Comment un océan sain peut-il améliorer la santé humaine et améliorer le bien-être sur une planète en évolution rapide ?

La riche biodiversité des océans offre d'immenses possibilités d'améliorer la santé et le bien-être humains grâce à de nouveaux médicaments et de nouvelles biotechnologies. Notre capacité à exploiter ces opportunités dépend toutefois entièrement de la santé des océans.

La biodiversité des océans est actuellement menacée. Si l'humanité n'agit pas d'urgence pour protéger cette diversité biologique, de nouvelles espèces marines disparaîtront, les secrets génétiques et biologiques que ces organismes détiennent disparaîtront à jamais, et leurs bienfaits potentiels pour la santé et le bien-être humains ne se concrétiseront jamais.

Les actions visant à explorer, préserver et gérer la biodiversité marine de manière durable, éthique et équitable ont un fort potentiel pour produire de nouveaux médicaments et de nouvelles biotechnologies au bénéfice de la santé et du bien-être humains.

Les bienfaits de la biodiversité marine pour la santé humaine

L'océan abrite une incroyable diversité de vie. Sur les 42 embranchements biologiques (principaux groupes d'organismes vivants) actuellement reconnus, plus de 80 % n'existent que dans l'océan (Katona et al., 2023). Ces espèces vivent dans une étonnante variété d'écosystèmes. Les organismes vivant dans l'océan ont développé des adaptations chimiques, physiques et comportementales uniques au monde et prometteuses pour l'humanité.

Les organismes marins ont eu beaucoup plus de temps pour s'adapter à leur environnement que la plupart des espèces terrestres, et ont donc eu davantage de possibilités d'acquérir des caractéristiques génétiques uniques et de développer un large éventail d'adaptations métaboliques et chimiques (Voser et al., 2022). Il est fort probable que les solutions biotechnologiques à un large éventail de problèmes se trouvent dans les caractéristiques exprimées par les organismes marins (Carroll et al., 2023).

L'étude des caractéristiques distinctives de la vie marine a déjà donné lieu à des avancées scientifiques, à de nouvelles connaissances et à une gamme de produits utiles qui ont amélioré la santé et le bien-être humains (des analgésiques alternatifs aux micronutriments permettant de prévenir les maladies chroniques, en passant par les matériaux composites ultra-résistants) (voir Rotter et al. 2021 pour une liste exhaustive). Ces avancées se sont traduites par des milliers de nouveaux emplois dans les biotechnologies marines, la biomédecine et la découverte de médicaments. Elles ont généré des millions de dollars de revenus par an ; le marché des produits pharmaceutiques d'origine marine est actuellement évalué à 14,4 milliards de livres sterling (TP4T4,1 milliards) et devrait atteindre 14,4 milliards de livres sterling (TP4T9,1 milliards) d'ici 2033 (Fact.MR 2023). Jusqu'à présent, ces avancées ont principalement bénéficié aux populations des pays du Nord (en particulier aux multinationales), et les pays à revenu faible et intermédiaire (PRFI), d'où proviennent nombre de ces découvertes, n'en ont guère bénéficié (Blasiak et al. 2018).

Pour que les nouveaux produits biotechnologiques, médicaux et pharmaceutiques continuent d'être issus de l'océan et que l'économie océanique poursuive sa croissance, nous devons avoir la sagesse et le courage de bâtir des partenariats intersectoriels et transnationaux qui préservent l'océan et accordent la priorité à la santé et au bien-être humains. Ces collaborations permettront de conserver et de gérer efficacement la riche diversité biologique de l'océan et de garantir une utilisation durable et équitable des ressources marines par tous et pour les générations futures.

Des opportunités clés pour la santé humaine

Médicaments de la mer

On estime que 30 000 molécules uniques, soit environ 10 % de tous les produits naturels actuellement connus, ont été découvertes dans la vie marine (notamment les bactéries, les champignons, les poissons et les invertébrés marins) (Lindequist 2016). Ces matériaux offrent une multitude d'applications potentielles en biomédecine et en biotechnologie. À ce jour, 23 agents pharmaceutiques approuvés ont été développés à partir de molécules marines, et 33 autres sont en cours d'essais cliniques et de développement (Antunes et al. 2023). Ils ont déjà été utilisés pour le traitement de l'inflammation, des troubles du système immunitaire, des pathologies cutanées, des maladies infectieuses et des cancers (CHEMnetBASE nd ; Pascual Alonso et al. 2023).

À titre d'exemple de molécules marines uniques, la plitidepsine (une molécule dérivée de l'ascidie, Aplidium albicans (Milne Edwards 1841)) a été utilisée pour traiter la leucémie et les lymphomes. Pendant la pandémie de COVID-19, son efficacité s'est avérée lors d'un essai clinique limité mené auprès de patients atteints d'une forme grave de la COVID-19 (White et al. 2021). Les conotoxines (neurotoxines isolées à partir de cônes prédateurs) sont à la base du puissant médicament antidouleur Ziconotide® (Safavi-Hemami et al. 2019). L'étude de cas 1 décrit le développement réussi de médicaments anticancéreux issus de cyanobactéries marines.

La tétrodotoxine est un exemple de molécule biologiquement active dérivée de microalgues marines, entre autres organismes (Chau et al. 2011). Puissante neurotoxine à fortes doses, la tétrodotoxine à faibles doses est étudiée pour son potentiel analgésique en tant qu'agent anesthésique local et pour le traitement des douleurs neuropathiques induites par la chimiothérapie et des douleurs liées au cancer (Cerone et Smith 2021). Elle pourrait également réduire les symptômes de sevrage liés à la dépendance aux opioïdes (González-Cano et al. 2021).

Dans un avenir proche, nous pouvons nous attendre à de nombreux nouveaux médicaments à base de composés marins. Le potentiel économique de ces composés est immense, mais seulement s'ils sont exploités de manière équitable, éthique et durable.

Chimie verte marine

Les organismes marins sont très prometteurs en tant que source de nouveaux catalyseurs pouvant être utilisés dans la « chimie verte », qui cherche à exploiter les catalyseurs naturels (par exemple les enzymes) et leurs processus pour produire les réactions chimiques actuellement réalisées par la « chimie brune » conventionnelle (cette dernière étant souvent basée sur des produits chimiques persistants et polluants dérivés du carbone fossile).

Les catalyseurs marins comprennent les cellulases marines, qui décomposent la cellulose (par exemple, le bois), le composé organique le plus abondant sur la planète. D'autres enzymes microbiennes marines ont été découvertes et pourraient être capables de dégrader les microplastiques (bien que les additifs plastiques toxiques constituent encore un défi) (Zhai et al. 2023).

Ces matériaux présentent un intérêt considérable en raison de leur potentiel à générer des bioproduits verts avec des applications en médecine, en énergie, en chimie alimentaire et en agriculture (Navvabi et al. 2022).

ÉTUDE DE CAS 1. Médicaments anticancéreux issus de cyanobactéries marines

Les cyanobactéries (« algues bleu-vert ») sont un ancien groupe d'organismes apparus sur Terre il y a environ 2 milliards d'années. Certaines cyanobactéries produisent abondamment des substances biologiquement actives, et certains prédateurs de cyanobactéries, comme les limaces de mer, sont capables d'accumuler ces composés et de les utiliser pour se défendre contre leurs prédateurs. Plusieurs composés cyanobactériens extraits des limaces de mer sont très prometteurs pour le traitement de maladies comme le cancer.

La source:

Auteurs, Seattle Genetics Inc.

DÉCOUVERTE DE LA DOLASTATINE 10 ET SON APPLICATION COMME MÉDICAMENT ANTICANCÉREUX

La dolastatine 10 (figure CS-1.1) est un produit naturel découvert chez une limace de mer de l'océan Indien, Dolabella auricularia (Lightfoot 1786), et produit par une cyanobactérie marine (Pettit et al. 1987 ; Luesch et al. 2001). La dolastatine 10 possède une activité antitumorale extrêmement puissante. Sa disponibilité limitée dans la nature a initialement retardé son développement comme médicament anticancéreux, mais sa synthèse en laboratoire a permis de disposer d'une source importante pour poursuivre son développement.

Actuellement, six médicaments différents à base d'anticorps anti-dolastine 10 sont utilisés pour traiter divers cancers, notamment les lymphomes et les carcinomes. Une douzaine d'autres médicaments apparentés sont à divers stades d'évaluation clinique pour traiter d'autres formes de cancer.

Industrie zéro déchet

Les produits tels que les compléments alimentaires, les carburants et les nanoparticules fabriqués à partir de ressources marines pourraient générer moins de déchets et moins de CO2 que ceux créés par d'autres procédés de fabrication (Vijayan et al. 2016 ; Pessarrodona et al. 2023). Par exemple, le phytoplancton marin est une riche source d'acides gras polyinsaturés, en particulier d'acides gras oméga-3 à longue chaîne (Cerone et Smith 2021). Ces acides gras, précieux sur le plan nutritionnel et économique, peuvent être récoltés de manière durable et peuvent être stabilisés et distribués à des fins aquacoles avec beaucoup moins de déchets grâce à la nanoencapsulation (Hosseini et al. 2021).

Les microalgues marines ont également été largement étudiées en tant que nouvelles sources de lipides spécialisés, y compris ceux qui peuvent être utilisés comme sources d'énergie (par exemple les biocarburants) (Maeda et al. 2018).

Biomimétisme

Le biomimétisme est une stratégie de « solutions fondées sur la nature » (SFN) visant à créer de nouvelles technologies basées sur les adaptations uniques des organismes. Dans le contexte des biotechnologies marines, son objectif est de créer des solutions de conception durables inspirées de l'océan et des produits respectueux de l'environnement. Un exemple est un matériau composite extrêmement résistant et durable aux usages potentiellement multiples (avions, voitures, dispositifs médicaux, par exemple), inspiré des couches hélicoïdales de chitine présentes dans la carapace de la crevette-mante (Figure 2) (Rivera et al., 2020 ; Xin et al., 2021).

Les multiples utilisations des algues

Les algues marines offrent de riches perspectives pour la biotechnologie bleue. Par exemple, l'étude de cas 2 décrit la transformation d'algues en bioplastiques, une alternative potentiellement durable aux plastiques dérivés des combustibles fossiles qui polluent actuellement les océans (figure 3).

Français Les algues marines cultivées ont une grande valeur à des fins alimentaires, cosmétiques et médicales (Naylor et al. 2021). Les algues marines sont riches en nutriments essentiels (caroténoïdes, vitamines et antioxydants phénoliques) et peuvent donc contribuer à atténuer les régimes alimentaires pauvres en nutriments de nombreuses populations côtières ; ces matières peuvent être produites grâce à des méthodes aquacoles socialement responsables et écologiquement et économiquement durables, ainsi que par une production industrielle à grande échelle (Wells et al. 2017) (voir section 2). La production d'algues à grande échelle est une source potentielle d'engrais agricoles non chimiques car les algues contiennent des métabolites qui peuvent améliorer la croissance des cultures (Nabti et al. 2017). Un genre d'algue rouge, Asparagopsis (Montagne 1840), est à l'étude comme supplément pour les vaches laitières et de boucherie, car il réduit considérablement leurs émissions de méthane ; Le méthane provenant des ruminants est responsable d’environ 15 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre d’origine anthropique (Roque et al. 2021 ; HoeghGuldberg et al. 2023).

La source:

Adapté de Xin et al. (2021).

ÉTUDE DE CAS 2. Des algues transformées en bioplastiques

La dépendance croissante de l'humanité au plastique affecte non seulement la santé des océans, mais aussi la santé humaine par le rejet de produits chimiques synthétiques nocifs et de polluants toxiques à chaque étape du cycle de vie du plastique (Landrigan et al. 2023). Plus de 98 % de tous les plastiques sont actuellement fabriqués à partir de carbone fossile : charbon, pétrole et gaz. La production mondiale de plastique connaît une croissance exponentielle et devrait doubler d'ici 2040 et tripler d'ici 2060. La baisse de la demande mondiale en combustibles fossiles est un facteur important de l'augmentation de la production de plastique, l'industrie des combustibles fossiles s'orientant vers cette production.

Les bioplastiques offrent une voie de transition vers la réduction du plastique. Ce sont des « matériaux verts » fabriqués à partir de plantes ou d'algues riches en carbone, qui peuvent être cultivés dans des environnements très variés dans de nombreuses régions côtières, des tropiques aux hautes latitudes. L'Indonésie est actuellement un leader mondial de l'industrie des bioplastiques à base d'algues, avec l'émergence récente d'au moins deux entreprises (EVOWARE® et Biopac®).

Les bioplastiques fabriqués à partir d'algues sont potentiellement plus sûrs pour les océans et la santé humaine que les plastiques à base de pétrole (figure CS-2.1). L'industrie émergente des bioplastiques à base d'algues a le potentiel, si elle est bien gérée, de faciliter une transition éthique des pratiques industrielles nocives vers des pratiques respectueuses de l'environnement (Lomartire et al. 2022).

Une autre approche de production de bioplastiques, menée par deux entreprises françaises (ERANOVA® et Algopack®), utilise deux espèces d'algues (Ulva spp. et Sargassum spp.), présentes en abondance sur les côtes en raison de pratiques anthropiques néfastes et du changement climatique. Leur récolte pourrait contribuer à résoudre un problème environnemental émergent et fournir des matières premières remplaçant les plastiques dérivés du pétrole (Orr 2013 ; Orr et al. 2014).

Il sera important de surveiller la toxicité, le devenir environnemental et la persistance des bioplastiques afin de garantir qu’ils tiennent leur promesse en tant qu’alternative plus sûre aux plastiques à base de pétrole.

La source:

Auteurs.

Limites des connaissances actuelles et opportunités futures

Alors que l'océan évolue sous l'effet des facteurs de stress anthropiques et que des espèces marines disparaissent irrémédiablement, nous perdons rapidement des occasions de mieux connaître son incroyable biodiversité. Notre compréhension du rôle des petits composés bioactifs dans l'écologie des organismes qui les produisent, du contrôle de leur production et de leurs bienfaits potentiels pour l'humanité est profondément inexacte et incomplète (Karthikeyan et al. 2022). Nous avons également peu d'informations sur la manière dont les espèces s'adapteront et survivront potentiellement à ces conditions changeantes, sur les espèces qui disparaîtront et celles qui pourront être sauvées.

Nous disposons encore moins d'informations sur les schémas ADN qui sous-tendent l'exceptionnelle biodiversité de la vie marine. Par exemple, seules 3 300 des 1,5 million d'espèces animales connues sur la planète Terre et environ 220 des quelque 27 000 espèces d'algues connues ont un génome entièrement séquencé (Hanschen et Starkenburg, 2020 ; Hotaling et al., 2021). Il est urgent d'entreprendre des inventaires périodiques de la biodiversité, de mener des études biochimiques détaillées sur les traits adaptatifs et d'initier des études sur l'évolution accélérée, idéalement dans le cadre de partenariats public-privé éthiques. Le libre accès à ces données est essentiel pour assurer un développement et une utilisation équitables, durables et créatifs par tous, et non la propriété et l'utilisation par une minorité (Blasiak et al., 2018).

Explorer les questions sans réponse est essentiel pour préserver la nature et découvrir et produire des quantités suffisantes de produits pharmaceutiques et chimiques verts utiles pour répondre aux besoins de la société humaine. Il ne suffit pas de découvrir de nouveaux médicaments potentiels issus de l'océan. Nous devons également élaborer des stratégies pour fournir ces médicaments de manière équitable et éthique, dans les quantités nécessaires, en utilisant des méthodes durables et rentables.

Pour garantir que l’humanité puisse tirer pleinement parti des ressources génétiques marines, aujourd’hui et à l’avenir, nous devons garantir un accès durable à cette riche diversité d’espèces.

L'un des principaux défis du développement de produits biomédicaux (et autres biotechnologies marines) issus d'organismes marins réside dans le temps considérable nécessaire à leur développement ; par exemple, la découverte et la caractérisation d'un puissant composé anticancéreux issu du tunicier des Caraïbes, Ecteinascidia turbinata (Herdman 1880), ont nécessité plus de 20 ans d'études intensives. Étant donné que nombre des régions les plus riches en biodiversité, comme l'archipel malais, se situent dans les pays du Sud, un autre défi majeur réside dans le co-développement équitable, durable et éthique de ces produits avec les communautés et les pays locaux.

La source:

SymbioTex sd, avec permission.

Cataloguer la biodiversité et mesurer la perte de biodiversité pour une gestion adaptative et durable des AMP

Français Le changement climatique et d'autres changements environnementaux menacent la biodiversité de toute vie marine, y compris dans les zones riches en biodiversité comme de nombreuses AMP et d'autres zones désignées comme protégées (Bruno et al. 2018). Pour garantir l'efficacité des AMP actuelles et futures, leur biodiversité doit être entièrement caractérisée et des données de surveillance de haute qualité collectées dans l'espace et le temps (Bates et al. 2019). Des stratégies d'adaptation doivent être intégrées dans la conception et les plans de gestion des AMP (y compris la collaboration avec les communautés locales et l'intégration d'autres mesures de conservation efficaces, ou OECM) (Gurney et al. 2021) dans tous les écosystèmes et types d'habitats (Wilson et al. 2020), y compris les zones situées au-delà de la juridiction nationale (Maestro et al. 2019).

Découverte de médicaments

Étant donné que le taux de réussite de la découverte de médicaments issus de la vie marine est jusqu’à quatre fois supérieur à celui de la découverte de produits naturels provenant d’autres sources (Sigwart et al. 2021), la recherche sur les propriétés pharmaceutiques des produits naturels, y compris les médicaments, issus d’organismes marins devrait être intensifiée.

Chimie verte et approches zéro déchet

La « chimie verte » en est à ses balbutiements. Son déploiement à grande échelle dans l'industrie nécessitera d'étudier les processus chimiques de la vie marine et sa capacité à produire des composés bioactifs à l'aide d'enzymes.

Les bioraffineries utilisent des procédés de conversion de la biomasse pour produire des produits chimiques à valeur ajoutée à partir de la biomasse secondaire (c'est-à-dire autre que le produit principal) (Rotter et al. 2021). Par exemple, les coquilles d'huîtres non utilisées provenant d'installations aquacoles peuvent servir à fabriquer des matériaux de construction et des échafaudages biomédicaux (Gheysari et al. 2019). Elles peuvent également être broyées et réinjectées localement dans l'océan, à petite échelle, pour stabiliser le pH en aquaculture (Chilakala et al. 2019).

Recherche transdisciplinaire et développement équitable et durable des biotechnologies bleues

Le potentiel d'innovation des ressources marines est immense, mais sa réalisation nécessitera une recherche internationale transdisciplinaire, allant de la découverte dans les écosystèmes marins au développement en laboratoire et industriel, en passant par les applications cliniques et autres (Schneider et al. 2022). Pour garantir que les ressources marines ne soient pas exploitées de manière à mettre en danger les écosystèmes fragiles ou à priver les communautés locales et les pays à faible revenu de ressources, des recherches en sciences sociales et en éthique, ainsi que des efforts de communication visant à mobiliser et à impliquer le grand public, seront nécessaires (Rotter et al. 2021).

Actions et opportunités

Les défis ci-dessus peuvent être relevés grâce aux cinq actions et opportunités suivantes.

Créer des politiques de gouvernance pour garantir une utilisation durable et un accès équitable aux ressources océaniques. L'utilisation durable des ressources génétiques marines dans la biotechnologie bleue nécessitera des politiques de gouvernance adaptées aux systèmes socio-écologiques complexes qui entourent l'océan. Ces politiques doivent respecter des approches scientifiques éthiques, interdisciplinaires et transdisciplinaires, telles que la recherche et l'innovation responsables, et viser explicitement à protéger la santé et le bien-être humains.

Les ressources génétiques marines non découvertes doivent être exploitées de manière à garantir un accès et des avantages équitables, qu'elles soient situées dans des zones économiques exclusives ou dans des zones situées au-delà de la juridiction nationale, conformément à l'Accord des Nations Unies sur le droit de la mer relatif à la conservation et à l'utilisation durable de la biodiversité marine des zones situées au-delà de la juridiction nationale. Ces ressources ne doivent pas être concentrées entre les mains d'un petit groupe d'entreprises ou de nations mondiales (Blasiak et al. 2020). De nouvelles politiques collaboratives seront nécessaires pour faciliter l'accès équitable des PRFI aux équipements coûteux (par exemple, les navires de recherche), aux collections marines de divers types, aux données scientifiques en libre accès (par exemple, les bases de données) et à l'expertise.

Créer et soutenir des bibliothèques d’ADN numériques contenant les plans génétiques de la plupart des espèces marines. Plusieurs projets collaboratifs nationaux et internationaux s'attaquent à l'immense tâche de développer une connaissance numérique du code génétique sous-jacent à toute vie sur la planète. Comme l'indique le projet Earth BioGenome (nd), ces efforts ont pour objectif impérieux de « révolutionner notre compréhension de la biologie et de l'évolution ; de conserver, protéger et restaurer la biodiversité ; et de créer de nouveaux bénéfices pour la société et le bien-être humain ».

Ces efforts mondiaux coordonnés et collectifs, tels que le Projet BioGénome Terrestre (nd), le Consortium International des Codes-barres du Vivant (nd) et le Projet Arbre de Vie Darwin (nd), nécessitent un financement international stable assuré par un consortium d'États-nations. Il est concevable que les empreintes génétiques sauvegardées par ces projets puissent même servir à « ressusciter » des espèces disparues.

Soutenez les startups éthiques qui fabriquent des produits biotechnologiques marins équitables et durables.
Transférer les découvertes inspirées par l'océan de la plage et du laboratoire au marché exige une expertise transdisciplinaire et des capitaux importants. Des incitations et des programmes gouvernementaux sont nécessaires pour soutenir et encourager le financement des start-ups en biotechnologie marine et d'autres initiatives collectives coordonnées qui adoptent des politiques éthiques, équitables et durables. Le montant de ces investissements sera éclipsé par les bénéfices sociétaux et économiques obtenus : potentiel de croissance à long terme, création d'emplois et valorisation des espèces marines et de l'environnement.

Améliorer le financement de la recherche en médecine marine équitable et durable qui relie les pays à faible revenu et riches en biodiversité aux pays riches. Une grande partie de la vie marine reste peu étudiée quant à son potentiel de production de ressources précieuses, en particulier dans les régions où les infrastructures scientifiques sont peu développées. Des partenariats de recherche internationaux équitables et éthiques devraient relier les régions riches en biodiversité à celles dotées de capacités scientifiques élevées, promouvoir la formation scientifique, renforcer les capacités, appliquer de bonnes pratiques de gestion et respecter les normes internationales reconnaissant les droits inhérents de tous les pays et de tous leurs peuples sur leurs ressources génétiques. Ces partenariats devraient bénéficier d'un large soutien financier. De tels investissements sont susceptibles de faire progresser le développement scientifique dans les PRFI et la réalisation des ODD des Nations Unies.

Donner la priorité au développement de procédés et de produits marins qui sont socialement pertinents, économiquement durables et respectueux de l’environnement. L'évaluation de la littérature publiée par des organismes d'experts permet d'identifier des procédés et des produits prometteurs (par exemple, de nouveaux antibiotiques). Les impacts de ces produits doivent être évalués de manière équilibrée, en tenant pleinement compte des politiques, des besoins, des résultats négatifs et des conséquences imprévues.