Février 2013
sommaire
Réalités industrielles
La bioéconomie, élément clé des transitions énergétique et écologique
Ce numéro a été coordonné
par Françoise ROURE
Ingénieur général des Mines, Conseil général de l’économie
Avant-propos : La bioéconomie : une opportunité décisive pour le redressement industriel de notre pays
Par Arnaud MONTEBOURG
Ministre du Redressement productif
Partie 1 : L’état de l’art et les perspectives
La bioéconomie aujourd’hui, et ses perspectives de développement
Par Frédéric SGARD et Yuko HARAYAMA
Direction pour la Science, la Technologie et l’Industrie-OCDE
Prenant racine dans les spectaculaires découvertes scientifiques sur le vivant de ces cinquante dernières années, la bioéconomie constitue l’un des secteurs de croissance les plus prometteurs du XXIe siècle. La nécessaire transition de notre système économrique vers plus de durabilité, un plus grand souci pour l’environnement et une moindre dépendance vis-à-vis des ressources naturelles offrent aux bio- technologies, qui sont au cœur de la bioéconomie, de nombreuses opportunités. Mais la réalisation de leur potentiel nécessitera la mise en œuvre de politiques volontaristes, de façon à aplanir les obstacles qui en limitent actuellement le plein développement.
Les verrous scientifiques et technologiques dans la phase conceptuelle de la biologie de synthèse
Par François KÉPÈS
Programme d’Épigénomique (Genopole®), institut de Biologie des Systèmes et de Synthèse (Genopole®, UEVE, CNRS), Center for Synthetic Biology and Innovation (Imperial College London)
Le génie biologique est actuellement en rapide évolution. Ses formes avancées, actuellement rassemblées sous l’expression biologie de synthèse, couplent itérativement la conception et la fabrication d’objets complexes basés sur (ou inspirés par) la biologie. Comme la nanotechnologie, la biologie de synthèse est susceptible de changer totalement notre approche de certaines technologies clés. Ainsi, elle ouvre la voie à une nouvelle génération de produits, d’industries et de marchés construits sur notre capacité de manipuler la matière à l’échelle moléculaire. Les applications potentielles de la biologie de synthèse se situent principalement dans les domaines de la santé, de l’agroalimentaire, de l’environnement, de l’énergie et des matériaux. La phase de fabrication relève de méthodes biomoléculaires dites post-génomiques qui font l’objet d’intenses efforts de recherche depuis plusieurs décennies. Mais c’est la phase de conception qui est affectée des verrous scientifiques et méthodologiques les plus saillants, une situation qui reflète probablement un investissement bien moindre. Dans cet article, nous allons justement identifier certains de ces verrous.
Les applications industrielles de la bioinformatique
Par Jean-Philippe VERT
Directeur du Centre de Bioinformatique de Mines ParisTech
À l’heure où les technologies en génomique et en protéomique à haut débit envahissent les laboratoires de biologie, les sciences de la vie font face à un déluge de données extraordinairement volumineuses et complexes. Manipuler ces données et en extraire un sens biologique requièrent de nouvelles approches basées sur la modélisation et l’informatique. La bioinformatique est tout à la fois une science à l’interface entre l’informatique et la biologie et une industrie vitale pour stocker, diffuser, analyser et interpréter les données biologiques en vue de leur exploitation dans l’industrie de la santé, dans l’agroalimentaire ou encore en matière d’énergie. Cet article propose un rapide tour d’horizon du domaine, de ses acteurs et de ses défis.
Inextricably bound: measurement and the bioeconomy
Par Emily M. LEPROUST, Derek LINDSTROM et Stephen LADERMAN
Agilent Technologies, Inc., Santa Clara, California 95051, Etats-Unis
et Maurice SANCIAUME
Agilent Technologies France, S.A.S., Diegem, BC B1813, Belgique
Synthetic biology has been described as the design and construction of biological devices and systems for useful purposes [1]. The synthesis of DNA is a critical part of this construction. Advanced measurements have been both enabling and motivating for advances in DNA synthesis chemistry. Building on decades of development of chemical synthesis of DNA [2] and the development of DNA microarrays [3], additional careful attention to minimizing rare side reactions and very small non-idealities in reaction yields has enabled unprecedented levels of synthesis perfection and throughput [4]. The industrialization of this advanced chemistry has been shown to serve as a robust and economical basis for highly sensitive and specific hybridization assays [5]. It has also been shown to serve as a robust and economical source of user defined DNA oligonucleotides of sufficient quality to be used for synthetic biology [6]. The availability of high quality DNA oligonucleotides, coupled with analogously industrialized processes for combining them into larger constructs, opens up the possibility of widespread adoption of synthetic biology methods. New measurement modalities are being developed as a consequence. These examples, along with others elaborated elsewhere in this journal, illustrate the close and sometimes unpredictable interplay amongst measurement, science, and biotechnology, and the foundational role of measurement in advancing the bio-economy. [1] ENDY (D.), Foundations for engineering biology, Nature , 438, 449-453, 2005. [2] CARUTHERS (M.H.), Chemical Synthesis of DNA and DNA Analogues , Acc. Chem. Res ., 24, 278-284, 1991. [3] FRIEND (S.H.) and STOUGHTON (R.B.), The Magic of Microarrays, Scientific American , 286, 44-53, 2002. [4] LEPROUST (E.M.), PECK (B.J.), SPIRIN (K.), MCCUEN (H.B.), MOORE (B.), NAMSARAEV (E.) and CARUTHERS (M.H.), Synthesis of highquality libraries of long (150mer) oligonucleotides by a novel depurination controlled process, Nucleic Acids Research, 38, 2522-2540, 2010. [5] BARRETT (M.T.), SCHEFFER (A.), BENDOR (A.), SAMPAS (N.), LIPSON (D.), KINCAID (R.), TSANG (P.), CURRY (B.), K BAIRD (K.), MELTZER (P.S), YAKHINI (Z.), BRUHN (L.) and LADERMAN (S.): Comparative genomic hybridization using oligonucleotide microarrays and total genomic DNA, PNAS , 101, 17765-17770, 2004. [6] KOSURI (S.), EROSHENKO (N.), LEPROUST (E.M), SUPER (M.), WAY (J.), LI (J.B) and CHURCH (G.M.), Scalable gene synthesis by selective amplification of DNA pools from high-fidelity microchips , Nat Biotechnol , 28, 1295-1299, 2010
Partie 2 : Les secteurs industriels porteurs et leurs technologies phares
Les biofuels de seconde génération (2G) : un accélérateur de la transition énergétique vers une économie H
Par Olivier DELABROY
Directeur R&D, Air liquid
Les perspectives de la biologie de synthèse dans la production de carburants issus de la biomasse
Par Vincent SCHÄCHTER
Total Énergies Nouvelles
La biologie de synthèse appliquée à l’ingénierie du métabolisme des microorganismes étend considérablement le spectre des biomolécules que l’on peut produire à partir des sucres, et bientôt à partir de la biomasse non alimentaire. Ce faisant, elle relie les marchés des biocarburants à ceux de la chimie via un tronc commun technologique, et démultiplie les voies de transformation possibles de différents types de biomasse en différents produits, permettant une plus grande flexibilité des stratégies de développement, et à terme des opérations industrielles. Cette ouverture est la bienvenue, à l’heure où l’environnement économique et sociétal n’est guère favorable aux biocarburants. Quelques années et des efforts de R&D significatifs restent nécessaires pour amener à maturité industrielle ces nouvelles voies vers des biocarburants avancés, qui seront les derniers bioproduits à passer les seuils de rentabilité hors subventions.
Vers une chimie biosourcée
Par Olivier APPERT
Président d’IFP Énergies nouvelles
et Fabio ALARIO
Ingénieur Économiste à la Direction Économie et Veille d’IFP Énergies nouvelles
Certaines matières premières fournies par la pétrochimie à l’industrie chimique peuvent poser, à plus ou moins long terme, des problèmes d’accessibilité. Une chimie biosourcée est-elle une alternative viable à la pétrochimie classique reposant sur la transformation des ressources fossiles ? À quelles conditions ? Quel pourrait être le rôle des pouvoirs publics dans ce domaine ?
Les virus de synthèse et leurs perspectives thérapeutiques – Le point de vue de la nano-médecine
Par Thierry FUSAI
Médecin en chef, Institut de Recherche Biomédicale des Armées, chef de la division Appui Scientifique
Après des années de recherche en biologie ayant consisté à analyser, compartiment après compartiment, les relations entre la structure et les fonctions des composants cellulaires, nous assistons à une révolution conceptuelle : le vivant devient système ; des technologies sophistiquées, comme la biologie de synthèse, transforment le génome en produits chimiques. Dans ce contexte, des virus hautement pathogènes sont maîtrisés à des fins thérapeutiques et les nanotechnologies nous offrent des outils de vectorisation pour cibler et optimiser leurs effets.
Virus recombinants et virus synthétiques
Par Ali SAÏB
Recteur de l’Académie de Caen, professeur titulaire de la chaire de biologie du CNAM, directeur de la recherche du CNAM (2009-2012), coordonnateur de l’Observatoire de la biologie de synthèse
L’émergence de la biologie moléculaire et des technologies associées, qui ont constitué le terreau à partir duquel ont pu se structurer les prémices de la biologie de synthèse, est intimement liée à l’histoire de la virologie. Même si la biologie de synthèse ne s’est répandue dans la communauté scientifique qu’à partir des années 2000, l’ingénierie biologique a fait ses premières armes avec, et sur les virus, dès les années 1960. Aujourd’hui, les nombreux outils techniques à la disposition non seulement de la communauté scientifique, mais également de biologistes amateurs, qui structurent un nouvel espace d’échange libre (une sorte d’ open source biologique) et qui sont de plus d’un coût dérisoire, permettent de manipuler des virus existants, d’en créer de nouveaux, voire de faire « revivre » des virus disparus. Ces manipulations s’inscrivent souvent dans le cadre d’applications thérapeutiques, ou plus simplement participe à une meilleure compréhension du vivant. Au-delà des applications porteuses de promesses, ces nouveaux possibles soulèvent de nombreuses questions qui doivent être intégrées dans un dialogue sociétal permettant de prendre toute la mesure des enjeux, des implications et des risques associés.
Notre patrimoine génétique végétal est-il menacé par les biotechnologies ?
Par Dominique PLANCHENAULT
Inspecteur général de la santé publique vétérinaire, membre du Conseil général de l’Agriculture, de l’Alimentation et des Espaces ruraux (CGAAER)
Les outils utilisés pour l’obtention de nouvelles variétés végétales sont nombreux et extrêmement variés. Ils ont aussi la particularité d’être plus ou moins bien perçus par la société. L’amélioration des plantes, même si elle reste fondamentalement le fruit du hasard, résulte de l’exercice de choix déterminés par les besoins des agriculteurs, des industriels ou des consommateurs finaux. Hasard, contraintes et exigences sont les maîtres-mots d’un dialogue qu’il convient d’instaurer entre tous les acteurs.
Partie 3 : Enjeux économiques, stratégiques et nouvelles frontières sociétales
Les contours d’une bioéconomie soutenable
Par Dominique DRON
Mission Financement de la transition écologique. Précédemment Commissaire générale et Déléguée interministérielle au Développement durable
Les matériaux et processus dits « biosourcés » suscitent un énorme intérêt au plan mondial, tant chez les acteurs privés que publics. En effet, ces matériaux, théoriquement renouvelables, sont susceptibles de remplacer des ressources épuisables ou confiscables, tandis que les processus pourraient être moins nocifs que leurs prédécesseurs conventionnels pour la santé et l’environnement, que ce soit dans l‘industrie ou l‘agriculture. Certes, mais se précipiter dans la bioéconomie (c’est-à-dire dans l’économie du vivant) en ayant cette seule vision réductrice et en conservant les raisonnements de l’économie du minéral, nous exposerait non seulement à de rapides déconvenues, mais encore à des dommages supplémentaires sérieux. Il s’agit donc non seulement de science, mais aussi de culture.
Les usages non alimentaires de la biomasse
Par Christophe ATTALI
Ingénieur général des Mines en fonction au CGEIET
Rapport conjoint du Conseil général de l’Alimentation, de l’Agriculture et des Espaces ruraux (CGAAER), du Conseil général de l’Environnement et du Développement durable (CGEDD) et du Conseil général de l’Économie, de l’Industrie, de l’Énergie et des Technologies (CGEIET) (Septembre 2012).
Les enjeux de la normalisation dans la transition vers la bioéconomie
Par Françoise ROURE
Contrôleur général Économique et Financier, Présidente de la section Technologies et Société au Conseil général de l’Économie, de l’Industrie, de l’Énergie et des Technologies (CGEIET) – Ministère de l’Économie et des Finances et ministère du Redressement productif
La question de la disponibilité et de l’interopérabilité des données numérisées constitue un enjeu majeur pour l’innovation, la sûreté et la sécurité des applications qui sont et seront développées dans le cadre de la bioéconomie. Un nécessaire travail de normalisation à l’échelle internationale dans lequel s’inscrira la création au sein de l’ISO ( International Organization for Standardization ) d’un comité technique dédié aux biotechnologies.
L’impact de la bioéconomie sur le secteur de la défense-sécurité : l’exemple de la biologie de synthèse
Par Patrice BINDER
Médecin général inspecteur (2S)
La biologie de synthèse est déjà une des filières d’avenir de la bioéconomie. Le secteur de la défense et de la sécurité s’y intéresse, d’une part, en raison des perspectives et des opportunités de développement technologique qu’elle lui offre et, d’autre part, pour les questions de sûreté qu’elle soulève en matière de « biens à double usage » (civil et militaire). Le développement des « clubs de biologistes amateurs », ou de la « biologie à la maison », inquiète également l’opinion publique. Si l’encadrement juridique et réglementaire peut aujourd’hui répondre à certaines de ces inquiétudes, il est nécessaire d’apporter d’autres garanties en marge de ce cadre purement juridique – des garanties éthiques. Des « engagements de déontologie scientifiques » et la mise en place d’un Comité scientifique pour la sûreté biologique pourraient répondre à cette attente, à côté de la mission d’information du public qu’assure l’Observatoire de la Biologie de Synthèse.
Biologie de synthèse et questions de société
Par Alexei GRINBAUM
CEA-Saclay/LARSIM
Parmi les questions d’ordres social, économique, politique, éthique et métaphysique liées au développement des biotechnologies, la biologie de synthèse suscite certes quelques interrogations nouvelles. Mais surtout, elle en réactualise d’anciennes. La confiance que le citoyen place dans le scientifique n’est plus aujourd’hui acquise par défaut. Il en va de même pour les technologues, les ingénieurs et les industriels. Dans ce dialogue renouvelé entre la science et la société s’impose la nécessité d’élaborer sans attendre un cadre normatif qui devra, autant que faire se peut, anticiper les problématiques futures que soulèvera une diffusion à grande échelle des produits issus de la biologie de synthèse.
Hors dossier
Les défis anthropologiques de la robotique personnelle (1)
Par Gérard DUBEY
Professeur de sociologie. Institut Mines-Télécom/TEM
Les occasions de dialogue entre les sciences appliquées et les sciences humaines sont assez rares, dès lors que l’on touche aux présupposés théoriques sur la base desquels se sont constituées nos disciplines respectives. Or, dans la mesure où elle s’inscrit, historiquement, dans un jeu spéculaire avec l’humain, la figure du robot invite naturellement à renouveler et à renforcer ce type de dialogue. C’est à n’en pas douter encore plus vrai de la robotique personnelle ou collaborative – la cobotique –, objet de cet article, qui constitue actuellement l’une des voies de recherche les plus fécondes en robotique (2). Le fait que ces objets doivent agir dans la proximité des êtres humains, dans leur environnement quotidien et intime, ouvre un champ immense de questionnements qui n’entre pas traditionnellement dans celui de l’ingénierie. En replaçant ces objets dans le cadre anthropologique et sociologique où ils prennent sens, je propose d’identifier quelques-uns des défis aussi bien pratiques qu’épistémologiques, auxquels renvoie la perspective de leur développement à l’échelle industrielle. (1) Cet article est la version écrite d’un exposé de présentation du numéro des Annales des Mines de février 2012 consacré aux nouveaux enjeux de la robotique et intitulé « Les robots : nouveaux concepts, nouveaux usages », dans le cadre d’une conférence-débat qui s’est tenue à l’Ecole des Mines de Paris, le 24 mai 2012.