Nouveau chapitre d’une longue histoire

 

Kandinsky W. Composition 8 Kandinsky W. Composition 8

En tant que chercheur en microbiologie, je me suis intéressé ces dernières années au développement du domaine très à la mode de la biologie synthétique. De nouveaux laboratoires se forment, les startup se multiplient, les grands groupes investissent à plein, l’argent coule à flots... Quelle est cette discipline qui sonne comme un frankenstein des temps modernes ? Quelles sont ses possibilités ? Quelles sont ses limites ? Comme vous allez le découvrir, la biologie synthétique n’est pas une tendance passagère. Impliquée dans tous les secteurs clés, énergie, santé, environnement, elle est au coeur des débats éthiques d’aujourd’hui et de demain.

 

Il faut tout d’abord replacer les termes dans leur contexte. plusieurs notions différentes sont souvent confondues, tandis que des concepts identiques portent des noms différents. Biologie synthétique, génie génétique, organismes génétiquement modifiés, biotechnologies, mettons un peu d’ordre dans tout cela.

 

| L’homme s’empare de l'ADN

 

La biologie synthétique est avant tout une branche d’un ensemble plus vaste : le génie génétique. Les techniques permettant de manipuler le génome d'un organisme vivant, c'est-à-dire son ADN, datent des années 90. Elles ont été rendues possibles par 3 technologies clés :

  • Les enzymes de restriction (1970), des protéines coupeuses d'ADN, qui permettent de faire du "copier-coller" avec l'information génétique.
  • La PCR (Réaction en Chaîne par Polymérase - 1986), qui permet de multiplier un fragment donné d'ADN et donc d'en obtenir assez pour le manipuler.
  • Le sequençage de l'ADN (1975), qui permet de "lire" la séquence d'un brin d'ADN, et ce au point de lire des génomes entiers.

Une fois ces 3 technologies développées, le génie génétique s'est attaqué à toutes les formes de vie imaginables. D'abord les plus simples, les bactéries, puis des plus complexes, comme les levures, les nématodes (des vers microscopiques), les drosophiles, les poissons zèbres, les souris, les cellules humaines... Tous ces différents modèles ont permis de décupler notre compréhension du monde vivant et ils ont été une révolution dans le domaine de la santé.

 

De manière schématique, le génie génétique permet de modifier un gène donné (un fragment d’ADN) dans un organisme vivant, le retirer, l’amplifier, l’échanger etc., c’est un outil extrêmement puissant ! Chaque gène est responsable de la formation d’une protéine, ayant une fonction bien particulière. En supprimant le gène, on supprime la protéine associée et l’on peut en déduire quelle était sa fonction. Prenons l’exemple de la bactérie Escherichia coli. Cette bactérie, présente dans l’intestin de tous, peut parfois devenir pathogène et causer des infections alimentaires violentes. En retirant un gène responsable de la formation de filaments à sa surface, des sortes de poils faits de protéines, on s’est aperçu que la bactérie virulente devenait parfaitement inoffensive. Ceci permet de mettre en évidence que ces poils superficiels lui sont nécessaires pour devenir infestante. En perfectionnant ce genre d’expériences, on peut aller jusqu’à déterminer exactement comment et sur quels récepteurs à la surface de nos cellules intestinales s’attachent ces poils... C’est ici l’intérêt majeur du génie génétique, car mieux on connaît le détail du mécanisme d’infection d’un agent pathogène, plus on a de chances de pouvoir le bloquer.

 

Le génie génétique permet donc tout simplement de comprendre le rôle physiologique de chaque gène dans le génome d’un organisme vivant. Tel gène interagit avec tel autre, responsable de telle fonction, et ainsi de suite. De plus, sachant que les mêmes gènes se retrouvent dans un grand nombre d’espèces pourtant très éloignées (n’oublions pas que nous partageons 98,7% de notre génome avec le bonobo, et que 60% de nos gènes ont un équivalent chez les drosophiles !) ce type d’expériences nous a permis d’acquérir une très bonne vision d'ensemble du métabolisme de tous les organismes vivants. 

 

| Une pratique ancestrale, de nouveaux outils 

 

Pourquoi donc ce nouveau terme de biologie synthétique ? On peut considérer cette discipline comme une branche du génie génétique classique, où l'accent est mis sur les tâches de synthèse et l'ingénierie qui permet de les réaliser. La biologie synthétique a plus directement pour objectif de faire réaliser une nouvelle fonction précise par un organisme de manière hautement contrôlée, prédictible, et potentiellement applicable à grande échelle. La biologie synthétique est, en quelque sorte, du génie génétique à visée industrielle. Elle peut donc être vue comme la descendante directe de pratiques ancestrales de manipulation des microorganismes comme la fabrication du pain, du vin, du fromage, de la bière etc. Ces pratiques existaient bien avant que l'on ne soupçonne leur existence et leur rôle dans ces processus. Une 1ère frontière a été passée dans les années 1850 lorsque Louis Pasteur montra que le processus de fermentation était dû à des microbes, d'où a découlé le nouveau nom de microbiologie industrielle. Les microorganismes étaient alors modifiés simplement par pression extérieure et sélection naturelle. La 2ème frontière est celle évoquée ci-dessus, l'émergence des techniques de génie génétique, qui ont permis la modification directement par manipulation du génome. Le terme de microbiologie industrielle se transforme maintenant peu à peu en biologie synthétique.

 

Un exemple concret : la production de cortisol par des levures. Développées par l’entreprise pharmaceutique Sanofi en 2003 (1), ces levures productrices de cortisol ont été un grand succès. Le cortisol (ou hydrocortisone) est une hormone stéroïde possédant un puissant effet anti-inflammatoire. Jusque là produit par synthèse chimique, avec plus de 10 étapes coûteuses et polluantes, le cortisol peut maintenant se récolter en une seule étape, simplement en cultivant cette souche de levure modifiée à la manière dont on cultive les levures pour faire de la bière. Un peu de sucre, un peu de nutriments, et elles se chargent elles-même de la synthèse chimique, leur génome a été méticuleusement redirigé vers ce but. Or on parle ici d’une production de plusieurs dizaines de tonnes par an ! Le gain de temps, d’argent, mais surtout la diminution des produits polluants est donc colossale. Plus d'une dizaine d'années de recherche ont été requises pour obtenir ce résultat, car les levures ne produisent pas naturellement du cortisol. Il était donc nécessaire de véritablement chambouler tout le circuit génomique pour parvenir à la production de cette hormone.

 

| Des OGM en tout genre

 

Encore un détail de nomenclature. Que peut-on dire alors du lien entre la biologie synthétique et les OGM ? Le secteur dit des OGM fait plus spécifiquement référence à l’industrie agroalimentaire, dans laquelle on produit des organismes génétiquement modifiés destinés à l’agriculture et l'alimentation. Cependant, toute bactérie modifiée en biologie synthétique afin de réaliser une fonction particulière n’est ni plus ni moins qu’un « organisme génétiquement modifié ». Les scientifiques travaillant dans ce domaine cherchent à tout prix à éviter l’assimilation de la biologie synthétique aux OGM, par crainte de voir déferler sur eux les mouvements anti-OGM « alimentaires ». Cependant tout cela n’aide pas à clarifier les choses pour le grand public. En étant bien clair, génie génétique, biologie synthétique, et OGM sont des secteurs qui s’entrecroisent très largement. Toute action de génie génétique ou de biologie synthétique débouche sur un « OGM » , qu’il soit destiné à l’alimentaire ou non. Le tout est englobé dans le terme encore plus général de biotechnologies.

 

Les OGM sont donc devenus chose commune en biologie, car c’est de très loin notre meilleur outil pour étudier les mécanismes du monde vivant à l’échelle moléculaire. Bien entendu, tout OGM n’est pas bon à prendre, loin de là ! Certains, heurtés par les nombreuses dérives inacceptables du secteur des OGM alimentaires, rangent indistinctement tout OGM sous une catégorie d’antechrist, en considérant que l’homme ne devrait pas ainsi jouer à dieu, en allant modifier ce que mère nature a produit en milliards d’années d'évolution. Ce n’est pas raisonnable. J’espère qu’il apparaîtra clairement à tous, dans les prochaines parties, que les OGM ne sont qu’un moyen, pas un but, qui peut aboutir à des applications tout autant bénéfiques que désastreuses. En recherche médicale par exemple, l’idée de bannir l’usage d’OGM est tout simplement inconcevable. Nous serions bloqués 20 ans en arrière si nous n’avions pas eu la possibilité de modifier génétiquement les bactéries et les cellules humaines pour les étudier. 

 

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La semaine prochaine, je rentrerai dans le vif du sujet en donnant un aperçu aussi complet que possible du panel hallucinant des applications de la biologie synthétique. 

 

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Sources

1. Szczebara, F. M. et al., 2003 - Total biosynthesis of hydrocortisone from a simple carbon source in yeast. Nature Biotechnology.

 

 

 

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