L’avenir de la biologie moléculaire

le 6 octobre 2017

La biologie moderne a fait des progrès gigantesques ces dix dernières années. Pour rappel, la biologie dite « moléculaire » d’aujourd’hui a trait à l’étude des acides nucléiques, ADN et ARN alors que ce terme était utilisé dans le courant des années 1950-1960 pour l’étude des substances biologiques simples comme par les sucres et celle des protéines. Par exemple la séquence d’amino-acides de l’insuline a été précisée par le grand biochimiste Frederick Sanger en 1951 et la première élucidation de la structure tri-dimensionnelle de cette même toute petite protéine n’a été élucidée qu’en 1969. Quant à l’ADN il faudra attendre le milieu des années 1970 pour que des techniques de séquençage apparaissent puis deviennent abordables et de routine dans un laboratoire bien équipé avec un personnel expérimenté. Aujourd’hui ce sont des machines entièrement automatiques qui font tout le travail pour l’ADN et l’ARN en particulier. La science, la vraie science, arrive à allier la fiction à la réalité mais il existe parfois un long chemin entre une découverte en laboratoire et sa réalisation concrète. Dans le domaine de la bio-fabrication par exemple les récentes améliorations des techniques de la biologie moléculaire, en particulier l’outil de modification génétique CRISPR-cas9, permettent d’entrevoir une multitude d’applications tant médicales qu’industrielles à un rythme accéléré, les approches datant d’il y a à peine une dizaine d’années semblent maintenant obsolètes tant les techniques ont évolué. De plus l’automatisation du séquençage des acides nucléiques ainsi que de celle de la synthèse de longs brins d’ADN ou d’ARN avec des robots ouvre un champ d’applications presque infini.

L’un des impacts le plus significatif de cette évolution de la biologie est la réduction exponentielle des coûts de séquençage et de synthèse de l’ADN. En 20 ans le prix du séquençage de l’ADN a été divisé par 100000 ! Celui de la synthèse rapporté à une base de nucléotide n’a été divisé « que » par 10 car il s’agit toujours d’un procédé chimique mettant en œuvre des réactifs coûteux et le produit final doit ensuite être purifié

Le séquençage de l’ADN est passé du laboratoire de recherche fondamentale aux applications biomédicale puis industrielles et est maintenant un produit disponible pour le grand public. En effet n’importe qui peut faire séquencer son propre ADN pour environ 1000 dollars mais gageons que ce prix va encore diminuer alors que le premier séquençage complet de l’ADN humain a coûté la faramineuse somme de 100 millions de dollars. Le domaine de la biologie moléculaire au sens large a donc suivi l’évolution de l’informatique. Les premiers ordinateurs étaient gigantesques, coûtaient une vraie fortune, consommaient des quantités d’énergie délirantes et fonctionnaient à une vitesse d’une lenteur désespérante ce qui n’empêcha pas la NASA d’envoyer des hommes sur la Lune. Aujourd’hui n’importe quel téléphone cellulaire est des centaines de millions de fois plus puissant que le plus puissant ordinateur construit par IBM au début des années 1950.

Le domaine des biotechnologies le plus connu du grand public est celui de l’agriculture. Depuis ses premiers balbutiements en 1982 avec la mise au point d’un tabac résistant à la kanamycine par modification génétique l’agro-biotechnologie a fait un bond extraordinaire, n’en déplaise aux détracteurs de cette science à part entière. Il a fallu attendre dix ans (1992) pour que la tomate FLAVR SAVR génétiquement modifiée pour résister à la pourriture soit autorisée par le Département de l’agriculture américain. Aujourd’hui plus de 2 milliards d’hectares de culture de plantes génétiquement modifiées sont répartis dans le monde entier. De même que 7800 ans avant notre ère les premières céréales sélectionnées destinées à l’alimentation humaine apparurent sans porter préjudice à la santé, de même les plantes génétiquement modifiées sont totalement inoffensives pour cette même santé humaine mais également animale. Les plantes génétiquement modifiées sont en effet chimiquement indiscernables de leurs contre-parties non modifiées.

Puisqu’il vient d’être fait mention de la santé humaine quel diabétique connait exactement la provenance de l’insuline qu’il s’injecte chaque jour ? La totalité de l’insuline disponible dans le monde est produite à l’aide d’OGMs depuis 1982 ! Il s’agit de la toute première application de la biologie moléculaire à usage biomédical destinée au public.

Une étape décisive dans le domaine biomédical rendue possible par l’ingénierie génétique a été franchie en 2009 avec la première production d’antithrombine humaine par des chèvres excrétant cette protéine dans leur lait. Cette technologie a fait appel à la modification génétique d’embryons de cet animal peu après la fécondation in vitro. La société qui a mis au point et commercialise cette antithrombine a constaté qu’une seule chèvre produit autant de ce facteur anticoagulant que 90000 donneurs de sang chaque année. Aucun malade ne s’est jamais plaint d’effets secondaires provoqués par ce produit et les chèvres génétiquement modifiées se portent parfaitement bien, merci. Il est en effet opportun de mentionner ce dernier détail car les pourfendeurs des OGMs ont considéré que ces chèvres avaient été instrumentalisées à des fins mercantiles … Comme si traire une chèvre pour confectionner du fromage n’est pas aussi une sorte d’utilisation de ces mêmes animaux à des fins commerciales. C’est vraiment du « grand n’importe quoi ».

Le futur des biotechnologies au sens large s’articule autour de trois pôles distincts, les plantes de grande culture génétiquement modifiées, les applications biomédicales et l’industrie. Dans ce dernier domaine la production de substances biochimiques sera prépondérante et c’est déjà le cas avec l’aspartame ou le glutamate, des substances strictement biochimiques produites à l’aide de bactéries spécialisées. Le cas du glutamate est exemplaire. Cet acide aminé très abondant dans l’organisme est aussi utilisé comme rehausseur de goût. Il est produit par fermentation de mélasses de betteraves à sucre avec des bactéries anaérobies qui ont été sélectionnées durant de nombreuses années étape par étape avec une patience de moine. L’étude de l’ADN de ces bactéries a montré que cette sélection qui dura des dizaines d’années aurait pu être atteinte en quelques jours à l’aide du puissant outil de biologie moléculaire CRISP-cas9 que j’ai souvent mentionné dans ce blog. Tout a été essayé pour sélectionner ces bactéries, depuis les radiations jusqu’aux produits mutagènes les plus variés, alors que les outils modernes de la biologie moléculaire auraient atteint le même résultat en quelques mois. L’approche traditionnelle de sélection est longue et coûteuse alors que la biologie moléculaire est sélective, rapide, efficace et peu coûteuse.

L’industrie se focale déjà dans des domaines aussi divers que la production de fibres nouvelles ressemblant à la soie d’araignées, des biopolymères pouvant à terme remplacer certaines matières plastiques ou encore la production de biocarburants non pas oxygénés comme l’éthanol mais des hydrocarbures car après tout le pétrole est le résultat de fermentations bactériennes ayant eu lieu au sein de sédiments marins riches en nutriments. L’industrie imite encore les processus biologiques naturels mais dans un proche avenir cette même industrie produira des matières totalement nouvelles y compris des aliments entièrement artificiels ayant les mêmes saveurs et valeurs nutritives qu’un morceau de viande ou un fromage. Ce sera la biologie moléculaire de troisième génération.

Source et illustrations : adapté d’un article du World Economic Forum

Note. La tomate FLAVR SAVR mise au point par la société Calgene fut autorisée par la FDA en 1994 après que le dossier fut soumis en 1992. La propagande anti-OGMs finit pas décourager les consommateurs et cette tomate qui « ne pourrissait pas » (ou très lentement) disparut des étals des marchés. Pourtant elle pouvait être récoltée une fois mûrie sur les plants, ayant alors acquis naturellement toute sa saveur et sa couleur. La stratégie des producteurs de tomates oblige ces derniers à récolter les tomates alors qu’elles ont à peine commencé à rougir et n’ont pas atteint un niveau de saveur satisfaisant. Elles sont ensuite traitées dans des mûrisseries – comme les bananes – avec de l’éthylène qui accélère leur changement de couleur bien que la saveur reste décevante. Les consommateurs de tomates ignorent ces détails que la tomate génétiquement modifiée avait aisément contourné pour la plus grande satisfaction de ces derniers. Encore un résultat désolant de l’obsession des anti-OGMs …

https://jacqueshenry.wordpress.com/2017/10/06/lavenir-de-la-biologie-moleculaire