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Les enjeux de la biologie de synthèse (Rapport)

15 février 2012 : Les enjeux de la biologie de synthèse (Rapport) ( rapport de l'opecst )
c) La portée de ces analyses

Ces différentes approches appellent plusieurs observations.

1° Les recherches concernant le génome minimal

Les travaux de Craig Venter sont ceux sur lesquels j'ai pu entendre ou lire les jugements les plus contrastés. Selon Philippe Marlière, le fait que Craig Venter ait synthétisé le génome complet d'une bactérie et l'ait transféré dans la cellule d'une autre bactérie (cf. encadré ci-après) constitue une performance et même une révolution. A cet égard, il a déclaré : « Il [Craig Venter] a montré que l'on pouvait copier un génome dans sa totalité sur un ordinateur, l'éditer comme un traitement de texte, le retranscrire sous forme chimique et le faire fonctionner dans une cellule. Cette technologie va permettre de concevoir des organismes entiers, de tester une à une leurs fonctions biologiques, de les faire évoluer artificiellement beaucoup plus vite. Jusque-là, les biotechnologies s'intéressaient essentiellement à la médecine et à l'agro-alimentaire. Désormais, elles vont bouleverser la chimie, le textile, les plastiques et l'énergie. Ce n'est peut-être pas une révolution scientifique, mais c'est une révolution industrielle. »47(*)

La première cellule « synthétique » capable de se reproduire

Le 21 mai 2010, la revue Science publie un article de chercheurs du Venter Institute dans lequel les auteurs annoncent la synthèse et l'assemblage, à partir de données numériques de séquençage, des 1,08 million de paires de bases du chromosome de la bactérie Mycoplasma mycoides, auxquelles furent ajoutées quelques séquences supplémentaires pour l'en distinguer. La numérisation a été réalisée sur ordinateur, la synthèse en machine et l'assemblage dans des levures. L'assemblage dans les levures a été obtenu en trois étapes.

Dans une première étape, dix cassettes d'ADN (fragments) de 1 080 paires de bases, synthétisées en machine PCR (Polymerase Chain Reaction), ont été introduites dans une première culture de levures. Celles-ci ont lié les cassettes bout à bout, tout en se reproduisant.

Dans la seconde étape, dix cassettes de 10 800 paires de bases, correctement liées, ont été extraites des premières levures puis introduites dans une seconde culture de levures. Celles-ci les ont à leur tour liées comme précédemment, aboutissant à des cassettes de 108 000 paires de bases.

Dans la troisième étape, dix de ces cassettes ont été extraites puis introduites dans une troisième culture de levures. Les levures ayant réalisé l'assemblage du chromosome complet (1,08 million de paires de bases) ont été alors isolées puis cultivées pour multiplier le nombre de chromosomes complets. Ces derniers ont été ensuite extraits des levures puis transplantés dans des bactéries appartenant à une espèce différente, Mycoplasma capricolum. Le chromosome initial de M. capricolum a alors dégénéré, laissant le chromosome transplanté de M. mycoides prendre le contrôle. (Pour ce faire, le génome de la cellule hôte avait été débarrassé de séquences qui auraient pu altérer le génome injecté qui, de ce fait, put, lui, dégrader le génome hôte.)

Une étude récente souligne, quant à elle, que le travail du groupe Venter démontre que l'objectif de créer des systèmes vivants en laboratoire se rapproche 48(*). Enfin, des chercheurs font valoir que l'un des intérêts scientifiques de la recherche sur le génome minimal réside dans la possibilité de connaître le nombre minimal de gènes nécessaires à une bactérie pour se développer.

A l'inverse, d'autres scientifiques ont nuancé la portée des travaux de Craig Venter. Tout d'abord, certains contestent que ce dernier ait créé une forme de vie synthétique, le génome ayant été inséré dans une cellule existante, ce qui, pour des chercheurs comme Petra Schwille, professeure à l'Université de Dresde, est différent de la synthèse d'une cellule vivante. Pour elle, l'expérience de Craig Venter équivaut davantage à la création d'un robot bactérien qu'à une bactérie synthétique49(*).

Quant à l'objectif de déterminer le nombre minimal de gènes nécessaires à un organisme vivant, l'étude de Thomas Heams50(*), qui reprend celle de Maureen O'Malley, indique que cette démarche n'est pas exempte de subjectivité puisque, par exemple, une découverte effectuée en 2006 a fait état d'une bactérie (Candidatus Carsonella ruddii) possédant un génome de 180 gènes, soit un nombre beaucoup plus restreint que tout ce qui était connu et affirmé auparavant.

C'est pourquoi Thomas Heams juge nécessaire de se départir d'une vision purement comptable du lot minimal de gènes. Il préconise plutôt d'étudier le métabolisme minimal pour comprendre ce que pourrait être une cellule minimale. Selon Thomas Heams, cette piste est explorée par certains chercheurs pour qui la compréhension de la relation de ces organismes minimaux avec leur environnement sera cruciale, pour aboutir notamment à la création d'organismes vivants en éprouvette.

Cette question de la complexité du vivant, qui sera à nouveau abordée plus loin, constitue bien le verrou majeur que doivent lever les recherches sur le génome minimal. L'étude précitée sur les dix grands défis de la vie synthétique51(*) le souligne : « Mais, paradoxalement, le succès de la synthèse de l'ADN met également en lumière notre faible capacité à concevoir de novo des génomes, ce qui résulte certainement de la connaissance limitée que nous avons de la complexité inhérente au vivant. »

Enfin, comme Michel Morange, professeur à l'Université de Paris VI et à l'Ecole normale supérieure - rejoint en cela par Carole Lartigue, chercheure à l'INRA et ancienne collaboratrice de Craig Venter - on peut s'interroger sur la pertinence du présupposé selon lequel il existerait une forme minimale de vie. Car, au contraire, il est très probable que la recherche du minimum de vie ne convergera pas vers une seule, mais plusieurs solutions52(*).

Sur le plan éthique, les travaux de Craig Venter ont soulevé des critiques qui seront examinées ultérieurement, qu'il s'agisse de sa propension à déposer des brevets ou à « jouer à Dieu », l'objectif étant de lever des fonds privés pour sa fondation, sans se préoccuper de l'impact de déclarations et de pratiques aussi agressives.

SYNTHÈSE D'UN GÉNOME BACTÉRIEN (J. CRAIG VENTER INSTITUTE)

Source : Institut de biologie systémique et synthétique (Genopole)

SYNTHÈSE D'UN GÉNOME BACTÉRIEN (J. CRAIG VENTER INSTITUTE)

Source : Institut de biologie systémique et synthétique (Genopole)

2° La démarche bottom up

La démarche bottom up soulève d'importantes interrogations. Vincent Martin, professeur à l'Université Concordia de Montréal, a vu dans le registre bio-briques une simplification de la biologie, selon lui complexe par essence, comme l'illustrent les difficultés à comprendre le fonctionnement du génome.

En écho à ces propos, Victor de Lorenzo déclare que la question qui se pose est de savoir si les systèmes vivants peuvent être décomposés en une liste d'éléments détachés qui, par la suite, peuvent être modifiés, sans surprise, dans un but déterminé, ajoutant que, « tandis que ce serait l'objectif idéal pour l'ingénieur, le fait est que le fonctionnement de la quasi-totalité des éléments biologiques existants semble dépendre du contexte où ils se trouvent ».53(*)

Une autre interrogation, soulevée par certains de mes interlocuteurs - comme les représentants du LEEM (Les entreprises du médicament) - concerne le rattachement de l'ingénierie métabolique à la BS. Cette interrogation revêt d'autant plus d'intérêt qu'elle se réfère aux travaux de Jay Keasling sur l'artémisinine, celle-ci étant considérée comme l'une des réussites de la BS. En effet, le rapport d'Aviesan54(*) voit dans l'ingénierie métabolique « la pratique la plus ancienne de la BS, directement issue du génie génétique ».

3° Les travaux concernant les proto-cellules

Jean Weissenbach, directeur du Genoscope, fait observer que ces travaux, qui en sont à leurs débuts, donnent l'illusion de créer la vie et relèvent donc, selon lui, de la science-fiction. Sur le plan fondamental, la véritable portée de ces travaux est de tenter de reproduire une propriété du vivant telle que la croissance, afin de mieux la comprendre. Les applications n'attendront pas le succès de tels travaux pour proposer des solutions visant à cibler spécifiquement des cellules malades, par exemple cancéreuses, afin de les traiter en limitant les effets sur les tissus sains.

4° Les recherches touchant au code génétique

Un article récent semble confirmer le souhait de certains chercheurs d'explorer des voies tout à fait nouvelles. Ainsi, Philippe Marlière, considéré comme l'un des représentants de la xéno-biologie55(*), est-il parvenu avec des chercheurs belges et allemands à contraindre des bactéries Escherichia coli à remplacer la thymine - une des bases azotées de leur ADN - par le 5-chloro-uracile, un dérivé d'une des bases azotées de l'ARN. Ce chlorure est, en général, mortel pour les organismes vivants, à moins qu'il ne soit présent à faible dose.

Les chercheurs ont commencé par mettre en culture des bactéries dans un milieu contenant ce composant en très faible quantité, puis ils ont sélectionné les bactéries les plus résistantes. L'opération a été répétée plusieurs fois en augmentant à chaque fois la quantité du chlorure d'uracile dans le milieu de culture, si bien qu'ils ont obtenu des Escherichia coli dans lesquelles toutes les bases T de l'ADN ont été remplacées par le 5-chloro-uracile.

Une analyse de l'ADN de ces bactéries a révélé que de nombreuses mutations étaient intervenues, vraisemblablement pour permettre à l'organisme de s'adapter à cette nouvelle chimie du vivant 56(*).


* 47 Gilbert Charles, « Sommes-nous en train de réinventer la Création ? », lexpress.fr, 4 août 2010.

* 48 Porcar et al., « The ten grand challenges of synthetic life », Systems and Synthetic Biology, 2011.

* 49 Propos cités par Charles W. Schmidt, « Synthetic Biology: Environmental Health Implications of a New Field », Environmental Health Perspectives, mars 2010.

* 50 Heams, « De quoi la biologie synthétique est-elle le nom ? », ouvrage collectif « Les mondes darwiniens », Syllepse, 2009, Matériologiques (réédition), 2011.

* 51 Manuel Porcar et al., « The challenges of synthetic life », op.cit.

* 52 Michel Morange, « La vie expliquée », Editions Odile Jacob, 2008, p.142.

* 53 Victor de Lorenzo, « Synthetic Biology: Something old, something new », Cell & Molecular Biology, Volume 32, Avril 2010.

* 54 Aviesan, « Bases moléculaires et structurales du vivant », janvier 2011.

* 55 Présentée comme une sous-discipline de la BS, la xénobiologie vise à mettre au point des formes de vie étrangères, du point de vue chimique et métabolique, à celles qui sont connues sur terre.

* 56 Futura-Sciences, 30 juin 2011.