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Il faut démystifier la biologie de synthèse

PROPOS RECUEILLIS PAR LUDOVIC FERY

Biologie synthétique, biologie de garage, biohacking... La biologie semble un peu à l'étroit dans sa définition darwinienne. L'essor de la génétique provoque un grand chambardement, car elle ouvre la possibilité de dompter la vie pour en faire un outil de production. Sans reproduire pour autant les erreurs commises avec les OGM. Éclaircissements avec François Képès, un chercheur référent de cette spécialité.

IT : Qu'entend-on exactement par biologie de synthèse ?

François Képès La biologie de synthèse est l'ingénierie rationnelle de la biologie. Elle regroupe différentes disciplines : les sciences de l'ingénieur, la biologie, les mathématiques, la physique et l'informatique. Son décollage remonte à 2004, lors de la première conférence organisée sur ce thème au MIT.

IT : Quels sont ses objectifs ?

Il y a une part d'ingénierie pure où il s'agit de créer des composants qui n'ont pas d'équivalent dans la nature, afin de répondre à de nouveaux besoins. Un bon exemple est le test de diagnostic Versant, que commercialise Siemens : il est le premier à pouvoir dépister à la fois le VIH et l'hépatite B chez un patient, grâce à une molécule inspirée par l'ADN mais totalement artificielle. Ce n'est pas une simple bête de laboratoire, puisqu'il engendre depuis quelques années un marché annuel de 100 millions de dollars pour 400 000 patients. Mais un deuxième pan de la biologie de synthèse peut être qualifié de réingénierie, car on manipule des organismes existants dans un but précis. C'est ce qu'a fait le biologiste Jay Keasling pour produire dans la levure l'artémisinine, un traitement contre le paludisme normalement extrait d'une plante. Il a pour cela intégré une cascade de réactions chimiques pour aboutir au composé. Le groupe pharmaceutique Sanofi a racheté la licence et prévoit de débuter la fabrication industrielle d'artémisinine en 2012. D'autres retombées, dans l'énergie et l'environnement, sont à prévoir.

IT : Dans ce cas précis, pourquoi ne pas avoir produit l'artémisinine grâce à la chimie de synthèse ?

La solution de la chimie de synthèse a rapidement été écartée, à cause de la complexité du procédé, qui implique une douzaine de réactions dont plusieurs ont un trop faible rendement. A contrario, la biologie de synthèse était économiquement viable pour réaliser un grand nombre de réactions successives sans trop altérer le rendement. Historiquement, on peut faire une analogie entre chimie et biologie de synthèse : au milieu du XIXe siècle, les succès de la chimie analytique ont ouvert la voie à la chimie de synthèse, qui a produit des composés naturels puis artificiels. De même, depuis les années 1990, la biologie analytique passe à grande échelle (génomique et autres «-omiques »), et ses succès nous permettent d'envisager la synthèse de nouveaux dispositifs et systèmes biologiques.

IT : La biologie est-elle une science industrialisable ?

Les projets industriels existent déjà, comme le prouve le test Versant ou la production de l'artémisinine par génie génétique chez Sanofi. Mais la biologie n'est pas une science facilement extrapolable. Par exemple, au niveau du laboratoire, on utilise des réactifs comme des antibiotiques ou d'autres composés coûteux pour déclencher la production de molécules par les micro-organismes, ce qui n'est pas envisageable à grande échelle. Le rendement peut aussi être très réduit, car près d'une protéine sur trois est toxique pour les organismes producteurs quand celles-ci deviennent trop concentrées. Des allers-retours avec la recherche sont à prévoir pendant l'industrialisation, pour sélectionner des souches mieux adaptées ou en créer de nouvelles. Des moyens techniques devront aussi être élaborés pour extraire les molécules d'intérêt. On peut par exemple faire en sorte que le composé soit rejeté par les micro-organismes dans le milieu de culture, ce qui facilite sa purification. Enfin, le dernier défi tient aux propriétés même du vivant. Par définition, une bactérie mute et il en faut un grand nombre pour remplir un bioréacteur. On ne peut donc pas empêcher une certaine dérive génétique par rapport à la souche de départ, ce qui peut là encore altérer le rendement de production.

IT : Éthiquement parlant, ne craignez-vous pas de confusion avec les OGM ?

La biologie de synthèse implique deux phases, celle de conception et celle de construction d'un nouveau système. La phase de conception est quasi-absente du génie génétique traditionnel, qui procède par essai et erreur. Dans notre cas, nous construisons des systèmes plus complexes, ce qui implique par souci d'efficacité d'assister l'expert humain en recourant à l'outil mathématique et informatique. La sophistication de la discipline permet d'envisager de nouvelles voies pour confiner les organismes modifiés. Il existait bien sûr le confinement physique dans des enceintes qui ne communiquent pas avec l'extérieur. Il peut s'y ajouter le confinement nutritif, c'est-à-dire que les organismes créés auront besoin d'une ressource qu'ils ne trouveront pas dans la nature. Enfin le confinement peut être informationnel, en modifiant la chimie du matériel héréditaire pour qu'il diffère de l'ADN ; le risque d'hybridation avec une espèce naturelle devient alors inexistant. Par ailleurs la biologie de synthèse peut s'exprimer sous des formes qui fonctionnent « en éprouvette », comme des systèmes moléculaires sans support vivant.

IT : Quels conseils donneriez-vous aux instances réglementaires pour éviter de freiner l'essor de la discipline ?

L' Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) donne une définition claire du secteur de la biologie de synthèse, et mène des travaux de qualité sur le sujet. Au niveau législatif, il sera important de séparer les procédés des produits finis. L'artémisinine fabriquée par biologie de synthèse n'a en effet rien à voir avec les micro-organismes qui la produisent. Les produits finis subissent la réglementation de leur secteur, médical par exemple. Les procédés faisant appel au génie génétique subissent la réglementation des OGM. Cependant, une réglementation qui ne soit pas figée dans le temps, révisée tous les 5 à 10 ans, paraît la plus adaptée, pour prendre en compte les évolutions du domaine.

IT : Vue la complexité technologique de la discipline, est-ce judicieux de la mettre en débat ?

Pour être acceptée par la société, la biologie de synthèse doit être démystifiée. Les débats relatifs à des progrès techniques peuvent tourner court, comme on a pu le voir dans le cas des nanotechnologies. Pour ne pas reproduire les mêmes erreurs, il est nécessaire de consacrer un temps aux questions éthiques et sociétales lors de chaque conférence, et de convier les organisations non-gouvernementales au débat. Le grand public doit pouvoir s'informer sur le sujet, s'il le souhaite. Les rapports et notes officielles sur le sujet devraient être publiés sur Internet. Dernier point, la sensibilisation des jeunes : les enseignants pourraient servir de relais dans les lycées et les premiers cycles universitaires afin de vulgariser la biologie de synthèse. Des compétitions, comme celle organisée par le MIT (« iGEM », la compétition internationale de biologie de synthèse), sont de bons modèles.

SES 4 DATES

1977 Débute au Weizmann Institute of Sciences, en Israël. 1986 Effectue un stage post-doctoral à l'université de Californie de Berkeley. 2002 Lance le programme « nouvelle biologie », au sein du Genopole à Évry alors qu'il est directeur de recherche au CNRS. 2011 Invité permanent à l'Imperial College de Londres.

GENOPOLE

Créé en 1998 à l'initiative de l'Association française des myopathies, le Genopole est le plus grand parc de recherche consacré aux biotechnologies et à la génétique en France. En plus de la recherche académique, il dispose de seize plates-formes techniques et une soixantaine de compagnies biotechnologiques.

La biologie de synthèse à la rescousse contre le paludisme

Depuis 2005 et la recommandation de l'Organisation mondiale de la santé (OMS) de soutenir l'approvisionnement des antipaludiques, la demande explose sur l'artémisinine. Cette matière première sert à fabriquer les ACT, ces cocktails thérapeutiques donnés dans les régions les plus touchées par le paludisme. Or, la seule source est pour l'instant l'armoise, une plante annuelle soumise aux variations climatiques et à la fluctuation des prix. Dans le cadre de l'initiative Artemisinin Enterprise, financée par la fondation Bill et Melinda Gates, Sanofi développe la biologie de synthèse en complément de la filière agricole. « Nous allions les compétences de la chimie pure, à celles des biologistes et généticiens », résume Laurence Goldenberg, responsable du projet. La R&D a permis d'optimiser le procédé initial mis au point par un chercheur américain pour atteindre la capacité industrielle, et aussi de breveter un procédé inédit de photo-oxydation pour obtenir rapidement de l'artémisinine. L'usine de Sanofi sera opérationnelle dès cette année en Italie, avec une production pouvant livrer50 à 60 tonnes de la molécule dès 2014.

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