Les écrans solaires naturels protègent la peau contre les rayons nocifs tout en réduisant le risque de réactions allergiques. Dans une étude récente, des chercheurs ont identifié un composé jusqu’alors inconnu appelé β-glucose lié à l’hydroxy-mycosporine-sarcosine. Cette substance est produite par des cyanobactéries thermophiles lorsqu’elles sont exposées aux rayons UV-A, UV-B et à des conditions salines. Contrairement aux autres acides aminés de type mycosporine (MAA) connus, ce composé est produit par une voie de biosynthèse particulière. Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour la biotechnologie industrielle, qui se concentre sur la production d’ingrédients naturels filtrant les UV.
Un intérêt croissant pour une protection sûre contre les UV
Les cyanobactéries sont des bactéries photosynthétiques qui produisent de l’oxygène et sont connues pour leur capacité à survivre dans des environnements difficiles. Pour faire face à des contraintes extrêmes, elles produisent une multitude de composés chimiques. Parmi ceux-ci figurent des acides aminés de type mycosporine (MAA), de petites molécules solubles dans l’eau qui absorbent les rayons ultraviolets (UV). Les MAA protègent les cellules des dommages causés par le soleil et agissent comme des antioxydants en neutralisant les espèces réactives de l’oxygène (ROS) liées au stress. Bien que ces molécules aient une structure de base commune, leurs variations entraînent des activités et des fonctions biologiques différentes.
Face aux préoccupations croissantes concernant le rayonnement UV et l’augmentation des taux de cancer de la peau, les scientifiques cherchent des composés plus sûrs qui offrent une protection solaire efficace. Les écrans solaires chimiques traditionnels peuvent bloquer les rayons UV, mais ils sont également associés à des réactions allergiques et à d’autres effets secondaires indésirables. Les MAA se distinguent par le fait qu’ils sont biocompatibles et considérés comme sûrs pour l’usage humain. Ces propriétés en font des candidats prometteurs pour la biotechnologie durable et la production à grande échelle d’alternatives naturelles de protection solaire.
Découverte dans les sources chaudes de Thaïlande
Dans une nouvelle étude, des chercheurs dirigés par le professeur Hakuto Kageyama de l’université Meijo et le professeur Rungaroon Waditee-Sirisattha de l’université Chulalongkorn ont identifié un nouveau type d’AMA produit par des cyanobactéries thermophiles vivant dans des sources chaudes en Thaïlande. Au-delà de l’identification d’une nouvelle molécule, la recherche permet de comprendre comment ces organismes s’adaptent aux environnements extrêmes. « La compréhension de la biosynthèse réactive au stress chez les cyanobactéries extrêmophiles pourrait accélérer la biotechnologie industrielle pour la production de pigments naturels et d’antioxydants », explique le professeur Kageyama pour expliquer la motivation derrière ce travail. L’étude a été publiée en ligne et plus tard dans le volume 1009 de Science of The Total Environment.
Une molécule unique aux propriétés chimiques rares
L’équipe de recherche a isolé huit souches de cyanobactéries tolérantes à la chaleur à partir de la source chaude Bo Khlueng dans la province de Ratchaburi en Thaïlande. Au cours des expériences en laboratoire, une souche appelée Gloeocapsa species BRSZ a produit un composé absorbant les UV inconnu jusqu’à présent lorsqu’elle a été exposée à des rayons UV-A et UV-B. Les chercheurs ont constaté qu’il s’agissait d’un composé qui absorbait les UV. Le composé, identifié comme étant de l’hydroxy-mycosporine-sarcosine liée au β-glucose (GlcHMS326), a ensuite été étudié en profondeur afin de comprendre sa structure et sa fonction.
GlcHMS326 se caractérise par trois modifications chimiques différentes : la glycosylation, l’hydroxylation et la méthylation. Ces modifications n’ont pas encore été décrites chez les MAA issus de cyanobactéries. Des analyses génétiques ont révélé que les cyanobactéries responsables de la production de ce composé contiennent un ensemble unique de gènes associés à ces modifications chimiques.
La production de GlcHMS326 augmente considérablement lorsque les cyanobactéries sont exposées aux UV-A, UV-B et à des conditions de salinité élevée. Bien que les organismes proviennent de sources chaudes, ce composé spécifique n’est pas déclenché par le stress thermique. Les modifications chimiques trouvées dans le GlcHMS326 contribuent à sa structure inhabituelle et à ses performances améliorées.
Il est connu que la méthylation améliore la stabilité, l’absorption des UV et l’activité antioxydante des composés MAA. On pense que la glycosylation renforce encore la stabilité, la photoprotection et la défense antioxydante. Par rapport aux MAA plus courants, le GlcHMS326 présente une activité de piégeage des radicaux plus importante, ce qui suggère que sa structure modifiée joue un rôle clé dans l’augmentation de son potentiel antioxydant.
Potentiel pour les écrans solaires respectueux de l’environnement et au-delà
L’étude offre de nouvelles perspectives sur la manière dont les cyanobactéries ont développé des voies métaboliques spécialisées dans des environnements extrêmes pour produire des composés naturels efficaces de protection contre les UV. Cet AMA unique semble jouer un rôle important en aidant les espèces Gloeocapsa à tolérer le stress environnemental et remplit probablement plusieurs fonctions au sein de ces cyanobactéries thermophiles. L’étude actuelle souligne que les cyanobactéries extrêmophiles ne sont pas seulement importantes sur le plan écologique, mais qu’elles représentent également un domaine de recherche important pour plusieurs disciplines.
Le composé nouvellement identifié se distingue par sa polyvalence et son potentiel pour une production durable à grande échelle en utilisant les cyanobactéries comme « usines biologiques ». Il pourrait servir d’alternative à certains filtres UV synthétiques qui suscitent des préoccupations environnementales, et contribuer ainsi au développement de produits de protection solaire plus écologiques. En raison de ses propriétés antioxydantes, elle entre également en ligne de compte pour des produits anti-âge, des formulations de soins de la peau et des médicaments.
« Cette découverte nous rappelle que la nature nous réserve encore de nombreuses surprises chimiques. Les cyanobactéries extrêmophiles révèlent des molécules inhabituelles qui peuvent inspirer de nouvelles voies dans la recherche fondamentale et la biotechnologie durable », conclut le professeur Kageyama.