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Biologie synthétique | Les start-up de première génération: voler haut sur le parfum

Nous pensons que le succès spectaculaire du Zymergen et du Ginkgo signale l’avènement de l’ère de la biologie synthétique.

Par S Ramadorai, Raman Srinivasan & S Shivaramakrishna

Dans l’essai d’introduction (bit.ly/3p6pqwZ), nous avons partagé un résumé de l’histoire intellectuelle de cette nouvelle discipline scientifique, la biologie synthétique. Dans cet article, nous examinons les trois générations de start-up de biologie synthétique et examinons comment ces nouvelles entreprises annoncent une cinquième révolution industrielle. La biologie est une technologie.

La vie est un code. Le code génétique peut être rapidement lu, modifié et écrit à l’aide d’une variété d’outils développés au cours des dernières décennies. Grâce à une compréhension approfondie de la génétique, des voies métaboliques et de l’intelligence artificielle, les biologistes synthétiques sont désormais capables de refactoriser les microbes pour créer de nouvelles molécules nécessaires à des films vraiment flexibles pour les écrans numériques. Des algorithmes d’apprentissage automatique formés sur le vaste référentiel de la nature aident à sélectionner des microbes spécifiques pour fonctionner comme de minuscules usines.

Trois générations de start-up de biologie synthétique :
Ces dernières semaines, deux startups américaines de synbio, Zymergen et Ginkgo, sont devenues publiques, rappelant l’engouement autour de la première génération de startups de biologie synthétique il y a une dizaine d’années. Evolva, une des premières start-up synbio axée sur les arômes, les ingrédients et les matériaux, est devenue publique en décembre 2009. Elle a été suivie en septembre 2010 par Amyris, une start-up bien financée axée sur les biocarburants. Cependant, les marchés sont restés tièdes pour la première génération d’entreprises de biologie synthétique. Nous pensons que le succès spectaculaire du Zymergen et du Ginkgo signale l’avènement de l’ère de la biologie synthétique.

Première génération:
Approche full stack
La première génération de start-ups de biologie synthétique visait littéralement le ciel. Des entreprises comme Amyris cherchaient à produire des biocarburants pour les avions. Le gaz Gobar est ce qui nous vient à l’esprit lorsque nous entendons le terme biocarburant. Mais, les pionniers de la biologie synthétique rêvaient d’un monde vert et courageux où les moteurs à réaction volaient haut sur les produits chimiques normalement présents dans les pelures d’orange et de pomme.

Les scientifiques ont identifié des microbes qui pourraient produire des carburants riches en énergie en quantités abondantes lorsqu’ils sont nourris avec du sucre bon marché dans des fermenteurs géants dans les bonnes conditions. Les biologistes synthétiques ont ensuite conçu des moyens de concevoir avec précision des microbes pour produire ces molécules spécifiques à forte densité énergétique. Enfin, les ingénieurs ont développé des moyens de purifier et de traiter la sortie de ces microbes en remplacement du carburant d’aviation.

Les sociétés synbio de première génération étaient, pour emprunter une analogie au monde de la technologie, full stack. Ils se sont concentrés sur une seule application, par exemple les biocarburants, avec un marché important et ont cherché à s’intégrer verticalement. Ils ont imité les barons du pétrole d’autrefois. Naturellement, ces entreprises étaient lourdes en dépenses d’investissement et intrinsèquement risquées. Cependant, étant donné qu’une grande partie de l’histoire des débuts de la biologie synthétique a été propulsée par des mandats du gouvernement américain, que ce soit par le biais de la recherche militaire ou énergétique, il semble qu’il y ait eu suffisamment de financement pour stimuler la première génération d’entreprises, du moins dans les premiers jours.

Naturellement, lorsque la demande anticipée pour les produits promis ne s’est pas matérialisée, les entreprises ont eu du mal.
Pour les observateurs impartiaux, les premières startups de biologie synthétique apparaissaient souvent comme des solutions à la recherche de problèmes. Le safran fait partie des épices les plus chères au monde. Le stigmate, une partie de la fleur de Crocus sativus, est ce qui constitue l’épice. Les fleurs sont cueillies et séchées manuellement et les parties désirables sont séparées à la main. Il a toujours été une culture à forte intensité de main-d’œuvre et difficile à cultiver à grande échelle également.

Le safran est le composé clé du safran qui fabrique le safran. Les biologistes synthétiques du laboratoire de Chennai d’une des premières sociétés de biologie synthétique ont trouvé des moyens d’amener E. coli à produire du safranal. De même, d’autres sociétés ont acquis des brevets pour fabriquer du santalène, un composant clé de l’huile de bois de santal et un ingrédient précieux des parfums avec son odeur familière, douce, boisée et balsamique animale.

Traditionnellement, les parfumeurs distillent le bois de cœur des arbres de bois de santal matures pour obtenir l’huile de bois de santal parfumée, mais l’exploitation incessante a conduit à la quasi-extinction du bois de santal naturel. Et il s’est avéré difficile à cultiver dans les plantations. La synthèse chimique du santalène et d’autres composés aromatiques dans l’huile de bois de santal s’est avérée difficile. Certaines des premières startups de synbio ont développé des voies de biologie synthétique efficaces vers le safran et le santalène.

Les arbres de bois d’agar produisent de l’agar / aguru (une résine parfumée) utilisé pour les agarbathis d’une manière très inhabituelle. Par exemple, ils sont maintenant cultivés commercialement dans des plantations de bois d’agar frais dans le district de Hojai de l’Assam. Une fois que les arbres atteignent un certain niveau de maturité, ils sont en fait infectés par un champignon et bandés. Lorsque le champignon attaque l’arbre, il devient de couleur foncée et produit l’arôme de moisi de l’agar.

Le bois infecté est déchiqueté et la gélose est extraite. Dans le cas du bois d’agar également, le processus de base en cinq étapes de la voie de la biologie synthétique s’applique. La première étape consiste à identifier la molécule clé contribuant à «l’essence» du parfum de bois d’agar. La deuxième étape consiste à « lire » le code génétique de la nature qui est responsable de la fabrication de cette molécule. La troisième étape consiste à « écrire » ce code ou cette séquence dans un cheval de bataille microbien, disons, la levure de boulanger commune. L’étape 4 consiste à nourrir la levure avec les bons sucres dans un fermenteur. La cinquième et dernière étape consiste à collecter les molécules précieuses du fermenteur et à les traiter selon les besoins.

Malheureusement, ni les carburéacteurs verts ni les ingrédients de luxe exotiques ne se sont avérés suffisants pour nourrir la première vague de start-ups en biologie synthétique. Dans le prochain article, nous verrons comment les start-up synbio de deuxième et troisième génération se réoutillent pour réussir.

Ramadorai est l’ancien vice-président, TCS, Srinivasan est chef, TCS Ignite et Shivaramakrisha est chercheur, TCS

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