Biologie de synthèse : vers quoi allons-nous ?

Le terme « Biologie de Synthèse » nous est devenu récemment plus familier en recouvrant, au moins partiellement, le domaine des

sous un chapeau beaucoup plus large. Les approches en biologie de synthèse ont en commun d’exploiter les propriétés et les

du

au travers d’une logique et d’applications qui peuvent s’éloigner des systèmes biologiques naturels jusqu’à en devenir orthogonaux. Ce concept est indissociable de celui de

et considère les propriétés du vivant comme un simple assemblage de modules fonctionnels ou structuraux que l’on peut redéfinir à loisir pour créer de

d’intérêt qui hériteront aussi des propriétés uniques du vivant comme ses possibilités d’autoréplication, d’adaptation ou d’autoréparation.

La Biologie de Synthèse (BS) recouvre un grand nombre d’approches se distinguant à la fois par

et le

(de la molécule à l’organisme) et par les degrés de

au vivant allant de la modification ponctuelle d’organismes existant à la création de « structures » totalement synthétiques sans aucun équivalent naturel. A ce titre, certaines de ces approches, comme l’ingénierie génétique et métabolique des micro-organismes, étaient déjà développées de longue date en biotechnologie industrielle pour la production de molécules variées. Néanmoins, les approches en

constituent actuellement les caractéristiques les plus prometteuses de la BS. L’aspect rupture est par exemple illustré par le développement de

que l’on qualifie d’

lorsqu’ils impliquent des ADN exploitant des bases nucléotidiques sans équivalent naturel, soit avec le souci de rendre impossible le transfert incontrôlé de gènes synthétiques à des organismes naturels, soit et de manière encore plus ambitieuse pour étendre le code génétique à de nouveaux types d’acides aminés permettant de créer des biocatalyseurs aux fonctions inédites. La rupture peut aussi être conceptuelle, par exemple aux travers d’approches consistant à reproduire uniquement à l’aide de

ou biochimiques des propriétés de calcul ou de traitement logique d’information réalisés traditionnellement avec des circuits

. L’intérêt de ces systèmes réside dans leurs propriétés d’intégration au sein de systèmes biologiques (y compris l’homme) pour créer des régulations synthétiques ou des fonctions d’interface par exemple dans le cadre du diagnostic médical ou de la biosécurité. Dans le domaine de la chimie, un exemple est la génération biologique par ingénierie génétique de

de nouvelles molécules chimiques d’intérêt, en particulier comme médicaments, produits phytosanitaires, surfactants ou polymères. Cette approche combinatoire était traditionnellement menée par des associations robotique-chimie relativement lourdes et couteuses pour lesquelles la BS offre une alternative à la fois plus riche en diversité moléculaire et beaucoup plus économique et écologique. Un autre aspect important est celui des

où les briques du vivant vont être non seulement utilisées pour leurs

mais aussi et surtout pour leurs propriétés

à volonté depuis l’échelle nanométrique jusqu’à l’échelle macroscopique. Une foule d’applications émergent, que ce soit au niveau de la micro- ou nano-compartimentation, de l’enrobement de matériaux actifs, de nouveaux matériaux composites ou de propriétés associant structure et physico-chimie par exemple pour la capture énergétique (matériaux photo-actifs). Là aussi l’avantage de l’approche biologique est sa possibilité d’intégration à d’autres composants naturels. Néanmoins, le domaine émergent le plus prometteur de la BS est probablement celui de la création de

au travers des technologies de synthèse de

. Il ne s’agit plus là de modifier ou d’introduire quelques nouvelles réactions biochimiques dans un organisme existant mais de concevoir si possible ab initio de nouveaux organismes vivants dessinés spécifiquement pour de larges gammes d’applications (productions de protéines, de synthons, polymères, rôle écosystémique, capture d’énergie, de CO

, etc.). Deux approches se complètent : l’une de

où l’on part d’organismes existants pour retirer toute fonction non essentielle afin d’optimiser les fonctions d’intérêt, l’autre encore balbutiante qui vise à

les propriétés essentielles d’un organisme vivant sans s’appuyer forcément sur un quelconque squelette biologique existant. Ces approches s’appuient sur les génomes synthétiques qui feront l’objet d’un article spécifique dans une prochaine lettre. La Biologie de Synthèse est un domaine encore émergent aux multiples facettes dont il est difficile de prévoir les limites tant en potentialités qu’en risques associés, d’où la nécessité de l’associer à une réflexion éthique. L’ingénierie de l’homme lui-même n’en est pas exclue. Comme toute nouvelle technologie le bon équilibre sera à trouver.

Pour en savoir plus :

• Un historique de la Biologie de Synthèse : Nature Review | Microbiology (2014) Vol.12 pp381-390.
• Revue simple : Innovations Agronomiques (2013) 26, 51-66.
• Diversité chimique synthétique : Nature Review | Microbiologie (2016) 14-135-149
• Circuits Génétiques : Nature Methods (2014) 11-508-520
• Organismes synthétiques : Nature Methods (2014) 11,495-498
• Génomes synthétiques : Nature Methods (2014) 11,499-507
• Ethique : http://www.synbioproject.org/process/assets/files/6334/synbio3.pdf