On doit l’un des premiers médicaments contre l’hypertension artérielle à avoir été approuvé pour usage clinique (le captopril) à l’étude du venin de Bothrops jararaca, crotalidé dont la morsure fait baisser la tension artérielle des proies. Le Byetta (exénatide), médicament qui fait diminuer la glycémie des diabétiques de type 2, a été conçu à partir de salive de monstre de Gila, ce lézard venimeux d’Amérique du Nord. Et le venin d’escargots de l’espèce Conidae a donné le Prialt (ziconotide), analgésique injecté directement dans le fluide cérébro-spinal.

Mais d’après Sam Robinson et d’autres chercheurs, on pourrait en faire bien davatange pour transformer les molécules contenues dans le venin en médicaments sûrs et efficaces pour les humains.

Le venin est à la fois « le super-vilain et le super-héros », commente Mandë Holford, professeure de chimie au Hunter College et à l’école doctorale de l’Université de la ville de New York. Les escargots venimeux sont son sujet de prédilection, et elle étudie l’évolution des venins avec pour but ultime le décodage leur génome ; elle nomme cela la « pierre de Rosette du venin ».

« Si nous ne comprenons pas le langage de l’évolution et du fonctionnement des gènes du venin, alors nous ne faisons rien d’autre que de bricoler en surface », explique-t-elle.

 

ÉVALUER LA DOULEUR ET DÉCONSTRUIRE SES MÉCANISMES

Quand on a des créatures venimeuses pour sujet d’étude, se faire mordre ou piquer est un des risques du métier, mais peu de chercheurs ont entrepris de décrire les douleurs incomparables causées par ces empoisonnements. C’est un hobby qui a une raison d’être : l’évaluation des douleurs ressenties permet aux chercheurs de comparer et de distinguer les sensations, et cela sert à savoir comment la composition de certains venins interagit avec le système nerveux.

À la fin des années 1970, l’entomologiste Justin O. Schmidt, qui travaille désormais à l’Institut biologique du Sud-Ouest, dans l’Arizona, s’est lancé dans le catalogage des piqûres d’insecte divers et variés qu’il s’infligeait et a créé la célèbre échelle de douleur de Schmidt. C’est d’ailleurs une piqûre de moissonneuse de Floride (une grosse fourmi rouge) qui l’a décidé à se lancer.

« Mettons que vous vous fassiez piquer sur le bras », commence Justin O. Schmidt en se remémorant l’expérience. « Eh bien, vos poils se dressent, comme un chien effrayé. »

Cette réaction inhabituelle a piqué sa curiosité. « C’est vraiment ce qui m’a fait prendre conscience que nous avions besoin d’un moyen de comparer les douleurs causées les insectes », raconte-t-il. Dans son livre intitulé The Sting of the Wild, il décrit les piqûres infligées par quatre-vingt-trois espèces et donne à la douleur ressentie une note qui va de 1 pour une sensation supportable à 4 pour une douleur atroce.

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La cime de Dendrocnide excelsa, géant des forêts de l’est de l’Australie, peut atteindre 40 mètres de hauteur. Mais c’est généralement par ses cousins à feuilles, plus proches du sol, que les gens se font avoir. L’arbre peut infliger une brûlure atroce qui dure des heures et dont les symptômes peuvent revenir des semaines après.

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La piqûre de la fourmi taureau (Myrmecia) est connue pour être particulièrement douloureuse. En 2018, une équipe dirigée par Sam Robinson a publié la première étude exhaustive concernant son venin, qui pourrait permettre à des chercheurs de concevoir des analgésiques d’un genre nouveau.

Photographie de Sam Robinson

Sam Robinson, qui est par ailleurs explorateur National Geographic, a commencé à étudier professionnellement le venin une quarantaine d’années après Schmidt. Inspiré par sa fameuse échelle, il s’est mis à évaluer ses propres brûlures sur les réseaux sociaux en utilisant les mêmes critères. Il œuvre également à déchiffrer les venins les plus vicieux et a récemment pris part à des recherches sur Dendrocnide excelsa, sur les Limacodidae et sur les cobras cracheurs, entre autres.

Dans une de ces études, Sam Robinson a rejoint Justin O. Schmidt dans l’Arizona pour recueillir des fourmis de velours, qui sont en réalité des guêpes colorées sans ailes et au corps velu. Celles qu’on surnomme « tueuses de vaches » infligent une piqûre que Sam Robinson décrit sur son compte Twitter comme étant d’un « mordant croissant et pulsatile qui finit par démanger et enfler ». Justin O. Schmidt donne encore plus de détails dans son livre : « Explosive et interminable, vous poussez des cris de dément. De l’huile brûlante tout droit sortie de la friteuse qu’on vous renverse sur toute la main ». Ils attribuent tous deux la note de 3 sur 4 à la piqûre.

Les deux chercheurs et leurs collaborateurs ont publié en février le tout premier compte rendu de la composition et du fonctionnement du venin de fourmi de velours. Ils ont découvert que son venin désactive les membranes cellulaires et permet à certains ions de traverser leur canal ionique, sorte de portée d’entrée de la cellule. Les molécules du venin attaquent le canal ionique en s’y agrippant et en le maintenant ouvert alors qu’il devrait être fermé. Un signal de douleur est alors envoyé au cerveau.

En comprenant le fonctionnement de venins tel que celui-ci, les chercheurs vont peut-être pouvoir créer de nouveaux médicaments ciblant les mêmes récepteurs mais soulageant la douleur au lieu de la provoquer.

 

ARBRES VENIMEUX ET TRAITEMENTS CONTRE LE CANCER

L’exemple de Dendrocnide excelsa montre que les venins qu’on trouve dans la nature détiennent le secret des mécanismes cellulaires responsables de la douleur. Contrairement à la morsure de fourmi de velours, la douleur insidieuse de Dendrocnide excelsa peut être réactivée par des températures froides des heures après s’être apaisée. « Si vous mettez de l’eau froide à cet endroit, la douleur redevient d’un seul coup aussi intense qu’au départ », prévient Sam Robinson, qui est bien placé pour le savoir.

Certains médicaments administrés pendant la chimiothérapie ont justement cet effet, qu’on appelle allodynie thermique et qui provoque une sensation pénible chez les patients atteints de cancer quand ils touchent des objets froids.

« Donc on s’est dit, bon, si on arrive à trouver quelle toxine se trouve dans cet arbre et comment elle fonctionne, peut-être qu’on en saura plus sur le mécanisme qui régit l’allodynie thermique, commente Sam Robinson. Et peut-être qu’on peut trouver un moyen rationnel de la prévenir. »

Dans son camp de fortune érigé dans le parc national Chu Yang Sin, au Vietnam, Zoltan Takacs, explorateur National Geographic, met un scorpion dans une boîte pour l’emmener en dehors de la jungle. Avec des chercheurs vietnamiens, il s'est rendu dans le parc pour dénicher des scorpions, des serpents, des escargots, des grenouilles et des araignées qui devaient leur permettre d’extraire des toxines mortelles et de les étudier pour élaborer de nouveaux traitements médicaux.

Photographie de David Guttenfelder, National Geographic

Pour étudier ces arbres étranges, un des collègues de Sam Robinson a rapporté des graines de Dendrocnide excelsa des forêts humides du Queensland septentrional et les a fait pousser en laboratoire. Les chercheurs ont rasé quelques poils (qui peuvent mesurer jusqu’à 7 ou 8 millimètres) et en ont extrait le venin. (Certains ont ensuite décidé d’adopter les arbres et les ont mis dans leur jardin).

Les recherches préliminaires indiquent que, d’un point de vue chimique, la toxine de cette espèce d’arbre agit de la même manière que celle d’un scorpion ou d’une tarentule. L’équipe a également découvert que cette toxine cible un canal ionique qu’on appelle « canal sodium voltaïque », qu’on retrouve d’ailleurs dans toutes les cellules nerveuses du règne animal. Irina Vetter et Thomas Durek, collègues de Sam Robinson à l’Université du Queensland, conduisent en ce moment de plus amples recherches afin de découvrir comment les piqûres de Dendrocnide excelsa entraînent l’allodynie thermique.

« Tout ce que je suis capable d’affirmer c’est que c’est étonnamment complexe, mais nous avançons », confie Sam Robinson.

La connaissance chimique des différents venins est un outil qui va peut-être permettre de lutter directement contre le cancer. Les peptides contenus dans le venin, de courtes chaînes d’acides aminés, manipulent certains signaux cellulaires en ciblant des récepteurs spécifiques. En d’autres termes, certains composants du venin permettent peut-être d’inhiber la production de cellules cancéreuses tout en laissant les cellules saines tranquilles.

Au Royaume-Uni, Carol Trim, professeure à l’Université de Christchurch, et sa doctorante, Danielle McCullough, étudient une protéine présente dans certaines cellules cancéreuses (le récepteur de l’EGF) et la façon dont le venin des serpents, des scorpions et des tarantules inhibent l’activité de ce récepteur. À New York, Mandë Holford cherche à isoler les peptides du venin d’escargot dans le but de développer de nouveaux traitements contre le cancer et la douleur.

Elle essaie aussi de déchiffrer les gènes du venin en cultivant des mini-glandes, ou organoïdes, à partir de cellules souches. D’autres chercheurs sont dernièrement parvenus à cultiver des glandes venimeuses de serpent, mais Mandë Holford préfère se focaliser sur les escargots et sur la modélisation de leurs organes sécrétant du venin. Elle espère créer un jour une bibliothèque exhaustive des glandes venimeuses qui permette d’étudier les gènes de ces organoïdes de laboratoire.

« Ce que les organoïdes vont nous permettre de faire, c’est non seulement d’apprendre ce langage, mais aussi d’être capables de manipuler ce langage », explique Mandë Holford, qui a par ailleurs fondé Killer Snails, une entreprise spécialisée dans les technologies de l’éducation. « Au bout du compte, nous maîtriserons bien mieux ce que les peptides de venin peuvent faire pour nous. »

Mais il reste un défi de taille à relever : la plupart des médicaments à base de venin doivent être injectés car autrement les peptides se brisent dans le système digestif. D’après Steve Trim, pharmacologue, fondateur de Venomtech Ltd. et mari de Carol Trim, pour concevoir un comprimé à base de venin, il faut que la molécule résiste dans l’estomac ou dans le foie et qu’elle parvienne à se dissoudre dans le système sanguin.

Pour cela, il faut s’ingénier à reconstruire des peptides. C’est un champ de recherche que Steve Trime qualifie « de nouvelle science exaltante ».

Malgré tous les progrès effectués dans la science du venin, Mandë Holford ne perd jamais de vue le fait que tout ce travail repose sur l’imitation et le maniement de ce que la nature a déjà inventé.

« Les animaux nous guident, et ils nous guident à l’aide d’outils dont nous savons qu’ils fonctionnent, affirme-t-elle. Le tout est désormais de découvrir comment ils fonctionnent ».

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.

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