Optimiser le vivant

Biologie de synthèse : comment ingénieurs et multinationales veulent fabriquer la vie

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Thérapies plus efficaces, bactéries anti-pollution, carburants synthétiques… La biologie de synthèse nous réserverait un futur plein de promesses. Et attire les investissements des plus grands groupes mondiaux de biotechnologies, de l’énergie ou de l’agroalimentaire. Mais fabriquer artificiellement la vie, à partir d’ADN construit en laboratoire et d’usines à gènes brevetés, suscite de nombreuses interrogations. Alors que les premiers organismes intégralement conçus par ordinateur commencent à prendre vie, des ingénieurs rêvent déjà de planifier l’évolution et de corriger les « imperfections » de la nature. Enquête.

« Fabriquer la vie ». Ainsi pourrait se résumer l’ambition de la biologie de synthèse. Cette branche des biotechnologies veut créer de toutes pièces des organismes vivants, inconnus à l’état naturel. Et aller plus loin encore que les OGM, qui modifient le code génétique d’un organisme pour lui donner une nouvelle fonctionnalité – croître plus vite ou résister à un pesticide. Avec la biologie de synthèse, nous entrons dans une autre dimension : on quitte le bricolage des gènes, pour aller vers une fabrication à grande échelle d’organismes artificiels, après modélisation et simulation informatique.

« Un nouveau monde s’ouvre à nous », décrit le site de présentation du ministère de l’Économie. La biologie de synthèse, nouvel eldorado techno-scientifique, « pourrait apporter des thérapies plus efficaces, des médicaments moins chers, de nouveaux matériaux facilement recyclables, des biocarburants, des bactéries capables de dégrader les substances toxiques de l’environnement », s’enthousiasment les pouvoirs publics. Les géants de la chimie, de l’énergie, de l’agrobusiness et de la pharmacie – comme BP, Exxon Mobil, BASF ou Cargill – sont sur les rangs, mais aussi ceux de l’informatique, comme Microsoft ou Google [1]. La biologie de synthèse apporterait, selon ses promoteurs, la promesse de remplacer à terme le secteur de la chimie, avec des recettes miracles pour faire face aux pollutions et à l’épuisement des ressources.

Briques d’ADN pour lego vivant

Le développement de la discipline est pourtant récent. En 2010, après 15 ans de travail, une équipe de l’institut Craig Venter aux États-Unis crée une bactérie d’un genre nouveau : son unique chromosome est composé d’ADN entièrement fabriqué par les chercheurs. C’est le premier organisme vivant construit artificiellement. « Voici sur cette planète la première espèce capable de se reproduire ayant pour parent un ordinateur », s’enflamme son créateur, Craig Venter [2]. Même si, pour le moment, il s’agit surtout de recopier la vie, en recréant en laboratoire les composants de base du code génétique.

Comment ça marche ? Des séquences d’ADN sont fabriquées « sur mesure », après modélisation informatique, puis reliées ensemble via des enzymes et bactéries. L’ADN ainsi synthétisé est inséré dans un châssis biologique – une bactérie ou une levure par exemple – pour pouvoir « fonctionner ». L’ADN synthétique est comme un logiciel, inséré dans un châssis-ordinateur. « Les gènes, les protéines, entre autres, sont à la cellule ce que les transistors, les condensateurs et les résistances sont à l’ordinateur », expliquent les chercheurs de l’université de Princeton [3]. Une sorte de lego du vivant, à base de « bio-briques » d’ADN standardisées, originales ou recopiant des briques d’ADN déjà existantes dans la nature.

Des usines à gènes

Les crédits de recherche dans ce domaine connaissent une croissance exponentielle depuis quelques années. Car les applications possibles seraient innombrables. Des produits arrivent déjà sur le marché : des bioplastiques issus du maïs, des tissus synthétiques à base de sucre céréalier, une saveur biosynthétique de pamplemousse ou du biodiésel. Les investissements se concentrent notamment sur le secteur de l’énergie, avec la production de micro-organismes ou d’algues modifiées capables de transformer de la biomasse en carburant. Les recettes de l’après-pétrole sortiront-elles des laboratoires de biologie de synthèse ?

Le groupe pétrolier Exxon a déjà investi 100 millions de dollars pour développer un carburant à partir d’algues, en partenariat avec l’entreprise Synthetics Genomics, dirigé par Craig Venter. BP a consacré 500 millions de dollars pour le développement d’agrocarburants synthétiques, au sein de l’Energy Biosciences Institute. Quant à la Fondation Bill & Melinda Gates, elle finance la recherche d’applications médicales à hauteur de 43 millions de dollars... Deux types d’entreprises se partagent actuellement le marché. Celles qui fabriquent les composants de base, les gènes synthétiques : les « fonderies à gènes » comme Tech Dragon à Hong-Kong et Gene Art en Allemagne, dont le catalogue comprend des séquences génétiques du cerveau, du foie ou du cœur humain, ou DNA 2.0 aux États-Unis, qui propose aussi un logiciel gratuit pour « concevoir des séquences [d’ADN] sans être limité par ce que la nature peut offrir ». Ensuite, des entreprises de biotechnologies créent et commercialisent des organismes à partir de ces gènes, comme Synthetic Genomics aux États-Unis. 3 000 chercheurs d’une quarantaine de pays travailleraient dans le secteur de la biologie de synthèse.

Privatisation des ressources naturelles

En France, quelques équipes de recherche, du Génopole d’Évry, se sont attelés à la biologie de synthèse, ainsi que sept entreprises de biotechnologie [4], selon un recensement du ministère de la Recherche. Celui-ci ambitionne de passer à la vitesse supérieure : « Il existe en France un gisement de compétences à mobiliser, permettant de viser une position mondiale de second ou troisième » [5]. En 2007 a été créé l’Institut de biologie systémique et synthétique (iSBB), qui comprend notamment la plate-forme abSYNTH, dont les équipements sont mis à disposition des entreprises et universités.

Total a créé un département Biotech avec un axe sur la biologie de synthèse en 2009. Le groupe pétrolier est devenu un important actionnaire de la société de biotechnologie Amyris (États-Unis). Celle-ci dispose d’une plateforme de biologie de synthèse de pointe, permettant de construire très rapidement des levures, qui deviennent de « véritables usines vivantes, optimisées pour fermenter des sucres et pour produire des molécules », qui sont ensuite transformées en agrocarburants [6]. Dans le secteur de la santé, c’est le groupe français Sanofi qui mène la danse. En 2013, Sanofi a annoncé la production à grande échelle d’artémisinine semi-synthétique, un principe actif utilisé contre le paludisme. Après dix années de recherche, financées par la Fondation Bill et Melinda Gates, un procédé a été breveté par Amyris [7], et une licence est octroyée à Sanofi.

Vers la fin de l’agriculture « naturelle » ?

Problème : cette production entre en concurrence avec celle d’artémisinine naturelle, dont vivent aujourd’hui des milliers d’agriculteurs. Un cas d’école concernant la biologie de synthèse, estime la Fondation Sciences citoyennes : un projet en apparence inattaquable car répondant à des enjeux de santé publique, des collusions entre scientifiques et entrepreneurs qui innovent dans les universités mais déposent des brevets via leurs start-up, puis cèdent les licences à des grandes entreprises. Avec le risque de captation de profits par des multinationales, pour des ressources génétiques également disponibles à l’état naturel [8].

La concurrence entre production agricole et production industrielle biosynthétique pourrait concerner demain le réglisse, la vanille ou le caoutchouc : des produits de substitution, issus de la biologie de synthèse, sont déjà au point. Le fabricant de pneumatique Goodyear et le groupe DuPont ont lancé des recherches sur un micro-organisme synthétique produisant de l’isoprène utilisé pour la fabrication de pneus. Ce qui pourrait mettre en péril l’économie des vingt millions de familles qui dépendent aujourd’hui de la production de caoutchouc naturel. Michelin travaille sur des projets similaires avec Amyris. La biologie de synthèse permet de produire à moindre coût des produits à haute valeur ajoutée – huiles essentielles, saveurs et fragrances, composés médicinaux ou ingrédients pour cosmétiques. « Des solutions de rechange synthétiques moins coûteuses qui ne dépendent pas de zones de culture, de conditions ou de producteurs spécifiques », décrit l’ONG canadienne ETC, qui a publié de nombreux rapports sur le sujet. Son émergence marquera-t-elle le début de la fin pour l’agriculture ? Car les brevets se multiplient. Amyris déploie beaucoup d’énergie pour faire breveter la biosynthèse des isoprénoïdes : cette classe compte plus de 55 000 composés naturels, dont le caoutchouc, l’huile de neem, l’huile de palme, le parfum de patchouli et l’huile de pin.

Biologie de synthèse : une technologie miracle ?

Les profits attendus sont immenses. La biologie de synthèse « apparaît comme la solution miracle qui devrait permettre de relancer la croissance, tout en préservant l’environnement, décrivent la chercheuse Bernadette Bensaude-Vincent et la journaliste Dorothée Benoit-Browaeys [9]. Tout comme les nanotechnologies, ou comme la géoingénierie, elle fonctionne sur l’espoir de résoudre les problèmes posés par les technologies d’hier grâce aux technologies de demain ». Crise énergétique, maladies de civilisation, pollutions... La biologie de synthèse aurait réponse à tout. Après la bulle internet, voici donc la bulle « synbio » : « Mêmes mécanismes d’investissement sous-tendus par une économie de la promesse, mêmes prévisions de croissance exponentielle. »

Les applications dans les secteurs de la santé et de l’énergie se diffusent déjà. Sans débat public sur les enjeux, sans contrôle par les autorités, sans réflexion sur l’impact sanitaire de la dissémination de ces molécules synthétisées, ou les risques pour l’environnement. Des organismes vivants, même artificiels, ça se reproduit. Donc ça se diffuse ! Et si la biologie de synthèse permet de produire des vaccins beaucoup plus rapidement, ces techniques peuvent aussi servir à fabriquer des virus, avec tous les risques possibles de détournements d’usage et de bioterrorisme. La législation, comme souvent, est en retard. Voire inexistante. Des scientifiques recommandent que les activités de recherche en biologie de synthèse se déroulent uniquement dans des laboratoires très sécurisés, de niveau de biosécurité P3 ou P4 (pour pathogène de classe 3 ou 4) où virus et bactéries sont manipulés sous haute-protection. En 2012, plus d’une centaines d’organisations internationales ont demandé un moratoire sur les usages commerciaux de la biologie de synthèse.

Dispositif-suicide pour gérer l’incertitude

En France, qu’en pensent les pouvoirs publics ? « La Délégation générale pour l’Armement (DGA) a réalisé une base des données des acteurs de la biologie de synthèse et a identifié les options biosécuritaires », décrit de manière lapidaire un rapport du ministère de la Recherche. Une veille sur la biologie de synthèse est organisée, ainsi qu’une « réunion interministérielle annuelle de concertation ». Mais, précise le rapport, « afin de ne pas pénaliser les avancées de la recherche dans ce domaine, il faut intégrer le risque nouveau avec une attitude d’incertitude positive ». Impossible de savoir ce que signifie ce principe de précaution version « positive attitude ».

Les chercheurs planchent sur des solutions pour limiter la dissémination. Comme la possibilité que les organismes synthétiques s’autodétruisent quand ils ont terminé leur travail, grâce à un « dispositif-suicide ». Ou qu’ils ne puissent pas se reproduire, à l’image du gène « Terminator », qui rend stériles les graines OGM de seconde génération. Mais les organismes peuvent évoluer et s’adapter, suite au croisement avec d’autres organismes naturels ou modifiés, ou à des mutations spontanées. « On peut faire en sorte que la bestiole dépende de l’homme pour se nourrir. Mais elle peut évoluer. Dans 10-15 ans, elle aura trouvé un autre moyen de s’alimenter, par symbiose par exemple, » explique le chercheur François Kepès, de l’ISSB [10].

Vers un nouvel « alphabet du vivant » : la xénobiologie

Le nombre limité d’entreprises qui fabriquent les gènes synthétiques laisse penser que le secteur peut être réglementé. Les banques de séquences ADN standardisées comme BioBricks ou GenBank peuvent être soumises à des réglementations. Une autre solution est avancées par des chercheurs : le « confinement sémantique ». Pour éviter les contaminations d’ADN artificiel, il suffirait d’utiliser d’autres bases que celles existantes – les bases A (adénine), T (thymine), G (guanine) et C (cytosine), qui composent le « squelette » de l’ADN. Changer « l’alphabet du vivant » en quelque sorte, le langage génétique qui sous-tend toute forme de vie sur la planète. C’est ce que propose le projet Xenome, piloté par le biologiste Philippe Marlière au Génopole d’Evry, auquel participe le Commissariat à l’énergie atomique. Cette nouvelle branche de la biologie de synthèse – la xénobiologie – vise à créer, à côté de l’ADN qui existe depuis trois milliards d’années, un autre code. Plus les créatures artificielles sont éloignées de la biodiversité terrestre, moins les risques d’interférences seront importants.

La xénobiologie empêcherait donc la contamination d’ADN. Et permettrait le développement de la biodiversité, estime Philippe Marlière [11] : « La biodiversité terrestre est étriquée et imparfaite. Elle pourra être élargie et dépassée en inventant des mondes vivants parallèles ». « La biosphère rafistole ses dispositifs au fil de l’eau et bricole pour en créer de nouveaux », poursuit Philippe Marlière. Cette évolution par bricolage et rafistolage « révèle l’impasse faite sur une multitude d’autres assemblages chimiques qui auraient conduit à des organismes radicalement différents de ceux que nous connaissons aujourd’hui. La xénobiologie n’est rien d’autre que le projet d’engendrer cette biodiversité inédite en vue de l’explorer scientifiquement et de l’exploiter industriellement. » Une biodiversité artificielle, construite par des ingénieurs dans des labos. Des ingénieurs qui planifient la vie et son évolution...

Biohackers et bidouille génétique « open source »

Face aux risques de privatisation du vivant par la biologie de synthèse, un autre courant émerge, cette fois inspiré de l’open source et de l’accès libre au savoir. Le principe : pas de brevet sur les gènes. Les « biobriques », bases de la biologie de synthèse, seraient accessibles à tous, et non privatisées par des entreprises ou des labos de recherche. La biologie de synthèse à la portée de tous. C’est ce que défendent les « biohackers », qui bricolent du code génétique à partir d’informations disponibles sur internet et de matériel d’occasion acheté pour trois fois rien. Avec la baisse des coûts du séquençage de l’ADN, il est désormais possible de bidouiller de la génétique dans son garage.

On peut commander à un laboratoire, qui le fabrique sur mesure, un segment d’ADN de synthèse conçu sur son ordinateur. En France, cette biologie de synthèse « Do-it-Yourself » se développe notamment autour du biohackerspace La Paillasse, un « laboratoire communautaire pour les biotechnologies citoyennes », à Vitry-sur-Seine. Des collectifs de passionnés fleurissent aux États-Unis. Comme le groupe DIYbioDo-it-Yourself Biology, à San Francisco, où on apprend à extraire l’ADN de sa salive avec une pincée de sel, du liquide vaisselle, du jus de pamplemousse et du rhum. Vous vous voulez synthétiser de l’ADN humain ? Pas de panique, la recette est en ligne : il est possible de télécharger sur internet des séquences de génome humain (ici), aussi facilement qu’un film !

Que deviennent les organismes trafiqués ?

« Les débats sur l’open source en matière de biologie de synthèse semblent plus une diversion sur des recherches sans grand enjeu industriel ; les séquences d’ADN stratégiques sont, elles, privatisées », tranche Dorothée Benoit-Browaeys. Le bricolage d’ADN dans la chambre d’ami n’augure rien de bon du point de vue dissémination. Le témoignage de Josh, informaticien et biohacker californien est éloquent : « Quand je modifie mes bactéries pour qu’elles produisent de l’éthanol, j’introduis également une seconde modification qui les rend résistantes aux antibiotiques. Puis j’injecte des antibiotiques dans leur bocal pour faire le tri : seules celles sur lesquelles la modification a réussi survivent. » Que fait Josh avec ces stocks de bactéries génétiquement modifiées résistantes aux antibiotiques, qui « pourraient transmettre leur résistance à d’autres bactéries pathogènes, dangereuses pour l’homme » ? Mystère.

La diffusion de la biologie de synthèse auprès d’un large public est aussi favorisée par la grande compétition IGEM (International Genetically Engineered Machine). Plus de 200 équipes étudiantes du monde entier sont invitées chaque année à inventer de nouvelles constructions en biologie de synthèse, à partir d’un répertoire d’environ 12 000 bio-briques standardisées et open source. Parmi les créations 2013 : la première machine à calculer bactérienne, par des étudiants de Toulouse [12], une version biologique du jeu Démineur par l’équipe de Zurich, ou une pile bactérienne que l’on peut imprimer soi-même avec une imprimante 3D... Chaque équipe étant sponsorisée par des entreprises, ici EADS, Sanofi, Novartis, Syngenta ou Sofiprotéol.

Devenir soi-même un châssis pour ADN artificiel

Novembre 2012. Dans l’amphithéâtre d’une école de chimie de Paris, une équipe d’étudiants présentent son projet pour le concours IGEM. De l’ADN a été injecté dans un têtard, devenu « châssis » pour biologie de synthèse. Le public interroge : quelles limites à la modification du vivant ? Quel statut pour les organismes créés ? « Un têtard, ce n’est pas vraiment un truc vivant », lâche un des étudiants. Certains d’entre eux portent un bracelet en plastique vert, remis lors d’un rassemblement IGEM : « Ça veut dire qu’on est d’accord pour devenir nous-mêmes des châssis », précisent-ils. De faire des tests sur eux-mêmes, donc. « Je suis étonnée de la candeur des étudiants IGEM. On les forme en leur disant que "tout est possible", dans une atmosphère joyeuse et bon enfant, décrit Catherine Bourgain, chercheuse, présidente de la Fondation sciences citoyennes et membre de l’Observatoire national de la biologie de synthèse. Beaucoup de jeunes n’ont pas de recul critique, sont d’une naïveté confondante. La règle, c’est "libère ta créativité". C’est flippant. »

Vers où ces étudiants, futurs chercheurs en biologie de synthèse, feront-ils avancer la discipline ? Quel contrôle les autorités publiques auront-elles sur les futurs développements ? Quelle formation des citoyens pour comprendre les enjeux ? « Le défi crucial est de créer les conditions pour que les avancées de la biologie de synthèse s’opèrent résolument dans un climat de confiance citoyenne et d’innovation manifestement responsable », avance le ministère de la Recherche. Un débat responsable, préconisé par Geneviève Fioraso, ministre de la Recherche, dans un rapport pour l’Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques, en 2012. Notamment pour « empêcher les dérives qui ont marqué les débats sur les OGM et les nanotechnologies » (sic). Pour le moment, le « dialogue public » est au point mort. Le débat semble déjà tranché.

Agnès Rousseaux

@AgnesRousseaux

Photos de Une : ADN et Nano (source). Par ordre : Cellule (CC rei-san) / Plants de riz mis en culture (CC International Rice Research Institute) / Laboratoire de classe P4 (sécurité maximale) de l’Inserm à Lyon (Inserm/P. Latron) / Banque de ressource génétique (CC International Center for Tropical Agriculture) / Grenouilles fluorescentes (CC de Muhammad Fahim)

Notes

[1Une enquête réalisée en 2012 par l’ONG canadienne ETC Group a révélé qu’à l’échelle planétaire, « les principaux investisseurs et promoteurs reliés au domaine de la biologie synthétique comprennent six des dix plus grandes entreprises chimiques, six des dix plus grandes entreprises productrices d’énergie, six des dix plus importants négociants en grains et sept des plus grandes entreprises pharmaceutiques ».

[2Cette bactérie est composée d’un seul chromosome, contenant 1,155 million de paires de base. Une molécule d’ADN est formée de deux brins en forme d’hélice sur lesquels sont placés quatre types de bases complémentaires, liées deux à deux : adénine (A) et thymine (T), cytosine (C) et guanine (G).

[3Cités par Frédéric Gaillard, Innovation scientifreak : la biologie de synthèse, Editions L’échappée, 2013. A lire également sur le site du collectif Pièces et main d’oeuvre.

[4Une à Clermont-Ferrand, une à Nîmes, et cinq en Île-de-France. Source.

[5Ministère de la Recherche, Stratégie nationale de recherche et d’innovation, 2011. Lire ici.

[6Source : Total.

[7L’entreprise a conçu une souche de levure modifiée qui produit de l’acide artémisinique à partir du glucose. Ce composé permet ensuite la production d’artémisinine.

[8L’objectif de Sanofi est de « produire 35 tonnes d’artémisinine en 2013 et 50-60 tonnes en moyenne en 2014. Il permettra de satisfaire en bonne partie la demande du marché ». Source : Sanofi. Voir également la synthèse réalisée par la Fondation Sciences citoyennes sur l’artémisinine.

[9Bernadette Bensaude-Vincent et Dorothée Benoit-Browaeys, Fabriquer la vie, Où va la biologie de synthèse ?, Éditions du Seuil, 2011.

[10Intervention lors des Assises du vivant, le 30 novembre 2012, à l’Unesco.

[11Lire ici.

[12Voir le détail ici.

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