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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 )

2.- LES APPLICATIONS POTENTIELLES CONSIDÉRABLES DE LA BIOLOGIE DE SYNTHÈSE

Les applications des différentes voies de recherche décrites concernent de nombreux domaines : santé, énergie, chimie, environnement, agriculture, procédés industriels. C'est pourquoi des scientifiques ont pu voir dans la BS la révolution industrielle de ce siècle et un moyen d'apporter des solutions aux enjeux majeurs auxquels l'humanité est confrontée : changement climatique, crise énergétique, bio-remédiation environnementale, lutte contre des pathologies comme le cancer, le paludisme, les virus...

Pour autant, le rapport de la Royal Academy of Engineering57(*) de 2009 souligne que, compte tenu du caractère émergent de la BS, les exemples concrets de ses applications sont relativement limités, et cite seulement deux cas d'application à brève échéance58(*). Ces remarques illustrent les problématiques, qu'il conviendra d'évoquer, touchant à la réelle et rapide faisabilité des applications de la BS et à leur mise sur le marché.

a) Des applications touchant à de nombreux domaines

Les domaines les plus fréquemment cités sont la santé, l'énergie, la chimie, l'environnement et l'agriculture.

1° La santé

Les applications prochaines ou potentielles concernent la fabrication des médicaments, celle des vaccins et une approche thérapeutique nouvelle de certaines pathologies.

Ø La fabrication de médicaments

Les deux médicaments qui, de l'avis majoritaire, pourraient être très rapidement commercialisés sont l'artémisinine et l'hydrocortisone.

? L'artémisinine est une molécule qui est extraite d'une herbe médicinale Artemisia annua, connue et utilisée - principalement en Asie - pour soigner les fortes fièvres et en particulier le paludisme. L'artémisinine et ses dérivés sont très efficaces, même sur les souches de parasites résistants, et remarquablement bien tolérés, y compris pour le traitement des enfants. Toutefois, les rendements d'extraction de l'artémisinine ne sont satisfaisants que lorsque cette plante est cultivée dans les conditions de sol et de climat des hauts-plateaux chinois et vietnamiens. De fait, la capacité de production est très nettement insuffisante au regard du nombre de cas de paludisme (ou malaria) recensés59(*).

Cette situation est d'autant plus critique que les résistances du parasite à la chloroquine et aux autres antipaludiques classiques se généralisent. Par ailleurs, les thérapies combinant l'artémisinine et ses dérivés, bien qu'efficaces, sont d'un coût prohibitif pour une grande partie des populations concernées. Enfin, il n'existe toujours pas de vaccin contre le paludisme, même si certains vaccins candidats paraissent prometteurs.

Dans ce contexte, comme il l'a déclaré lors de son audition le 28 mai 2010 par la commission de l'Énergie de la Chambre des Représentants, l'objectif de Jay Keasling a été de réduire le coût d'accès à l'artémisinine en recourant à un procédé de BS. A cette fin, il a modifié une levure du boulanger pour produire un précurseur chimique du médicament en transférant les gènes nécessaires à la fabrication du médicament de la plante vers le micro-organisme.

Jay Keasling a comparé la production de l'artémisinine au brassage de la bière. Le micro-organisme digère du sucre et sécrète un précurseur de l'artémisinine plutôt que de l'alcool, que la levure produirait naturellement à partir du sucre. Jay Keasling a déclaré espérer rendre l'ingénierie de la biologie plus prédictible et fiable, ce qui réduirait le coût pour développer des médicaments et d'autres produits allant des produits chimiques et des biocarburants aux produits de consommation.

D'après les informations qui m'ont été communiquées aux États-Unis, l'artémisinine fait actuellement l'objet d'un examen par la FDA dans le cadre de l'autorisation de mise sur le marché et pourrait être commercialisée en 2012.

? L'hydrocortisone - appelée aussi cortisol - est l'une des principales hormones stéroïdiennes chez l'homme. Cette hormone présente un intérêt pharmaceutique majeur, en particulier pour ses propriétés anti-inflammatoires. Elle est produite à grande échelle par un procédé chimique long et coûteux. Les premières avancées dans la recherche d'une alternative avaient déjà été présentées en 1998, mais c'est toutefois la réussite en 2002 du projet dirigé par l'équipe de Denis Pompon - directeur de recherche au CNRS - qui a permis la réalisation de l'intégralité de la chaîne de synthèse dans la levure de boulanger. Cet organisme unicellulaire, encore appelé Saccharomyces cerevisiae, permet désormais de synthétiser l'hydrocortisone à partir de l'alcool ou du sucre. Une culture de levures est ainsi capable de remplacer l'ensemble du processus industriel menant à la fabrication de l'hydrocortisone.

Cette réalisation est considérée comme une performance technologique. La production industrielle du cortisol ne nécessite pas moins de neuf étapes. La fabrication des molécules enzymatiques nécessaires à la bonne réalisation de l'ensemble de ces étapes a ainsi requis la manipulation d'une quinzaine de gènes d'origines diverses. Neuf d'entre eux ont été introduits par les chercheurs dans les levures à partir d'autres organismes : ils sont d'origine humaine, animale et même végétale. L'autre partie correspond à des gènes de la levure qui ont dû être modifiés pour maîtriser cet assemblage et assurer un fonctionnement cohérent avec les nouvelles molécules produites.

Cette expérience n'est pas seulement une prouesse technologique. Elle présente également des intérêts industriels, commerciaux et environnementaux indiscutables. La simplification du procédé doit permettre, après optimisation, une forte réduction des coûts de production. L'usine vivante ainsi obtenue est simple et autonome : les levures recombinées sont mises en présence de leur nourriture - du sucre, ou de l'alcool - dans un environnement finement contrôlé. Il en résulte que l'ensemble des étapes de la synthèse s'effectue sans déchets secondaires et sans pollution, le médicament ainsi produit étant d'une grande pureté ce qui, selon certains, permettrait d'apporter une contribution importante à la « chimie verte ».

L'hydrocortisone ainsi produite pourrait être commercialisée en 2012.

Outre l'artémisinine et l'hydrocortisone, ce sont des composés antituberculeux qui ont été découverts. Une étude des professeurs Wilfried Weber et Martin Fussenegger60(*) indique, en effet, que des chercheurs, à l'aide de cellules de mammifères modifiées, ont découvert de petites molécules qui ont inhibé la résistance de la bactérie Mycobacterium tuberculosis à l'antibiotique éthionamide, utilisé dans le traitement de la tuberculose.

Le dépistage de molécules anti-infectieuses ou la mise au point de médicaments anticancéreux sont d'autres domaines mentionnés par Wilfried Weber et Martin Fussenegger, dans lesquels les biologistes de synthèse ont pu améliorer les connaissances existantes. Enfin, il convient de citer la conception rationnelle de peptides antimicrobiens, qui pourrait contribuer à lutter contre les infections bactériennes, problème de santé publique majeur.

Ø La fabrication de vaccins

Lors de son audition par la Commission présidentielle américaine de bioéthique, Craig Venter, pour illustrer les différences entre les techniques du génie génétique traditionnel et celles de la biologie de synthèse, s'est référé à la fabrication des vaccins. Il a ainsi déclaré que, si l'on a pu déplorer la réponse tardive apportée par le gouvernement américain à la pandémie de la grippe H1N1, c'est parce que le vaccin a été fabriqué à l'aide d'une technologie qu'il a qualifiée de centenaire, basée sur la maturation d'oeufs de poule, nécessitant plusieurs semaines avant d'être mis sur le marché.

En revanche, les techniques offertes par la biologie de synthèse - séquençage rapide, changements dans la lecture du code génétique et capacité à écrire rapidement le code génétique - permettent de faire des stocks de nouveaux germes en quelques heures.

Au demeurant, une entreprise de biotechnologie canadienne - Medicago - a développé un vaccin contre les virus H5N1 et H1N1 en employant des technologies originales qui utilisent les plantes comme bioréacteur. Ce vaccin pourrait surmonter la plupart des écueils associés aux technologies traditionnelles à base d'oeufs. Tout d'abord, l'utilisation de plantes plutôt que d'oeufs permettrait d'éviter les problèmes d'approvisionnement en oeufs et de contamination mortelle pour des embryons d'oeufs par le virus de la grippe. De même, avec les plantes, aucun temps d'adaptation de la souche n'est requis et la production de vaccins peut être initiée dans les 14 jours suivant la prise de connaissance de la séquence génétique du virus-cible. Medicago s'est vu accorder, en novembre 2010, l'autorisation des autorités sanitaires canadiennes pour procéder à l'essai clinique de phase deux de son vaccin contre la grippe H5N1.

Ø L'approche de certaines pathologies

Les possibilités offertes par la BS concerneraient la prévention, le diagnostic et la thérapeutique.

1) La prévention

L'étude précitée de Wilfried Weber et Martin Fussenegger mentionne des travaux visant à contrôler des insectes vecteurs de pathogènes humains, tels que le Plasmodium falciparium, agent causal de la malaria. Les auteurs de ces travaux suggèrent que leur méthode basée sur des mutations de gènes destinées à éradiquer un insecte nuisible pour les cultures - la mouche méditerranéenne des fruits - pourrait servir à contrôler les moustiques transmettant la malaria. Wilfried Weber et Martin Fussenegger indiquent que le Département de l'Agriculture des États-Unis a décidé le 12 mai 2009 d'inclure l'emploi d'insectes génétiquement modifiés dans les futurs programmes de l'agence pour la lutte contre les parasites infectant les plantes. La France compte d'ailleurs plusieurs spécialistes de ce type de technologie.

2) Le diagnostic

Le professeur François Képès signale que les sociétés Bayer, puis Siemens, ont commercialisé un outil de diagnostic basé sur un acide nucléique modifié - appelé VersantTM - qui permet, depuis plusieurs années, le suivi annuel de 400 000 patients atteints du Sida ou d'hépatite61(*).

3) La thérapeutique

Deux séries de travaux cités par Wilfried Weber et Martin Fussenegger ont visé à combattre les bactéries pathogènes à l'aide de bactériophages62(*). La première série de travaux concerne la destruction de bio-films, qui jouent un rôle crucial dans la pathogénèse d'importantes infections cliniques. A cette fin, des bactériophages modifiés ont été insérés dans le bio-film, ce qui a distendu la structure du bio-film, tandis que les bactéries ainsi libérées ont attaqué les cellules environnantes, re-initiant ainsi le cycle antibactérien.

La seconde série de travaux a consisté à modifier des bactériophages en vue de cibler les mécanismes de résistance aux antibiotiques chez E. coli. Ce procédé a permis de constater que les bactéries ainsi obtenues avaient moins tendance à développer une résistance aux antibiotiques.

Les thérapies anticancéreuses et antidiabétiques, ainsi que la lutte contre l'obésité, sont les autres domaines dans lesquels les biologistes de synthèse tentent d'améliorer les connaissances pour mettre au point des thérapies moins invasives et plus efficaces.

? Le groupe de Chris Voigt, professeur à l'Université de Californie à San Francisco, a ainsi conçu des bactéries contrôlées pour procéder à l'invasion de cellules cancéreuses, en évitant les cellules saines, afin d'y introduire un agent cytotoxique.

? S'agissant du diabète, c'est par l'ingénierie des systèmes biologiques dans les cellules de mammifères que Ron Weiss souhaite développer un programme de biologie synthétique susceptible de détecter les niveaux de sucre à l'intérieur d'un corps humain et à y contrôler la production d'insuline.

? En ce qui concerne la lutte contre l'obésité, une équipe de scientifiques de l'Université de Californie à Los Angeles a indiqué avoir découvert, grâce à la BS, une nouvelle approche permettant de lutter contre l'obésité d'origine alimentaire. La méthode de ces chercheurs a consisté à construire une nouvelle voie métabolique chez les souris qui accentue le métabolisme des acides gras et qui serait susceptible de lutter contre l'installation de l'obésité.

Enfin, une étude récente63(*) fait état de certains travaux à travers lesquels des équipes tentent d'appliquer les méthodes de la BS à la thérapie cellulaire et à la médecine régénérative. Les auteurs de cette étude indiquent que, du fait du développement des cellules-souches pluripotentes64(*) (iPSCs en anglais), les cellules-souches adultes dérivées qui, en principe, pourraient être différenciées dans n'importe quelle cellule-type, sont maintenant disponibles. Les iPSCs peuvent être créées à partir de cellules adultes du patient au moyen de l'insertion et de l'expression de seulement quatre gènes. S'il s'agit là d'une avancée méthodologique considérable, elle n'en présente pas moins, selon les auteurs de l'étude, des inconvénients et des aspects préoccupants. Par exemple, certains gènes utilisés dans ces expérimentations jouent un rôle dans des tumeurs humaines, ce qui pourrait conduire ces cellules à former des tumeurs.

Rossi et ses collaborateurs ont examiné récemment ce problème avec une approche basée sur la BS, en procédant à la transfection65(*) chimique des cellules, à l'aide d'ARN synthétique. Cet ARN fonctionne comme un transcrit pour les quatre gènes-clés. Une fois introduit dans les cellules, l'ARN artificiel est traduit en protéines, qui induisent la pluripotence sans que les gènes supplémentaires ne pénètrent dans le génome.

Par cette méthode, ces chercheurs ont été en mesure de créer des cellules souches pluripotentes induites plus rapidement et avec un rendement plus élevé que par voie virale.

A noter que Cellectis, spécialiste français de l'ingénierie des génomes (Paris), met en oeuvre son expertise de l'ingénierie des génomes au service de nombreux secteurs, dont la thérapeutique humaine, à travers sa filiale Cellectis Therapeutics, créée en 2008 et dédiée au développement d'approches thérapeutiques innovantes utilisant les méganucléases pour traiter des maladies génétiques, des cancers et des infections virales persistantes.

2° L'énergie

Le pari de la BS est double : d'une part, permettre de disposer de nouvelles sources d'énergie qui puissent constituer des alternatives aux énergies fossiles, dont on connaît les limites et, d'autre part, contribuer à la réduction des gaz à effet de serre.

Pour surmonter ces obstacles, les biologistes de synthèse développent des procédés recourant à la biomasse, aux fibres cellulosiques, à la photosynthèse et à la production d'hydrogène.

Ø La biomasse

La biomasse regroupe l'ensemble des matières végétales pouvant devenir des sources d'énergie. En vue de parvenir à la transformation de la biomasse en énergie, la BS se fonde sur les réactions chimiques effectuées par les systèmes biologiques. Ainsi, les enzymes de micro-organismes comme les bactéries décomposent-elles la matière organique en molécules, à partir desquelles l'énergie pourra être extraite plus aisément.

Ø Les fibres de cellulose

A la différence de l'éthanol fabriqué à partir du blé ou du sucre de canne, l'éthanol cellulosique est produit à l'aide de fibres cellulosiques, un composant majeur des parois cellulaires des plantes. Cultiver la biomasse à des fins non alimentaires - par exemple, du myscanthus ou des déchets de tiges de blé, de la paille, des épis d'herbe, des herbes de prairie et des copeaux de bois - réduirait les pressions économiques liées au recours à l'éthanol. Cependant, l'éthanol cellulosique est un bio-alcool au rendement relativement bas qui, comme l'éthanol, tend toujours à corroder les pipelines.

On distingue deux voies conventionnelles de production de l'éthanol cellulosique :

La voie biochimique est un procédé en trois étapes : la première étape consiste en un traitement physico-chimique visant à extraire la cellulose de la biomasse qui pourra alors être transformée en éthanol ; la seconde étape est l'hydrolyse enzymatique, réalisée par des micro-organismes, de la cellulose en sucres simples (glucose) ; la troisième étape est basée sur la fermentation du glucose par des levures permettant l'obtention d'éthanol et de dioxyde de carbone.

La voie thermochimique utilise un procédé en quatre étapes : la biomasse est d'abord homogénéisée par des techniques de pyrolyse ou de torréfaction ; la seconde étape est la gazéification à haute température (plus de 1 000°C) qui permet la production d'un gaz de synthèse (le syngas) qui va ensuite être purifié pour mener à bien la dernière étape, la synthèse de Fischer-Tropsch qui transforme le syngas épuré en gazole de synthèse grâce à l'intervention de catalyseurs chimiques.

La BS vise donc à favoriser la fabrication du butanol, un bio-alcool plus prometteur. Comme l'éthanol, le butanol est produit à l'aide de la fermentation de sucres et de l'amidon ou à travers la transformation de la cellulose. Le produit brut est alors raffiné pour en faire un carburant directement utilisable dans un moteur fonctionnant traditionnellement à l'essence. En outre, il possède une densité énergétique relativement élevée.

Lors de l'audition publique organisée par l'OPECST à mon initiative, le 4 mai 2011, Marc Delcourt, président-directeur général de Global Bioenergies, a exposé les avantages présentés par l'isobutène, une molécule produite par sa société. Il est le fruit d'une voie métabolique basée sur le détournement d'enzymes naturelles qui permet la conversion en plusieurs étapes du sucre en isobutène.

Concrètement, le sucre est transformé par fermentation en isobutène, qui est un gaz. En tant que tel, il se volatilise, ce qui, à la différence de l'éthanol, permet d'éviter de le purifier. Un autre avantage majeur de l'isobutène réside dans le fait qu'il est une molécule dite « drop in », c'est-à-dire qu'il peut être directement utilisé comme essence - à travers l'un de ses dérivés l'isooctane - comme diesel ou encore comme carburant d'aviation (kérosène). L'isobutène peut - en dehors du secteur des transports - être utilisé dans le domaine des matériaux, du PET (plastique des bouteilles), du verre organique ou du caoutchouc butyle (chambre à air).

PRINCIPAUX FABRICANTS DE BIOALCOOLS

Amyris (société américaine) : utilise une plate-forme de BS pour convertir le sucre en une série de produits incluant le biocarburant dérivé d'une levure cellulosique. Le carburant à base de pétrole est récolté de façon analogue à la séparation de la crème du lait.

British Petroleum (société britannique) et DuPont (société américaine) ont noué un partenariat pour produire et commercialiser le biocarburant.

Gevo (société américaine) procède à la transformation génétique d'une bactérie pour fabriquer du bio-butanol, un nouveau biocarburant prometteur. Gevo est également parvenu à convertir la biomasse cellulosique en iso-butanol et à le convertir en kérosène.

Global Bioenergies (société française) construit des organismes capables de transformer des carbohydrates (amidon, sucres) en hydrocarbures chimiquement identiques à ceux distillés depuis le pétrole, en passant par le composé isobutène.

Le Joint Bioenergy Institute, du département de l'énergie des États-Unis (DOE) utilise la BS pour biodégrader la biomasse en biodiesel.

LS9, Inc (société américaine), a développé l'Ultra Clean, un produit fabriqué à l'aide de la BS. Ces micro-organismes utilisent le sucre de canne ou la biomasse cellulosique pour créer des hydrocarbures hautement énergétiques pour les transports.

Source : rapport de la Commission présidentielle américaine de bioéthique, p. 99

Une société basée à Evry, Biométhodes, cherche à convertir en sucres simples, non seulement de la cellulose, mais aussi d'autres composants de la matière végétale, hémicellulose et lignine.

Les recherches actuellement en cours à l'Université de Technologie de Californie (Caltech) montrent que les micro-organismes ne sont pas les seuls moyens pour fabriquer des « carburants solaires ». Ce serait également possible grâce à une « feuille artificielle » qui simule la photosynthèse de la chlorophylle ou encore un oxyde de cuivre qui serait capable d'absorber la lumière66(*).

Ø La photosynthèse à partir d'algues

Pour fabriquer du biocarburant à partir des algues, les cellules sont cultivées, récoltées et traitées chimiquement ou thermiquement en vue de récupérer l'huile contenue dans les cellules d'algues, appelée « bio-huile ».

Une stratégie alternative à ce procédé, en cours de développement mais qui n'a pas encore été mis en oeuvre à l'échelle industrielle, consiste à transformer les algues afin qu'elles secrètent de l'huile de façon continue à travers la paroi cellulaire, ce qui accroît leur rendement. Grenoble compte plusieurs spécialistes du domaine : N. Rolland, E. Maréchal et G. Finazzi (iRTSV/PCV). La production de bio-huile à partir d'algues est considérée comme moins polluante. De plus, grâce à leur capacité à absorber le dioxyde de carbone, les algues offrent l'avantage supplémentaire de contribuer à réduire les émissions de gaz à effets de serre.

Ø L'hydrogène

L'hydrogène est un carburant très recherché, car c'est un combustible propre qui ne rejette que de l'eau. Il est également doté d'une densité énergétique très élevée par unité de poids. Plusieurs pistes de recherche sont explorées pour produire de l'hydrogène. L'une d'entre elles utilise la transformation de la bactérie E. coli comme organisme-hôte, en vue de produire l'hydrogène en complément d'autres biocarburants. Des recherches sont menées à Grenoble par Marc Fontecave et Vincent Artero (iRSTV/CBM). Des algues transformées sont ainsi étudiées pour constituer des sources de bio-hydrogène. Cependant, l'un des problèmes les plus sérieux concernant la filière hydrogène est la difficulté de le transporter, ce qui impose de le comprimer en préservant un bon rendement énergétique global.

PRINCIPALES ENTREPRISES PRODUISANT
DES ALGUES

Aurora Algae (société américaine) cultive des algues dans des systèmes de mares ouvertes alimentés par de l'eau de mer. L'installation pilote de Floride produit approximativement trois tonnes de biomasse par an, avec pour objectif ultime de parvenir à la production de 400 000 tonnes de biomasse d'algues par an.

Joule (société américaine) transforme des algues en vue de produire des hydrocarbures, du bioéthanol et d'autres biocarburants à partir du soleil et des résidus de dioxyde de carbone dans le cadre d'un processus continu comprenant une seule étape. Les opérations pilotes sont actuellement en cours, un développement commercial étant planifié pour 2012.

Solazyme (société américaine) utilise de la photosynthèse dans des algues pour produire un biocarburant fabriqué à base d'huile, à une échelle industrielle, avec des capacités de production s'élevant actuellement à des dizaines de milliers de gallons (soit plusieurs fois environ 38 000 litres).

En juillet 2010, Solazyme a livré, à la Marine américaine, 1 500 gallons (soit près de 6 000 litres) de kérosène fabriqué à base d'algues.

Synthetic Genomics Inc. (société américaine) a transformé des lignées d'algues en vue de produire une huile qui peut être utilisée comme matière première dans les raffineries, en utilisant un processus continu de production qui évite le cycle intermittent de culture et de récolte. En juillet 2009, Synthetic Genomics a conclu un contrat pluriannuel d'un montant de 600 millions de dollars avec ExxonMobil.

Source : rapport de la Commission présidentielle américaine de bioéthique, p. 61

Outre la fabrication d'une nouvelle génération de biocarburants, la BS pourrait également contribuer à fabriquer de l'électricité synthétique. Ainsi, l'ONG canadienne ETC fait-elle état des travaux de Yuri Gorbi, alors chef du Laboratoire national pour le Pacifique Nord-ouest du Département de l'Energie des États-Unis, qui indiquait en 2006 avoir produit de petites quantités d'électricité à l'aide de bactéries, organisées en nanofils naturels67(*). En 2008, une équipe a ainsi présenté au concours iGEM un projet appelé « Bactricity », basé sur la bactérie Shevanella oneidensis en vue d'assembler les cellules dans des fils et de transporter l'électricité.

3° La chimie

Lors de l'audition publique du 4 mai 2011, Philippe Soucaille, directeur de METabolic EXplorer, société créée en 1999 et dont le siège est à Clermont-Ferrand, a déclaré : « Metabolic Explorer ne s'intéresse pas aux biocarburants, parce qu'à très court terme, en tout cas, on n'y croit pas. On veut fabriquer des produits qui soient économiquement rentables. C'est pour cela qu'on s'est intéressé aux produits chimiques de commodité et aux produits chimiques existants. »

Avant de rappeler quels sont ces produits, il n'est pas sans intérêt d'évoquer les méthodes de production, concernées elles aussi par les applications potentielles de la BS. Philippe Soucaille a souligné que les principes présidant à ces méthodes de production reposaient sur l'obtention rapide des bactéries  « performantes », rendant plus efficaces les procédés de production, et amenant une économie de 30 % par rapport à la chimie traditionnelle.

Dans ces perspectives, Metabolic Explorer, seconde PME de BS au monde par sa taille, s'appuie sur trois piliers :

- la plate-forme de bio-informatique qui permet d'identifier la meilleure voie pour obtenir un produit,

- la plate-forme de biologie moléculaire, qui produit, avec des débits importants, des souches recombinantes ayant les propriétés voulues,

- la plate-forme d'analyse et de fermentation : elle permet d'analyser la cellule, avant de procéder à des améliorations,

Metabolic Explorer développe cinq produits, qui sont à des stades d'avancement variables :


· deux produits sont fabriqués en partenariat avec Roquette, un amidonnier français qui figure parmi les cinq leaders mondiaux :

Le premier est la L-Méthionine : c'est le seul acide aminé fabriqué grâce à des processus chimiques, généralement à partir du propylène, un dérivé du pétrole. Deuxième acide aminé le plus vendu au monde, la L-Méthionine est notamment utilisée pour l'alimentation des poulets et des porcelets.

Le second produit est l'acide glycolique, qui est un acide obtenu à partir d'extraits de fruits fabriqués, en chimie classique, à partir de formol (formaldéhyde). Ce composé est actuellement utilisé dans des produits de soin de la peau, en cosmétique ou encore pour équilibrer l'acidité des formulations industrielles. C'est surtout un composant essentiel à la fabrication de plastiques issus de matières premières agricoles. Metabolic Explorer développe un procédé de production à fort rendement de l'acide glycolique à partir du glucose, pour l'industrie des plastiques biosourcés. Par ailleurs Metabolic Explorer développe par ses propres procédés trois produits :


· Le 1,3 propanediol ou PDO : c'est un composé chimique de base aux qualités physiques exceptionnelles, qui entre dans la fabrication de fibres de polyester. Il est utilisé pour obtenir des textiles performants, des semelles de chaussures de sport, des revêtements, des moquettes ou encore des films thermoplastiques. En chimie classique, le PDO est produit à partir de l'oxyde d'éthylène, un dérivé du pétrole et ce, à un coût très élevé. Metabolic Explorer a mis au point un procédé permettant de produire du PDO par voie biologique à partir du glycérol, un sous-produit issu de la production de biodiesel.


· Le butanol : produit de base essentiel pour l'industrie chimique, il est fabriqué à partir de dérivés du pétrole. Il entre dans la composition de très nombreux produits, tels que les peintures, les revêtements, les adhésifs ou encore les solvants. Le projet de Metabolic Explorer est de produire du butanol à partir de la bactérie Clostridium.


· Le 1,2 propanediol ou MPG : le MPG est un composé chimique de base, produit à partir de l'oxyde de propylène (PO), issu de matières premières fossiles. Ce composé chimique est utilisé pour des applications en refroidissement, dans des produits d'hygiène et dans certains aliments. Il est aussi un composant important de résines de polyesters insaturées utilisées dans des articles d'ameublement et de salle de bains. Metabolic Explorer emploie un procédé de fermentation pour produire le MPG.

Philippe Soucaille a indiqué que le marché mondial de ces différents produits se situait entre 1,5 et plus de 3 milliards d'euros et que la plupart des projets les concernant seraient achevés d'ici un à deux ans.

4° L'environnement

Les applications de la BS dans le domaine environnemental visent généralement le contrôle de la pollution et de la protection des milieux naturels, à travers ce qui s'appelle la bio-remédiation. Cette technique est déjà utilisée dans le nettoyage des marées noires. Les bactéries du genre Rhodococcus et Pseudomonas - entre autres - absorbent et dégradent de nombreux composants du pétrole, pour les transformer en sous-produits moins toxiques. A cet égard, la Commission présidentielle américaine de bioéthique fait observer que l'utilisation de micro-organismes pour lutter contre la marée noire ayant endommagé le golfe du Mexique en 2010 a montré qu'ils pouvaient réduire certains types de pollution et a ainsi fait la preuve d'une efficacité prometteuse pour l'avenir.

La fabrication de bio-films synthétiques fournit une autre illustration des possibilités offertes par la BS dans le domaine de la protection de l'environnement. Ces bio-films en cours de développement sont destinés à être utilisés comme des bio-senseurs, en vue, par exemple, de contrôler la qualité nutritive des sols ou les signes de dégradation de l'environnement. La conception de bio-surfacteurs pourrait, selon la Commission présidentielle américaine de bioéthique, accroître l'efficacité de la bio-remédiation et minimiser les effets dommageables de certains polluants. La Commission estime que les bio-surfacteurs, naturellement produits par les bactéries, les levures ou la moisissure de champignon n'ont d'effets dommageables ni pour les environnements aquatiques, ni pour les éco-systèmes terrestres.

Pour sa part, le rapport de la Royal Academy of Engineering considère que, dans un délai de cinq ans, des bio-senseurs pourront détecter une série de produits toxiques et de métaux lourds.

5° L'agriculture

Dans ce domaine, le rapport de la Royal Academy of Engineering cite deux catégories d'applications potentielles de la BS. Il s'agit d'abord du développement de nouvelles cultures transformées qui pourront servir à la fabrication de biocarburants, tout en permettant d'obtenir une production vivrière optimale. Il en serait ainsi des matières premières provenant de cultures telles que le panic érigé, le miscanthus 68(*), le sorgho et le sucre de canne. Les modifications génétiques que ces plantes auront subies permettraient d'améliorer les cultures et les rendements du sucre, ainsi que de faciliter la digestion de la fibre de cellulose.

La deuxième catégorie d'applications concernerait la production de nouveaux types de pesticides, qui ne créeraient pas de dommages pour l'environnement et la santé.

6° Autres applications

Sous cette catégorie imprécise, le rapport de la Royal Academy of Engineering69(*) range la fabrication d'une version synthétique de la soie produite par l'araignée. Le rapport de la Royal Academy of Engineering rappelle que des populations du Sud de l'océan Pacifique utilisent la soie de la toile d'araignée pour fabriquer des filets de pêche et des pièges, en raison de sa solidité et de sa légèreté. La fabrication de sa version synthétique repose sur la réingénierie du système de sécrétion de la bactérie Salmonella typhimurium, le processus permettant de secréter les protéines de la soie d'araignée. Ces recherches, effectuées par Chris Voigt et son équipe de l'Université de Californie à San Francisco, seraient à un stade très avancé, en vue d'une production à brève échéance à l'échelle industrielle.

Selon la Royal Academy of Engineering, ce procédé pourrait avoir de multiples applications, dans des secteurs tels que l'aviation ou l'industrie automobile, qui ont besoin de matériaux à la fois robustes et légers.


* 57 The Royal Academy of Engineering, « Synthetic Biology : scope, applications and implications », Londres, mai 2009.

* 58 Le rapport cite l'artémisinine, une molécule destinée à lutter contre le paludisme et la sécrétion de protéines de soie à partir de la toile d'araignée, ce dernier procédé étant issu de la réingénierie du système de sécrétion de la bactérie, Salmonella typhimurium.

* 59 Un communiqué de 2005 du CNRS indiquait que des chercheurs français avaient mis en évidence le mécanisme d'action de l'artémisinine. Il relevait que la capacité de production de l'artémisinine était alors de 5 à 6 tonnes par an, tandis que la quantité nécessaire pour traiter les 400 à 600 millions de cas de paludisme recensés chaque année serait de l'ordre de 300 tonnes.

* 60 Wilfried Weber et Martin Fussenegger,« The impact of synthetic biology on drug discovery», Drug discovery today, Vol.14, octobre 2009.

* 61 François Képès, « La BS : développements, potentialités et défis », Réalités industrielles, février 2010, p.11.

* 62 Le phage est un virus qui s'attaque à certaines bactéries.

* 63 Warren C. Ruder, Ting Lu, James Collins, « Synthetic Biology moving into the Clinic», Science, 2 septembre 2011.

* 64 Par opposition aux cellules souches embryonnaires, les cellules souches pluripotentes induites ont pour origine une cellule adulte somatique redevenue pluripotente grâce à l'action de facteurs de croissance.

* 65 La transfection consiste dans l'introduction d'un ADN étranger dans une cellule d'eucaryote supérieur cultivée in vitro.

* 66 Claudine Mulard, « L'aventure des carburants solaires », Le Monde, 9 août 2011.

* 67 ETC,  «The New Biomasters», 2010.

* 68 Le miscanthus est un genre de plantes herbacées vivaces de la famille des graminées, originaire d'Afrique et d'Asie du Sud.

* 69 The Royal Academy of Engineering « Synthetic Biology : scope, applications and implications », 2009.