🐄 Nature a publié un résumé de six produits biologiques de synthèse disponibles dans le commerce qui changent notre monde

L’un d’entre eux est peut-être plus familier, à savoir les hamburgers de synthèse qui sont désormais courants dans toutes les chaînes de restauration rapide (comme ceux vendus par Impossible Foods ou Beyond Meat). D’autres sont beaucoup moins quotidiens, comme PROVEN, qui est un engrais pour le maïs, et Hyaline, un écran de smartphone produit par des micro-organismes. Les progrès de la bioéconomie vont nous étonner dans les années à venir. C’est un géant caché. Rob Carlson estime qu’en 2017, la bioéconomie représentait 2 % du PIB américain. Elle n’aura fait qu’augmenter depuis lors. Et nous en aurons besoin pour remplacer une grande partie des industries du plastique et d’autres dérivés du pétrole, sans parler de ses incursions dans les produits des agriculteurs et de l’industrie pharmaceutique.

Januvia, un médicament contre le diabète de Merck

« Januvia (sitagliptine) augmente la sécrétion d’insuline en inhibant la dipeptidyl peptidase 4. C’est le 95e médicament le plus prescrit avec ~107 prescriptions et 1,35 milliard de dollars de ventes annuelles. La stigaliptine contient une amine stéréospécifique dont la fabrication par la seule chimie est difficile, car elle nécessite des métaux lourds et des pressions élevées. En commençant par une transaminase (R) sélective d’Arthrobacter sp., la conception informatique a été appliquée pour « ouvrir » la poche de liaison à de nouveaux substrats, suivie d’une évolution dirigée par des rondes6 pour améliorer son activité dans les conditions de fabrication. L’enzyme finale comporte 27 substitutions d’acides aminés et peut atteindre un excès énantiomérique de plus de 99,95 %. Cette approche a également été appliquée à la fabrication de l’islatravir, un antiviral contre le VIH, pour les essais cliniques de phase 2, en utilisant une cascade de cinq enzymes, qui sont toutes des produits de l’évolution dirigée23. Les composés de départ de l’islatravir et de la sitgaliptine sont hautement fluorés ou ont un groupe alcyne qu’il serait difficile de produire à l’aide d’enzymes, ce qui nécessite des étapes chimiques de fabrication.

Les molécules fabriquées par la biologie peuvent faire l’envie des chimistes, les longues voies de rétrosynthèse vers leur création peuplant les tomes de la chimie organique synthétique. On est tenté de déclarer que la biologie est le chimiste ultime et de pointer vers un avenir où toutes les substances chimiques seront produites par des enzymes dans les cellules. Cette affirmation n’est cependant pas exacte. Toute la chimie réalisée par le monde naturel peut être saisie avec ~250 réactions, alors qu’il y en a plus de 60 000 dans la littérature sur la chimie. La biologie est capable de construire des structures d’apparence complexe avec des réactions répétitives effectuées sur des molécules hautement fonctionnalisées par des enzymes ayant une spécificité et une régiosélectivité précises. L’illusion de la complexité provient des voies chimiques difficiles et contournées nécessaires pour recréer la molécule. De nouveaux espaces chimiques seront accessibles lorsque la puissance de la chimie et de la biologie seront parfaitement fusionnées, plutôt que de regarder l’une ou l’autre seule. Les enzymes peuvent être incorporées dans les voies de rétro-synthèse en les extrayant des bases de données grâce à la synthèse d’ADN et au criblage et en contrôlant leur spécificité à l’aide de méthodes évolutives et informatiques Il sera pratiquement impossible d’équilibrer les contraintes des voies chimico-biologiques « à la main », ce qui nécessitera un logiciel de conception similaire à celui qui a récemment révolutionné la rétrosynthèse chimique. La fabrication efficace de ces composés nécessitera des innovations pour déterminer quand les étapes doivent être réalisées dans un système vivant par rapport à un système sans cellule et des conceptions de réacteurs modulaires innovantes Le mariage formel de la chimie et de la biochimie aura un impact radical sur tout, des médicaments aux biens de consommation et aux produits agrochimiques. »
Nature

« Hyaline, un film mince pour l’électronique par Zymergen

L’Hyaline de Zymergen est un film polyimide fabriqué à partir de monomères bio-sourcés. Les polyimides, dont le plus célèbre est le Kapton, sont associés à une stabilité thermique/chimique et à des propriétés mécaniques supérieures, mais ils ont normalement une coloration qui interdit les applications nécessitant une transparence. La famille des films hyalines est claire, flexible et mécaniquement robuste, ce qui les rend adaptés à l’électronique flexible (par exemple, les smartphones pliables et l’électronique portable), dont des exemples apparaîtront dans des produits au début de 2021. Les films sont fabriqués à partir de monomères de diamine produits par des organismes artificiels qui ont été optimisés à l’aide d’une série de robots pour créer des millions de souches en parallèle, l’intelligence artificielle tirant les leçons des échecs de la conception de la prochaine série de souches. Ces fabrications apparaissent à l’échelle mondiale et accélèrent le rythme des projets de biologie synthétique.

Les matériaux proviennent depuis longtemps de sources biologiques, mais il reste difficile de reprogrammer génétiquement les cellules pour fabriquer un nouveau matériau par conception. Les premiers matériaux produits par la biologie synthétique étaient de petits monomères à base de carbone qui remplacent les produits pétroliers, tels que l’éthanol (Lanzatech/Total), le propanediol (DuPont) ou le butanediol (Genomatica). Les matériaux à base de protéines offrent la possibilité de programmer génétiquement l’ordre des monomères dans un polymère. La soie d’araignée et les protéines apparentées ont été produites par fermentation à l’aide de cellules recombinantes et des prototypes ont été annoncés, comme le parka Moon de Spiber/North Face mais les difficultés de fabrication semblent avoir ralenti la diffusion des produits à grande échelle. Ils simplifient également la conception de nouveaux matériaux, tels que les chimères en élastine-soie qui combinent leur réactivité thermique et leur résistance à la traction. Des tentatives de transfert de cette capacité à d’autres polymères, tels que les polyesters, sont en cours de réalisation par l’ingénierie du ribosome. En outre, la biologie peut contrôler les propriétés optiques ou électroniques d’un polymère en le pliant en une nanostructure ; par exemple, la forme de la mélanine dicte s’il s’agit d’un protecteur UV, d’un pigment luminescent (oiseaux de paradis) ou d’une cellule photovoltaïque (guêpes). De nouveaux outils de calcul sont disponibles pour construire des nanostructures de forme définie à partir d’ADN ou de protéines. La biologie ne se limite pas au carbone et peut construire des matériaux inorganiques à partir d’au moins 55 éléments, dont les terres rares et l’uranium. En utilisant des enzymes redox et des phages artificiels, des nanomatériaux inorganiques ont été fabriqués pour les batteries ultralégères, les catalyseurs, les cellules solaires et l’optique. »
Nature

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