Réalisations
En 2015 ont été recensés 116 produits ou applications industriels issus de la biologie de synthèse qui sont sur le marché, ou proches de la commercialisation. Ces produits ou applications relèvent de tous les secteurs biotechnologiques. Quelques exemples suivent.
L'artémisinine est un des médicaments efficaces contre les stades avancés de la malaria.
Elle est extraite d'une plante utilisée dans la médecine traditionnelle chinoise, appelée
armoise annuelle, coûteuse car son rendement est faible. On peut la fabriquer par des
techniques de chimie de synthèse mais le processus reste très laborieux et difficile à
industrialiser, en partie à cause de la forme géométrique asymétrique de la molécule.
En utilisant des techniques de biologie de synthèse, on a créé une souche de levure qui produit l'acide artémisinique, précurseur de ce médicament, qui, par un procédé chimique est transformé ensuite en artémisinine. La pureté et la disponibilité du produit se trouvent nettement améliorées par rapport à la situation précédente.
Depuis 2013, entre 60 et 100 tonnes d'artémisinine sont produites annuellement en usine, ce qui représente entre 1/3 et 1/5 des besoins mondiaux.
Plus de 400 000 patients atteints du SIDA, de l'hépatite, ou des deux maladies, sont suivis
annuellement grâce à un outil de diagnostic très performant, qui peut mettre en évidence avec
une grande sensibilité des molécules d'acide ribonucléique (ARN) spécifiques à ces virus.
L'outil est capable de détecter des concentrations très faibles d'ARN dans une solution à analyser, descendant jusqu'à huit molécules. Cette extrême sensibilité est nécessaire car les patients sont généralement traités pour éliminer le virus, dont les concentrations résiduelles sont par conséquent très faibles. Une méthode alliant chimie de synthèse et biologie de synthèse a permis d'atteindre la sensibilité requise.
Les algues bleues-vertes produisent de faibles quantités d'hydrocarbures. Les gènes responsables de
ce processus ont été identifiés et introduits dans le patrimoine génétique de la bactérie Escherichia
coli, qui fait naturellement partie de notre flore intestinale. Par des techniques de biologie de
synthèse, le métabolisme de la bactérie a été modifié afin de produire en usine des hydrocarbures qui
pourront être utilisés comme biocarburants.
D'autres approches font appel à des levures produisant naturellement beaucoup de lipides qui peuvent être directement utilisés comme tels, ou comme précurseurs de biocarburants.
L'isoprène, utilisé dans la fabrication du caoutchouc, est produit naturellement en faibles quantités
par presque tous les êtres vivants (y compris les humains, les plantes et les bactéries). Le gène codant
l'enzyme responsable de sa synthèse n'a été identifié que chez des plantes comme l'arbre à caoutchouc,
capable de synthétiser le caoutchouc naturel, ressource relativement peu abondante. Des techniques de
biologie de synthèse ont permis de construire un nouveau gène codant cette enzyme, qui de plus, est
optimisé pour fonctionner dans un micro-organisme bien choisi. Le but est d'ouvrir une voie biochimique
à la fabrication du caoutchouc synthétique, qui est aujourd'hui produit exclusivement à partir du pétrole.
L'isobutène, précurseur à la fois de matières plastiques, de caoutchoucs, de lubrifiants, et de carburants, peut désormais être produit industriellement par une voie métabolique sans équivalent dans le monde vivant connu à ce jour, à partir de ressources renouvelables (déchets agricoles ou forestiers, amidon, canne à sucre ou betterave). L'isobutène est produit sous forme d'un gaz, ce qui permet de l'extraire en continu de la culture bactérienne, prévenant ainsi toute toxicité, et simplifiant largement sa purification.
Des bactéries comme Rhodococcus ou Pseudomonas putida peuvent assimiler en petite
quantité des dérivés du pétrole ou les dégrader en substances moins toxiques. Cependant, elles
préfèrent se nourrir des sources traditionnelles de carbone comme le glucose. Par des techniques
de biologie de synthèse, on peut éteindre certains de leurs gènes non essentiels afin de modifier
leur métabolisme : en bloquant l'assimilation de sucres, les bactéries sont obligées de ne consommer
et dégrader que les produits toxiques.
Des millions de personnes dans le monde boivent de l'eau empoisonnée à l'arsenic, dont les effets sont
cumulatifs et lents, mais entraînent de nombreux décès. Les techniques classiques de détection, fondées
sur la fluorescence, sont coûteuses, fastidieuses et nécessitent l'envoi d'échantillons d'eau aux l
aboratoires. Dans des pays dont les puits sont souvent contaminés par l'arsenic (au Bangladesh,
un puits sur deux à quatre), il n'est pas envisageable de tester systématiquement la présence de
ce poison, d'autant que sa concentration varie dans le temps.
Par la biologie de synthèse, on a modifié la bactérie Escherichia coli pour la transformer en détecteur d'arsenic. La bactérie dispose naturellement d'un système de détoxification qui s'active en présence d'arsenic et de la capacité de dégrader le lactose en acide lactique. Le gène responsable du système de détoxification a été isolé, puis couplé au gène impliqué dans le processus de dégradation du lactose. Ainsi, en présence d'arsenic, la bactérie modifiée produit de l'acide lactique, ce qui augmente l'acidité du milieu qui peut être détectée par un simple test de pH réalisé avec du papier tournesol. Le procédé a récemment été amélioré, en particulier pour éviter toute possibilité de contact entre les bactéries et les personnes qui manipulent le test et qui souvent ne sont pas formées à la bactériologie.
Pour parvenir à réaliser ces applications, la biologie de synthèse doit disposer d'outils puissants.
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