Biofutur, le mensuel européen des biotechnologies

Bioproduire à partir du CO2

Agnès Vernet — 2015-11-27T15:41:37Z

Toulouse White Biotechnology (TWB) concrétise son premier projet avec la création de la cleantech EnobraQ. Objectifs : bioproduire moins cher tout en répondant au problème des émissions de CO₂.

D'un côté, les éléments biosourcés, véritable alternative aux produits issus du pétrole, forment un marché en pleine expansion. De l'autre, le CO₂ est un produit secondaire de l'industrie de plus en plus encombrant. Si les bactéries et les microalgues photosynthétiques consomment ce gaz comme source de carbone, l'utilisation de ces micro-organismes pour une bioproduction à échelle industrielle est encore très difficile. En revanche, on maîtrise depuis longtemps les gros volumes de levures. EnobraQ répond à ces deux besoins en développant des levures génétiquement modifiées afin de produire des molécules d'intérêt industriel à partir du CO₂.
Issue des travaux menés par Denis Pompon au sein du Laboratoire d'ingénierie des systèmes biologiques et des procédés, situé sur le campus de l'Institut national des sciences appliquées à Toulouse, l'entreprise cherche à créer une souche synthétique de levure réunissant la voie métabolique de l'enzyme RubisCo – naturellement présente chez les organismes photosynthétiques – qui convertit le CO₂ en glucides et une autre s'appuyant sur des hydrogénases – découverte chez des bactéries – permettant d'utiliser le dihydrogène comme source d'énergie et d'éviter ainsi les contraintes liées à la fermentation à la lumière.
Il existe déjà des levures capables de produire des composés d'intérêt industriel comme l'acide succinique, brique élémentaire des industries cosmétique, textile, pharmaceutique, agro-alimentaire et du plastique. La technologie d'EnobraQ se greffera en amont des voies métaboliques de la levure Saccharomyces cerevisiæ et exploitera comme source de carbone les rejets industriels de CO₂, voire, dans un second temps, la version atmosphérique du gaz. Ce système vise à fournir à l'industrie des éléments de base produits par chimie verte. La constitution d'un portefeuille d'éléments bio-sourcés ne semble pas problématique au vu du grand nombre d'outils d'ingénierie génétique disponibles pour cet organisme.
Les performances productives des levures sont telles que les porteurs de projets ne s'attaquent pas aux produits de spécialité mais à la « commodité chimique », l'ensemble des molécules chimiques standardisées qui constituent le tout venant de l'industrie. Pour cela, il faut être en mesure de proposer de très gros tonnages et que le prix de ces produits ne dépasse pas 5 € par kilogramme. Cet objectif est possible grâce au système de taxation des émissions de CO₂, qui rend cette matière première très avantageuse.
Tout a commencé en 2012 par un « projet pré-compétitif ». Cette appellation regroupe des projets très risqués auxquels TWB donne les moyens de démontrer leur intérêt durant un an, un système financé par les cotisations des partenaires privés du démonstrateur public. Après plus de deux ans de recherche et trois brevets déposés, cette idée devient une entreprise le 30 octobre 2015. Soutenue par la société de capital risque Sofinnova, qui y investit 1,3 million d'euros, EnobraQ vise le développement, d'ici deux ans, d'un pilote de recherche, véritable preuve de concept pour les biotechnologies industrielles.

L'équipe d'EnobraQ
© TWB/B. Hamousin

Une enzyme pour décarboner les rejets industriels

Agnès Vernet — 2015-10-23T13:17:56Z

Pour capter le CO₂ produit par l'industrie, des chercheurs proposent d'utiliser une enzyme thermorésistante issue d'une bactérie marine.

Les milieux extrêmes, comme les grands fonds océaniques, sont d'une extraordinaire richesse enzymatique. C'est particulièrement vrai pour les abords des sources hydrothermales, où on a découvert plusieurs bactéries dont l'arsenal enzymatique a eu un impact majeur sur l'industrie – au premier rang desquelles Thermus aquaticus à l'origine de l'invention de la PCR. Des chercheurs de l'Université de Floride pensent avoir eux aussi fait une découverte importante. Ils ont isolé une anhydrase carbonique de Thiomicrospira crunogena, une bactérie vivant à proximité de cheminées volcaniques sous-marines. Cette enzyme catalyse une réaction entre l'eau et le CO₂ qui produit du bicarbonate (HCO₃^-), un ion dépourvu d'effet de serre qui peut ensuite être utilisé pour fabriquer des sodas par exemple.
Thermorésistante, cette enzyme semble facilement intégrable aux processus de traitement des rejets industriels. Il suffirait, par exemple, de la mettre en solution dans une colonne de purification à travers laquelle les gaz – souvent extrêmement chauds – passeraient afin qu'ils soient appauvris en carbone.
Les chercheurs ont déjà cloné cette anhydrase carbonique dans Escherichia coli, assurant ainsi la bioproduction. Mais le transfert de cette découverte est loin d'être fini. L'enzyme sous sa forme native présente des performances bien en deçà des standards industriels. La poursuite de ce travail a pour objectif d'améliorer son efficacité puis sa stabilité et sa durée d'action afin de créer un système biologique de séquestration du carbone au rendement optimal.

Mahon BP et al. (2015) Chem Eng Sci 138, 575-80
Díaz-Torres NA et al. (2015) Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 71, 1745-56

Brian Mahon et Avni Bhatt, deux jeunes chercheurs à l'origine de ces recherches, inspectant une culture bactérienne produisant l'anhydrase carbonique issue de T. crunogena.
© Mindy Miller/University of Florida Health

Un détecteur de biomécanismes d'intérêt industriel

Agnès Vernet — 2014-07-02T03:00:00Z

Grâce à un détecteur de mécanismes, il est possible de trouver de nouvelles enzymes d'intérêt industriel dans les banques métagénomiques.

Bien que l'évolution ait développé un large spectre de capacités enzymatiques, encore largement inexploitées, identifier les molécules d'intérêt pour un processus industriel particulier est un travail fastidieux, qui ne réussit jamais sans un peu de chance. Pour que celle-ci leur sourie davantage, des chercheurs de l'Université de Colombie britannique, à Vancouver, ont développé un détecteur de mécanismes d'intérêt bio-industriel. Il s'agit d'un plasmide contenant un promoteur dont l'activation dépend de la présence de petites molécules aromatiques produites au cours du processus recherché – la dégradation de la lignine pour cette première validation. Si le plasmide se trouve en présence de ces produits de dégradation, il exprime alors une protéine fluorescente verte.
Les chercheurs ont testé ce détecteur sur une banque métagénomique contenant les gènes de bactéries prélevées dans des gisements de houille – contrairement aux sols forestiers, la transformation de ces sources de carbone n'a pas été réalisée par des champignons mais par des bactéries dont on maîtrise encore peu le potentiel ligninolytique. Le plasmide détecteur a donc été cocultivé avec les différentes souches bactériennes isolées de cet écosystème en présence de lignine. En cas de résultat positif, une mutagenèse aléatoire indique la séquence repérée par le senseur. Ces travaux ont permis d'isoler six familles de fonctions impliquées dans la dégradation de la lignine, à travers des gènes codant, a priori, des activités d'oxydoréduction, de formation de peroxyde d'hydrogène, de sécrétion de protéines, d'excrétion de molécules toxiques, de transmission de la signalisation cellulaire et de motilité. Les chercheurs observent aussi que ces gènes sont associés à des séquences connues pour favoriser le transfert horizontal, ce qui expliquerait leur dispersion dans l'écosystème houiller.
Cette méthode d'analyse des banques métagénomiques pourrait permettre de faciliter la découverte de nouvelles molécules biologiques d'intérêt industrielle. Elle participerait alors à l'optimisation des voies de biosynthèse de carburants, de la chimie verte et à l'élaboration de processus alternatifs à la pétrochimie. D'ailleurs, ce détecteur est déjà l'objet d'un brevet détenu par l'Université de Colombie britannique et une spin-off a été créée afin de le développer dans une approche industrielle.

Strachan CR et al. (2014) Proc Natl Acad Sci USA,
doi:10.1073/pnas.1401631111

Un élastomère 100 % bactérien

Agnès Vernet — 2014-05-28T03:00:00Z

La biologie synthétique s'attaque aux plastiques et crée de nouvelles approches économiquement viables.

Proposer des alternatives aux polyoléfines – qui dominent les thermoplastiques de grande consommation – est un des enjeux majeurs de la biologie de synthèse. L'élaboration, via la fermentation de l'acide lactique, de polylactide (PLA) – un polyester aliphatique biodégradable – est probablement la réussite majeure de ces dernières années (1). Des chercheurs de l'Université du Minnesota vont encore plus loin en proposant une production d'élastomères thermoplastiques de type « tribloc A-B-A », c'est-à-dire un polymère associant deux briques, A et B, de nature différente afin de diversifier les propriétés mécaniques (2). En transformant la bactérie Escherichia coli, ils ont réussi à produire une lactone ramifiée appelée β-methyl-δ-valérolactone (βMδVL) selon deux shémas distincts : une voie semi-synthétique qui fabrique du mévalonate, un intermédiaire qui peut ensuite être transformé chimiquement en βMδVL, et une voie entièrement synthétique qui ne requiert aucune intervention exterieure. Le monomère de lactone peut ensuite être aisément associé au PLA afin de générer des polymères de type PLA-βMδVL-PLA entièrement biosourcés aux propriétés mécaniques très semblables aux élastomères issus de pétrole.
Le rendement théorique du processus est de 0,42 gramme par gramme de glucose consommé par E. coli, ce qui devrait permettre une production de βMδVL pour moins de 2 $ le kilogramme. Un coût suffisamment bas pour lancer ces matériaux issus de la biologie synthétique à la conquête de l'industrie du plastique, soit un marché annuel de plusieurs centaines de milliards de dollars.

(1) Södergård A, Stolt M (2010) John Wiley & Sons, Hoboken, USA.
doi : 10.1002/9780470649848.ch3
(2) Xiong M et al. (2013) Proc Natl Acad Sci USA
doi:10.1073/pnas.1404596111

Élastomère produit par les chercheurs de l'Université du Minnesota.
© avec l'aimable autorisation de Deborah K. Schneiderman

La synthèse peptidique fait sa révolution

Nadège Joly — 2014-03-21T04:00:00Z

Fabriquer un peptide en une heure ? C'est maintenant possible !

Que ce soit dans les traitements thérapeutiques, dans les hydrogels ou dans les cosmétiques, les peptides sont partout. Il faut, par conséquent, fabriquer rapidement une quantité non négligeable de ces enchaînements d'acides aminés pour subvenir aux besoins mondiaux, dont le poids économique atteindra 25 milliards de dollars d'ici à 2018, selon les économistes. Or de nombreux organismes et universités de renom, même les plus performants comme le MIT, utilisent des machines datant d'une vingtaine d'années, basées sur un processus de synthèse fastidieux qui dure entre deux et six semaines, soit l'ajout d'un acide aminé par heure ! Heureusement, une révolution technique a eu lieu il y a peu.
Pour accélérer le processus, une équipe de chimistes et d'ingénieurs du MIT, menée par Bradley Pentelute, a adapté le procédé à un système d'écoulement continu. La machine possède 20 vaisseaux de stockage – un pour chaque acide aminé –, relié chacun à des pompes. Le transfert vers la chambre de réaction s'effectue à travers des conduits chauffés à 60 °C. La vitesse de réaction est ainsi amplifiée sans modifier la qualité des produits et l'ajout d'un acide aminé ne prend plus que quelques minutes, la synthèse du peptide un peu plus d'une heure.
Les scientifiques envisagent maintenant de réduire le temps d'ajout d'un acide aminé à 30 secondes. Bradley Pentelute explique que c'est « parce que l'on peut les fabriquer très vite que l'on peut désormais s'engager dans des expériences inenvisageables jusqu'alors ». Une synthèse peptidique peut désormais être très vite ajustée si un quelconque problème intervient. Cette technologie permettra notamment de créer et de tester en un instant de nouveaux peptides conçus pour le traitement des cancers ou de nombreuses autres maladies. Bradley Pentelute avoue qu'il « rêve de pouvoir délivrer le lendemain ou, au plus tard le jour suivant, une commande de peptides adressée à n'importe qui, n'importe où dans le monde ». Le rêve de toute l'industrie biopharmaceutique en somme !

Simon M et al. (2014) ChemBioChem 15, 713–20

Les biocarburants passent à la 2G

Agnès Vernet — 2014-01-17T04:00:00Z

En obtenant un titre élevé en éthanol avec ses bactéries extrêmophiles, Deinove concrétise l'avenir des biocarburants de deuxième génération.

Les bactéries de Deinove prennent l'avantage dans la course à la transformation de la biomasse lignocellulosique en éthanol. La biotech parisienne annonce avoir obtenu un titre en éthanol de 9 % avec son procédé de fermentation basé sur Deinococcus. Elle améliore ainsi ses performances passées : en 2012, lors de la démonstration de la preuve de concept, elle n'avait produit qu'un titre à 3 % à partir d'une biomasse non alimentaire. En dépassant le seuil d'exploitation industrielle – 6 % –, considéré comme indispensable pour envisager la production de biocarburants de deuxième génération, Deinove concrétise sa démarche de production. « À notre connaissance, aucun autre procédé bactérien de fermentation n'a démontré de telles capacités à ce jour : un titre élevé mais également un rendement et une productivité importants, clés de la performance industrielle », remarque Jacqueline Lecourtier, présidente du conseil scientifique de la société.
Ces résultats ont été obtenus dans un milieu de culture purement minéral, relativement pauvre en nutriments, donc adapté au monde industriel. Ils placent cette fermentation bactérienne en tête des procédés industriels d'avenir pour la production des biocarburants. Deinove travaille désormais au changement d'échelle, via un programme d'essais dans des bioréacteurs de 300 litres avant le passage au stade industriel, prévu en 2015. « Les industriels du monde entier sont séduits par notre solution et, au vu des discussions engagées avec plusieurs d'entre eux, nous pensons être prochainement en mesure d'annoncer des partenariats dans plusieurs domaines de la chimie du végétal, » conclut Emmanuel Petiot, directeur général de Deinove.

Source : Deinove

Une plateforme de bioproduction florissante

Agnès Vernet — 2014-01-15T04:00:00Z

Medicago et Cellectis Plant Sciences annoncent la réussite de leur premier programme de modifications antigéniques à des fins de bioproduction.

Depuis la signature de leur partenariat, en janvier 2012, Medicago et Cellectis Plant Sciences ne cessent d'accumuler les succès. Après les réjouissances autour de la production des premiers biosimilaires à l'automne 2012, les deux partenaires célèbrent aujourd'hui la finalisation de la première ligne de glycosylation de leur programme de bioproduction sur Nicotiana benthamiana, une variété de tabac modèle.
La filiale américaine de Cellectis et le spécialiste canadien de l'agrobiologie se sont associés en vue de créer une plateforme de biologie synthétique dédiée aux plants de tabac qui concurrencerait les méthodes conventionnelles de bioproduction. En associant les nucléases de Cellectis et le système d'expression transitoire chez le tabac de Medicago, les deux biotechs synthétisent rapidement des antigènes recombinants destinés à la production de biosimilaires d'efficacité thérapeutique élevée et à accélérer la production de vaccins anti-grippes saisonnières, voire pandémiques.
Les deux partenaires ont réussi à induire toutes les modifications génétiques qu'ils avaient inscrites dans leur premier programme sans observer d'anomalies morphologiques ou de croissance chez N. benthamiana. « Réussir, en moins de deux ans, à modifier les huit allèles ciblés et à les assembler dans des plantes démontre une nouvelle fois l'efficacité de notre plateforme de biologie synthétique », s'enthousiasme Luc Mathis, directeur général de Cellectis Plant Sciences.
Dans ce partenariat, Medicago détient des droits sur la commercialisation et la production de produits biologiques alors que Cellectis Plant Sciences possède les droits de sous-license de la plateforme de bioproduction.

Source : Cellectis

Carbios entre en Bourse

Safi Douhi — 2013-12-02T04:00:00Z

La biotech spécialiste du recyclage du plastique a présenté le 29 novembre 2013 les modalités de son entrée en Bourse.

Biotech spécialisée en chimie verte créée en 2011 à Clermont-Ferrand, Carbios base son savoir-faire sur les propriétés biologiques des enzymes pour développer de nouveaux bioprocédés industriels d'optimisation des performances techniques, économiques et environnementales des polymères. Son secteur de prédilection ? La plasturgie. Ou plus exactement la valorisation des déchets plastiques pour produire des bio-polymères. Parmi ses ambitions affichées, la jeune PME, qui bénéficie du statut de Jeune entreprise innovante et compte dans son conseil d'administration un membre étonnant – l'écrivain et académicien Erik Orsenna, très impliqué dans la défense de l'environnement –, souhaite développer des plastiques dont l'autodégradation en fin de vie est programmable, régénérer les vieux plastiques en plastiques neufs et faire des déchets plastiques une nouvelle matière première substituable au pétrole.
Pour cela, Carbios a développé une plateforme de bioprocédés et concrétisé sa stratégie dans un programme d'envergure : Thanaplast. Fruit de dix ans de recherche, ce projet d'une durée de 5 ans, dont Carbios est le chef de file, pèse 22 millions d'euros (M€) sur 5 ans, dont 15 M€ portés en propre par l'entreprise, et réunit 60 chercheurs, des partenaires de renom (Limagrain, Barbier, Deinove, l'Inra, le CNRS, l'Université de Poitiers) et bénéficie du soutien de la Banque publique d'investissement. La première étape du projet Thanaplast vient d'être franchie avec des résultats majeurs sur trois domaines d'applications :

Le recyclage biologique des déchets plastiques via un procédé de dépolymérisation/repolymérisation permet d'obtenir des polymères de qualité identique à ceux obtenus directement à partir de pétrole – marché estimé à 15 milliards d'euros (M^d€).
La création d'une nouvelle génération de plastiques qui peuvent s'autodégrader en fin de vie, par inclusion d'enzymes – marché estimé à environ 35 M^d€.
La production de biopolymères ou de plastiques sans pétrole. Carbios travaille au développement d'un procédé innovant permettant de produire un biopolymère, l'acide polylactique (PLA), à fort potentiel pour la plasturgie – marché estimé à 2,4 M^d€ d'euros en 2025.

Le prix des actions mises en vente se situe entre 11,48 € et 14,03 € par action. Les dirigeants de Carbios espèrent ainsi récolter entre 9,2 M€ et 12,3 M€.
En parallèle, la PME clermontoise a annoncé la signature d'un accord préliminaire avec Suez Environnement pour la valorisation et le recyclage des déchets plastiques. Au cours de cette phase préliminaire, Suez Environnement mettra à disposition de Carbios les gisements de déchets plastiques provenant des sites de traitement de sa filiale française SITA, et Carbios étudiera la composition de ces déchets plastiques pour enrichir sa palette d'outils biologiques et élargir leur potentiel de valorisation. Elle testera ensuite, sur ces mêmes gisements, ses bioprocédés pour optimiser l'efficacité du recyclage et de la valorisation des déchets plastiques collectés.

Source : Carbios

Libérez la bioproduction !

Agnès Vernet — 2013-10-31T08:36:27Z

Ouvrir les cellules, libérer la machinerie cellulaire pour produire des protéines : c'est le projet un peu fou d'un institut de recherche allemand.

Une bioproduction sans cellule ? Voilà le pari de l'Institut Fraunhofer pour l'ingénierie biomédicale de Postdam. En éliminant les contraintes liées à la survie des cellules productrices, les chercheurs espèrent augmenter la productivité et la rentabilité de la synthèse de protéines d'intérêt. Frank Fabian Bier, à la tête de ce projet, explique que « beaucoup de protéines ne peuvent pas être produites dans des cellules, sinon dans des conditions de faible rendement, à l'image des protéines membranaires, qui jouent pourtant un rôle prédominant dans la recherche pharmacologique. D'autres protéines, potentiellement toxiques pour les cellules à de fortes concentrations, pourraient aussi permettre de traiter des cancers. »
L'idée est donc de s'affranchir de l'enveloppe cellulaire pour les produire et ainsi de toute la biologie moléculaire nécessaire à l'intégration d'un gène d'intérêt dans la cellule productrice. Dans un premier temps, il faut réaliser – de manière automatisée – des lysats de cellules (de bactéries, de tabac et d'insectes) contenant les molécules actives et les organites essentiels à la maturation des protéines, dans lesquels on ajoute directement les gènes codant les futurs produits.
Cette étape étant presque achevée, le programme se focalise désormais sur deux méthodes. La première consiste à synthétiser les protéines dans de petites chambres séparées par des membranes partiellement perméables afin d'apporter régulièrement des réactifs frais et de récupérer les produits potentiellement toxiques. La seconde repose sur le concept de plateforme microfluidique, dans laquelle la transcription des gènes et la production de protéines sont réalisées dans des sites différents, comme dans une cellule.
Initié en 2011, le projet séduit et a déjà reçu 15 millions d'euros (M€) du ministère allemand de la Recherche, auxquels s'ajoutent 6 M€ du budget global de l'Institut Fraunhofer-Gesellschaft. « Il y a encore beaucoup à faire pour améliorer les systèmes sans cellule, qui présentent un potentiel énorme pour rendre la production de biomolécules à grande échelle plus rentable et plus économe en ressources qu'avant », commente Frank Fabian Bier.

Source : Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik

Productivisme à la mode bactérienne

Agnès Vernet — 2013-09-25T07:40:38Z

Les bactéries ont le choix entre plusieurs solutions de production métabolique. Revue stratégique et procaryote.

Contrairement aux idées généralement admises, le métabolisme bactérien ne produit pas toujours « à la demande ». Des bio-informaticiens de l'Université technique d'Ilmenau, en Allemagne, démontrent que la production métabolique procaryote est avant tout fonction de l'abondance des protéines – enzymes ou substrats – et de la capacité de synthèse de nouvelles protéines d'un organisme. Les chercheurs ont analysé plusieurs centaines d'espèces bactériennes selon une approche d'optimisation dynamique. Il s'agit d'identifier les organisations de production les plus performantes selon les conditions métaboliques.
Leurs résultats mettent en lumière plusieurs stratégies dites « optimales ». Ainsi, au sein d'une voie métabolique, l'activation séquentielle des enzymes n'est la meilleure option que pour produire de grandes quantités de protéines. En revanche, les bactéries préfèrent activer simultanément toutes les enzymes lorsqu'elles n'ont besoin que d'une faible quantité de produit.
La transition d'un système de production à un autre semble dynamique. Si l'abondance en protéines augmente, le métabolisme passe de la stratégie d'activation simultanée à une activation séquentielle de groupes d'enzymes, puis à l'activation séquentielle et individuelle des enzymes requises, afin d'éviter le surmenage de l'organisme. Cette souplesse participe à l'adaptation rapide des procaryotes aux changements de leur environnement. Lorsque les enzymes d'une même voie métabolique ne peuvent être produites avec un même rendement, les bactéries s'adaptent aussi. Elles diffèrent l'activation des protéines en plus faibles quantité et accélèrent celle des plus abondantes, rationalisant ainsi leur dépense énergétique.
Cette classification des stratégies métaboliques des bactéries en fonction de chaque situation de production pourrait s'imposer comme un outil d'optimisation des systèmes de bioproduction industriels.

Bartl M et al. (2013) Nat Commun, doi:10.1038/ncomms3243