À l’ère actuelle, les virus représentent une menace importante pour l’homme car ils sont capables de provoquer des pandémies dans le monde entier. Les environnements changeants, la mondialisation, l’urbanisation, la croissance démographique et les changements dans les transports et les infrastructures ont créé de nouvelles opportunités pour que les infections virales commencent et se propagent.
Revue : Rôle multiforme des sources naturelles pour la pandémie de COVID-19 en tant que médicaments marins. Crédit d’image : Charlotte Bleijenberg / Shutterstock
La pandémie de COVID-19 en cours qui a commencé en 2019 à Wuhan, en Chine, est causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2). Le virus se lie au récepteur ACE2 de l’hôte via le domaine de liaison au récepteur (RBD) de la protéine de pointe. Le RBD interagit avec un résidu de lysine sur le récepteur ACE2, ce qui en fait une cible pharmaceutique potentielle. L’infection par ce virus entraîne une maladie respiratoire en phase terminale, une atteinte systémique et même la mort. Bien que plusieurs vaccins COVID-19 aient été développés, ils ne sont pas entièrement fiables, des traitements supplémentaires sont donc nécessaires.
Les produits naturels sont toujours considérés comme l’une des sources les plus courantes de médicaments antibactériens et antiviraux. Depuis plusieurs décennies, les plantes et les micro-organismes marins sont utilisés dans la recherche scientifique. Les créatures marines ont développé diverses techniques et produits chimiques anti-infectieux pour se défendre contre les virus et les micro-organismes qui résident dans l’océan. L’utilisation de ces ressources marines présente plusieurs avantages en raison de leur sécurité écologique, de leur compatibilité physiologique et de leurs faibles niveaux de toxines.
Les propriétés antivirales de plusieurs substances naturelles issues des ressources marines sont actuellement étudiées contre le COVID-19. Certains des composés présentent une efficacité similaire, tandis que peu sont plus puissants que les médicaments approuvés. Un tel exemple est les phycocyanobilines (PCB) et les polysaccharides sulfatés qui se lient et inhibent l’ARN polymérase dépendante de l’ARN (RdRp) avec une affinité plus élevée par rapport au médicament traditionnel remdesivir. Il a été rapporté que le polyphosphate inorganique naturel (polyP) dérivé de micro-organismes marins et d’éponges protège contre le COVID-19 sévère. De plus, divers métabolites marins dérivés d’animaux, d’algues et d’éponges apparentés aux scléractiniens se sont avérés interagir avec une protéase majeure du SRAS-CoV-2, Mpro. Mpro est une enzyme qui joue un rôle important dans la réplication et la transcription virales. Les composés d’origine marine peuvent également cibler les glycoprotéines de pointe du SRAS-CoV-2 (S), les protéines de nucléocapside (N), les glycoprotéines matricielles (M), les minuscules protéines d’enveloppe (E) ainsi que 3CLpro, qui est également impliqué dans la réplication, la transcription, et la maturation du virus.
Un nouvel article de synthèse publié dans la revue Sciences de l’environnement et recherche sur la pollution visait à déterminer les possibilités d’utilisation de composés biologiquement actifs issus de différentes classes chimiques d’organismes marins contre l’infection par le SRAS-CoV-2 à différents stades du cycle de vie du virus.
Sommaire
Pathogenèse virale COVID-19
Les coronavirus ont deux sous-familles, Coronavirinae et Torovirinae. Coronavirinae La sous-famille comprend quatre genres, alpha, bêta, delta et gamma. Le SRAS-CoV-2 est un virus à ARN monocaténaire à sens positif dont le génome est enveloppé et relié à une nucléoprotéine (N). La membrane (M) et la protéine d’enveloppe (E) aident à l’assemblage du virus, tandis que la protéine de pointe (S) aide à l’entrée du virus à l’intérieur de la cellule hôte. Les protéines non structurelles qui contribuent au cycle de vie viral sont la protéase de type 3-chymotrypsine (3CLpro), l’ARN polymérase dépendante de l’ARN (RdRp), l’hélicase et la protéase de type papaïne (PLpro).
Réponse immunitaire et symptômes du COVID-19
Le SRAS-CoV-2 peut attaquer le système respiratoire, le système gastro-intestinal, les reins, le foie, le cœur et le système nerveux central et provoquer des défaillances de plusieurs organes. La réponse immunologique initiale à l’infection par le SARS-CoV-2 est la libération de cytokines et l’infiltration de cellules immunitaires qui entraînent l’élimination du SARS-CoV-2 chez la plupart des patients. Cependant, dans le cas d’une maladie grave, une régulation à la baisse de la réponse immunitaire a été observée.
Les symptômes du COVID-19 peuvent varier de modérés à sévères, les maux de tête, la congestion nasale, la perte du goût et de l’odorat, la fièvre, les maux de gorge, les difficultés respiratoires, les douleurs musculaires et la diarrhée étant les symptômes les plus courants.
Cycle de vie du coronavirus et cibles pour le développement d’agents antiviraux
Le cycle de vie du SRAS-CoV-2 commence par l’interaction de la protéine de pointe RBD avec le récepteur ACE2 qui est exprimé sur la surface endothéliale des systèmes respiratoire et gastro-intestinal. Par la suite, le virus pénètre à l’intérieur de la cellule hôte par la fusion de la membrane virale et de la cellule hôte avec endocytose à l’aide de la sous-unité S2 de la protéine de pointe.
La protéase cellulaire TMPRSS2 clive la protéine de pointe une fois que le complexe protéine de pointe-ACE2 est formé, entraînant la fusion avec la membrane hôte et la libération du génome viral. D’autres protéases telles que la plasmine, la trypsine et le facteur Xa sont également impliquées dans le processus. L’endocytose est provoquée par les endolysosomes furine et cathepsine B/L (CatB/L). Par conséquent, des thérapies qui peuvent prévenir un ou plusieurs événements du cycle de vie du SRAS-CoV-2 sont en cours de développement, les cibles importantes étant la liaison aux récepteurs et la fusion membranaire.
Inhibiteurs de la fixation non spécifique du virus aux facteurs à la surface de la cellule hôte
Un attachement non spécifique peut aider à augmenter les concentrations de particules virales dans l’environnement, entraînant ainsi des taux d’infection plus élevés. Les inhibiteurs de fixation et de pénétration peuvent se lier aux molécules réceptrices du virus à la surface des cellules sensibles, à une version intermédiaire «activée» de la protéine virale et à des protéines spécifiques directement dans le virion pour empêcher tout autre changement structurel. Ces inhibiteurs peuvent être utilisés dans des médicaments antiviraux. Quelques-uns des inhibiteurs courants sont les lectines et les mimétiques des glycosaminoglycanes.
Les lectines sont des protéines de liaison aux glucides qui peuvent reconnaître et se lier de manière réversible à des fragments de glycoconjugués complexes sans affecter les structures covalentes. Les espèces qui incluent les lectines sont les algues, les coraux marins, les champignons, les procaryotes, les plantes supérieures, les vertébrés et les invertébrés. Les lectines liant le mannose sont très importantes dans la recherche antivirale car elles peuvent empêcher l’auto-assemblage du virus pendant la réplication.
Les glycosaminoglycanes (GAG) sont des polysaccharides longs sulfatés dont l’expression se produit à la surface cellulaire ainsi que dans la matrice extracellulaire. Le SRAS-CoV-2 et d’autres virus utilisent les GAG pour se fixer aux cellules hôtes. Les glycoprotéines de surface cellulaire peuvent interagir avec les GAG pour imiter les polysaccharides héparinoïdes conduisant à la formation d’une barrière protectrice qui empêche la liaison virale.
Inhibiteurs de l’attachement viral dépendant des lipides aux cellules hôtes
Les lipides sont importants dans le cycle de vie des virus car ils peuvent agir comme récepteurs directs ou cofacteurs pour l’entrée du virus à la surface des cellules et dans les endosomes. De plus, certains virus utilisent également des radeaux lipidiques pour certaines étapes de leur cycle de reproduction.
Les lipides peuvent être modifiés par des stérols qui peuvent être utilisés pour limiter la réplication virale. D’autres composés tels que les sphingolipides et la cyclodextrine peuvent également inhiber l’infectivité de plusieurs virus, dont les coronavirus. Les stérols peuvent être trouvés dans de nombreux organismes tels que les arthropodes, les porifères, les algues, les échinodermes, les tunicata, les mollusques, les coelenterata, les bryozoaires et les cordés.
Inhibiteurs de récepteurs spécifiques et fusion des membranes cytoplasmiques et virales
Les composés qui interagissent avec la protéine de pointe et les protéases peuvent empêcher l’entrée du virus à l’intérieur de la cellule et l’infection ultérieure. Par conséquent, ils peuvent être utilisés comme agents antiviraux. Cela comprend les inhibiteurs de l’ACE2, les inhibiteurs de TMPRSS2 ainsi que les substances biologiquement actives telles que les flavonoïdes, les terpènes et les peptides.
Déprotéinisation des virions
La déprotéinisation du virus a lieu par des protéases liées à la surface comme TMPRSS2 et les protéases à cystéine dans les endosomes ainsi que d’autres protéases telles que 3CLpro, PL2pro, l’ARN polymérase dépendante de l’ARN et l’hélicase. L’inhibition de ces protéases peut interférer avec le cycle de vie du virus et prévenir l’infection.
Les phlorotanins, les lipides, les alcaloïdes, les terpénoïdes et les flavonoïdes seraient des composés importants pouvant servir d’inhibiteurs des principales protéases du SRAS-CoV-2.
Composés bioactifs marins pouvant agir contre le SARS‑CoV‑2
Les principaux composés marins qui peuvent inhiber l’infection par le SRAS-CoV-2 sont dérivés de Scleractinieun ordre de Anthozoaires que l’on ne trouve que dans le milieu marin. Environ 15 produits chimiques ont été dérivés d’organismes associés à Scleractinia qui ont le potentiel d’inhiber l’infection virale.
D’autres composés tels que la phycocyanine, les polysaccharides, la lutéine, la vitamine E et B12 sont également dérivés d’algues marines. Un polysaccharide, le carraghénane lambda, isolé des algues rouges marines, possède des propriétés antibactériennes, antivirales, anticoagulantes et anticancéreuses. Il a été rapporté que le SRAS-CoV-2 et le virus de la grippe en étaient inhibés.
De plus, deux métabolites liés à Scleractinia se sont avérés inhiber le SARS-CoV-2 Mpro, tandis que trois se sont avérés inhiber l’ARN polymérase dépendante de l’ARN du SARS-CoV-2. Composés marins issus de la famille des Aplysinidae, Petrosia strongophora sp., ainsi que le corail mou Pterogorgia citrina peuvent également agir comme inhibiteurs de Mpro. D’autres composés marins tels que les PCB et les polysaccharides tels que le carraghénane, le fucoïdane et l’alginate ont également été identifiés comme jouant un rôle important dans la protection contre les virus.
Des études cliniques sur les pastilles contenant de l’iota-carraghénane et le spray nasal iota-carraghénane ont révélé une efficacité antivirale contre la grippe A, les coronavirus humains et le rhinovirus humain. On a observé que les individus infectés par un coronavirus traité à la carraghénane avaient une durée de maladie plus courte et moins de rechutes par rapport aux individus non traités. Inhibiteurs nucléosidiques mycalisine A et B dérivés d’éponge marine Mycale sp se sont également avérés inhiber le SARS-CoV-2 RdRp avec une plus grande efficacité par rapport aux médicaments traditionnels tels que le remdesivir.
Avantages des polysaccharides sulfatés marins (SP) par rapport aux autres composés naturels
Les algues marines ont donc été identifiées comme une excellente source d’une large gamme de produits chimiques bioactifs qui ont des capacités antivirales, anticoagulantes, immunomodulatrices, anticancéreuses et antioxydantes. Des recherches récentes ont mis en évidence le potentiel des proliférations de macroalgues marines en tant que source inépuisable de produits chimiques biologiquement actifs qui conduiront à de nouvelles thérapies.
Ces composés sont biocompatibles, sûrs et biodégradables. De plus, les SP à base d’algues ont des coûts de fabrication inférieurs à ceux des produits chimiques naturels d’origine végétale. De plus, les SP marins étant solubles dans l’eau, peuvent être extraits à l’aide d’une technique d’extraction aqueuse, ce qui les rend utiles dans les entreprises pharmaceutiques car leurs caractéristiques peuvent être facilement modifiées. De plus, les SP n’ont été associés à aucun risque connu pour la santé dans les produits pharmaceutiques, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires sur leurs caractéristiques chimiques, leur biodisponibilité, leur toxicité et leurs processus biologiques.
Conclusion
Selon l’examen actuel, plusieurs produits chimiques marins pourraient être assez efficaces contre le SRAS-CoV-2. Certains composés marins peuvent être un meilleur choix par rapport aux médicaments fabriqués chimiquement pour le traitement du COVID-19 sévère. Les ressources marines sont également rentables en raison de leur grande quantité et de leur variété. Les progrès des techniques bioinformatiques, les recherches sur les mutations génétiques et les technologies multi-omiques peuvent fournir une solution potentielle aux limitations actuelles concernant le développement de médicaments marins. Des recherches plus poussées sur de nouvelles ressources dérivées de la mer pourraient produire des thérapies prometteuses pour les patients atteints de COVID-19.
Limites
Le développement de médicaments marins se heurte à certains obstacles. Une préoccupation majeure est que, malgré le fait que la mer abrite de nombreuses espèces, elles ne sont pas facilement accessibles. Un approvisionnement régulier en produits chimiques est nécessaire pour poursuivre les études précliniques et cliniques et poursuivre le développement des médicaments.
