Étude sur la promotion de l'enrichissement progressif de l'huperzine A par une méthode de culture symbiotique
Huperzia serrata (Thunb. ex Murray) est une fougère de la famille des Taxaceae, appartenant au genre Taxodium. Il s'agit d'une plante médicinale chinoise rare utilisée pour le traitement des blessures traumatiques, la désintoxication, le soulagement de la douleur et le traitement de la schizophrénie. Le sapin à pattes de serpent est actuellement l'un des médicaments les mieux étudiés pour traiter la maladie d'Alzheimer. Son principe actif, l'huperzine A, est un inhibiteur efficace, peu toxique, réversible et hautement sélectif de l'acétylcholinestérase (AChE) pour le traitement de la myasthénie grave et de la maladie d'Alzheimer. Il peut renforcer l'action de l'acétylcholine, un neurotransmetteur nerveux central lié à l'attention, à la vigilance, à la concentration et à la mémoire. En 1982, l'huperzine A a été isolée avec succès à partir du sapin à pattes d'oie et a été considérée comme "l'étoile de l'espoir". Selon une étude, d'ici 2025, le nombre de patients atteints de la maladie d'Alzheimer et âgés de 65 ans et plus dans les pays développés atteindra 7,1 millions, soit une augmentation de près de 29% par rapport aux 5,5 millions de 2018. À moins d'une percée médicale, le nombre de patients atteints de la maladie pourrait passer de 5,5 millions à 13,8 millions d'ici 2050. Rien qu'aux États-Unis, environ 14 à 20 personnes sur 100 000 souffrent de myasthénie grave, soit un total d'environ 36 000 à 600 000 patients, ce qui est également un chiffre très alarmant. Le principal problème des médicaments actuellement disponibles sur le marché pour traiter la maladie d'Alzheimer et la myasthénie grave est leur toxicité et leur résistance. Par rapport aux médicaments actuels, l'huperzine A est un extrait naturel de plante qui présente une bonne sécurité, moins d'effets indésirables et qui peut être rapidement absorbé par le corps humain. La méthode d'inhibition est un type mixte d'inhibition compétitive et non compétitive, et l'effet thérapeutique est significatif avec une longue durée d'action.
Le Cryptomeria à pied de serpent est répandu dans le monde entier, mais ses ressources sont très limitées. L'un des facteurs limitants est la lenteur de la croissance du Cryptomeria à pied de serpent, qui prend au moins 15 ans entre les spores et la maturité. Au stade adulte, la hauteur du sapin à pied de serpent n'est que de 10 à 30 cm. Par ailleurs, son environnement de croissance est difficile à reproduire et à promouvoir dans les processus de culture actuels. Par conséquent, dans un avenir proche, le sapin à pied de serpent sera menacé d'extinction. Ces dernières années, de nombreuses études ont été menées sur cette plante rare, comme la culture in vitro d'explants et de tissus de cals. L'équipe de Kan'ichiro Ishiuchi est partie successivement de H Les explants ont été obtenus à partir de l'extrémité de la tige de Pinifolia, et cultivés dans un milieu stérile pendant 2 cycles (chaque cycle dure 7 jours). Enfin, les explants ont été transférés avec succès dans le milieu de croissance des cals. En outre, les chercheurs ont apporté diverses améliorations à la méthode de culture de l'Huperzia serrata, telles que le criblage des composants du milieu et la recherche d'une technologie de culture de l'extrémité de la tige. Cependant, le problème de la désinfection et de la stérilisation des explants dans le processus de culture tissulaire n'a pas été résolu efficacement, ce qui limite la production à grande échelle d'huperzine A. En raison de la rareté des ressources naturelles et des raisons susmentionnées, il est urgent de trouver une nouvelle méthode permettant d'augmenter la teneur en huperzine A à moindre coût.
Les champignons endophytes sont un type de champignon qui vit dans les tissus des tiges et des feuilles des plantes. Des études ont montré que si les champignons endophytes évoluent en symbiose avec les plantes pendant une longue période, ils peuvent obtenir certains gènes de la plante hôte par recombinaison génétique, produisant ainsi des métabolites secondaires identiques à ceux de la plante hôte. Par ailleurs, les champignons endophytes peuvent également produire des hormones qui favorisent la croissance et le développement des plantes hôtes. Par conséquent, dans le système de co-culture, les champignons endophytes sont considérés comme des éliciteurs, ce qui signifie que les cellules végétales peuvent co-cultiver avec des champignons endophytes dans une certaine fourchette de concentration. Dans le système de co-culture, les champignons endophytes et les cellules végétales interagissent les uns avec les autres, ce qui favorise l'accumulation de produits végétaux. L'ergostérol est un composant important de la membrane cellulaire fongique et un stérol caractéristique des champignons. Il peut être utilisé comme indicateur représentatif pour mesurer la biomasse fongique.
Cette étude présente un nouveau système de co-culture (CCS) pour augmenter de manière économique et pratique la teneur en huperzine A du sapin de Chine, afin d'améliorer la situation actuelle où le sapin de Chine ne peut pas être largement utilisé en raison de la rareté des ressources.

L'huperzine A est un inhibiteur de l'AChE utilisé pour le traitement de la maladie d'Alzheimer et de la myasthénie grave. Sa principale source est la Cryptomeria lanceolata, mais la teneur en Huperzine A de la Cryptomeria lanceolata est faible, et les ressources limitées de la Cryptomeria lanceolata limitent son développement ultérieur dans le domaine pharmaceutique. Des études montrent qu'il existe divers champignons endophytes dans les plantes, qui ont formé une relation mutualiste complexe avec leurs plantes hôtes au cours d'une évolution à long terme. D'une part, les champignons endophytes doivent absorber les nutriments des plantes pour répondre à leurs propres besoins de survie. D'autre part, les champignons endophytes s'engagent dans une communication biochimique spéciale avec les plantes hôtes afin de résister au système de défense de l'hôte. Ils peuvent synthétiser des métabolites secondaires similaires à ceux de l'hôte en reconnaissant les signaux chimiques de l'hôte ou en utilisant les systèmes enzymatiques de l'hôte. Jiang et al. ont isolé et purifié des champignons endophytes de l'Hibiscus, une plante de mangrove semi-rouge, et ont obtenu les mêmes métabolites secondaires que l'hôte par fermentation en milieu solide. Tong et al. ont isolé et étudié les métabolites secondaires du champignon endophyte FS4 dans Cryptomeria serrata, et ont constaté que ses cinq métabolites présentaient une forte activité biologique inhibitrice de l'acétylcholinestérase, similaire à celle de l'huperzine A.
Dans cette étude, des expériences ont été menées sur les conditions de domestication et les conditions du milieu de culture des tissus de la ciguë sauvage. Les conditions optimales de culture ont été déterminées comme suit : intensité lumineuse de 100 Lux, humidité de 95%, milieu liquide MS, saccharose de 20,0g/L, 2,4-D5,0mg/L et KT1,0mg/L. Les changements relatifs de deux composés, l'huperzine A et l'ergostérol, ont été utilisés pour refléter le processus de croissance dynamique de la CSC. Le quatrième jour a été déterminé comme le moment optimal pour la récolte et la sous-culture sur la base de son point d'inflexion. Après 4 jours de culture avec des CSC, la teneur en huperzine A a augmenté de 49,34%, atteignant sa valeur maximale. La teneur globale en huperzine A dans le système de culture a montré une tendance à l'augmentation puis à la diminution. Cela s'explique par le fait qu'à un stade avancé de la croissance, les champignons endophytes ont une capacité de reproduction plus forte que la capacité de différenciation des cellules végétales, et sont en concurrence pour les nutriments et l'espace de croissance dans le milieu de culture, ce qui entraîne une diminution du nombre de cellules. Par conséquent, le choix du moment de la récolte et de la sous-culture est la clé de l'enrichissement progressif de l'huperzine A dans le système de co-culture. Parallèlement, la concentration de l'hormone végétale 2,4-D a un impact significatif sur le système. Le 2,4-D favorise la dédifférenciation des organes végétaux et l'induction de tissus de cals, mais il a un effet inhibiteur sur la différenciation cellulaire lorsque sa concentration est trop élevée. Par conséquent, dans le système de culture, 5mg/L est utilisé comme concentration optimale. Cette expérience a utilisé avec succès un système de co-culture pour réaliser la biosynthèse de l'huperzine A. Cette méthode surmonte les concepts fixes traditionnels car la culture de cellules somatiques végétales ne nécessite pas de stérilisation complète au préalable. Les cellules somatiques végétales et les champignons endophytes peuvent être cultivés ensemble et la production d'huperzine A peut être favorisée à des ratios spécifiques. Tant que le cycle de culture est compris avec précision, cette méthode pratique et rapide peut être utilisée pour accumuler de l'huperzine A, ce qui est très important pour la protection des ressources végétales et l'enrichissement des substances bioactives importantes de l'huperzine A.