Des cigarettes aux produits de haute valeur: transformer une culture traditionnelle en bio-usine
La biotechnologie végétale émerge de plus en plus dans la production de petites molécules thérapeutiques, de biomédicaments (vaccins et produits thérapeutiques) et de réactifs de diagnostic. Elle offre une alternative évolutive et à faible coût aux plateformes traditionnelles de fabrication qui reposent sur des cellules microbiennes et animales. En outre, elle peut relever les défis liés à la distribution et à la conservation des médicaments, notamment dans des régions du monde où les chaînes de production sont incomplètes.
De nouvelles variétés de tabac pour produire des médicaments
Les plants de tabac sont fortement prisés pour servir de bio-usines végétales en raison de leur potentiel en tant que sources précieuses de composés de haute valeur. Toutefois, associée à la fabrication de produits à fumer, la culture du tabac poursuit son déclin en Europe. Le projet Newcotiana, financé par l’UE, entendait changer cette perception en développant des variétés compétitives de Nicotiana pouvant être utilisées dans des produits non-fumeurs, créant ainsi une plateforme de production adaptée à la bioéconomie de l’UE tout en assurant la durabilité d’une culture traditionnelle. Le consortium a recouru à deux espèces de plantes, Nicotiana tabacum, le tabac normal cultivé, et Nicotiana benthamiana, une espèce australienne de tabac sauvage. Afin d’exploiter pleinement le potentiel de ces espèces en tant que bio-usines, les scientifiques ont dû intégrer des caractéristiques spécifiques associées à la stabilité, à la durabilité et à la production de composés de haute valeur.
Des outils pour concevoir de nouvelles caractéristiques végétales
Étant dans l’impossibilité de générer ces caractéristiques en recourant à des méthodes traditionnelles de sélection des cultures, le consortium a développé des outils visant à accélérer la sélection de bio-usines végétales. «Durant des siècles, nous avons sélectionné nos plantes en utilisant des techniques de sélection traditionnelles pour produire une nourriture plus abondante et de meilleure qualité, ou pour lutter contre les agents pathogènes, mais pas pour améliorer des bio-usines de médicaments», souligne Diego Orzaez, coordinateur du projet. De nouvelles techniques de sélection, notamment l’édition des génomes, ont permis d’améliorer en un temps record les plantes utilisées en tant que bio-usines. Des chercheurs ont conçu des plants de tabac qui ne fleurissent pas dans les champs, mais économisent l’énergie pour accroître leur biomasse. En outre, ils ont conçu ces plantes pour éviter la glycosylation indésirable ou réduire l’activité des protéases, deux caractéristiques liées à la qualité et à la fonctionnalité des produits protéiques finaux obtenus à partir de la plante. Dans plusieurs cas, les plantes ont été conçues pour combiner ces caractéristiques spéciales.
Des applications de plantes modifiées
Dans le cas de l’espèce de tabac cultivée N. tabacum, le consortium a enrichi sa composition avec des composés à valeur ajoutée ayant une utilisation pharmaceutique. L’un de ces composés était le squalène, une substance actuellement obtenue essentiellement à partir de sources non durables (requins) et utilisée comme adjuvant dans la formulation de nombreux vaccins. Les chercheurs ont également produit de l’anatabine, une molécule liée à la nicotine ayant des effets anti-inflammatoires, qui est étudiée en tant que traitement potentiel contre différentes maladies auto-immunes. L’ingénierie de N. benthamiana était légèrement différente étant donné que cette plante était déjà utilisée par l’industrie pour produire des protéines recombinantes employées dans les secteurs des cosmétiques et de la pharmacie. Les partenaires de Newcotiana ont partagé la séquence du génome de N. benthamiana afin d’aider les équipes à découvrir de nouveaux produits biopharmaceutiques.
Un processus de bioraffinage sans déchets
En plus des efforts fournis en vue d’améliorer la valeur commerciale de ces variétés et éventuellement les enrichir de molécules supplémentaires haut de gamme, les chercheurs ont mis en place une procédure pilote de bioraffinage sans déchets. «L’objectif est de créer une culture et une industrie connexe qui soit au moins aussi rentable que la culture du tabac à fumer», conclut Diego Orzaez. «Pour ce faire, la législation de l’UE doit s’assouplir et soutenir l’ingénierie des cultures industrielles.»
Mots‑clés
Newcotiana, biotechnologie végétale, plant de tabac, Nicotiana tabacum, Nicotiana benthamiana, squalène, anatabine
