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La plus grande opportunité ouverte en biologie synthétique

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La plus grande opportunité ouverte en biologie synthétique

De très nombreux articles ont été écrits sur l’immense potentiel de la biologie synthétique pour rendre la fabrication plus durable, flexible et moins chère. La biologie synthétique offre aux scientifiques et aux entrepreneurs l’opportunité alléchante de choisir parmi un menu de des produits et un menu de production processus indépendamment, donc aucune décision ne contraint l’autre. Cela pourrait ressembler à la synthèse du cuir à l’aide de microbes génétiquement modifiés au lieu de se limiter à son processus de fabrication naturel: faire pousser une vache entière. Cela semble assez puissant, non?

Alors pourquoi n’avons-nous pas encore réalisé ce rêve de la «bio-économie»? Pourquoi récoltons-nous encore des produits à partir de sources naturelles malgré les énormes progrès des technologies du génie génétique? Le véritable obstacle dans notre industrie est que bioproduction utilisant les processus de production actuels coûte trop cher être économiquement viable pour la plupart des produits essayés. Le menu de processus est resté terriblement court et les options existantes sont délicates et coûteuses. L’élargissement de ce côté du menu représente une énorme opportunité de fabriquer des produits bioproduits moins cher et donc beaucoup plus de chances de réussir sur le marché. Nous voyons plusieurs façons dont les entrepreneurs peuvent saisir cette opportunité et aider à réaliser la vision d’une bioéconomie.

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Le vaste espace ouvert sur le côté droit du menu est un signe d’immense opportunité

Il est temps de penser en dehors du réservoir en acier!

La grande majorité des entreprises de biologie synthétique choisissent finalement d’utiliser E. coli, levure ou champignons filamenteux dans les bioréacteurs à cuves en acier comme processus de fabrication. Ce choix semble judicieux car ces organismes sont «domestiqués» – c’est-à-dire que nous savons les cultiver, grâce à des siècles de tradition de bière et de vinification. Il existe des protocoles et des équipements établis pour le génie génétique et nous avons formé des générations de scientifiques à le faire. Mais la vérité qui dérange est qu’il est coûteux de faire fonctionner ces bioréacteurs et que la mise à l’échelle ajoute souvent des coûts inattendus. Les produits doivent également souvent subir des processus de purification coûteux. Enfin, des problèmes de performance ont affecté la première génération d’entreprises de biologie synthétique, comme l’entreprise phare de l’industrie, Amyris. Leur technologie n’a pas fonctionné comme prévu à grande échelle, ce qu’ils ont appris seulement après dépenser des centaines de millions en équipements et installations pour la fabrication commerciale. Certaines entreprises ont réussi à utiliser ces procédés, mais dans ces cas, le produit est soit très coûteux (par exemple, l’insuline fabriquée par E. coli) ou utilisé uniquement en petites quantités dans le cadre d’un produit final (par exemple l’hème bioproduit à base de levure dans Impossible Burger).

Les coûts et les défis de mise à l’échelle de ces processus de production standard sont assez cohérents entre les types de produits utilisant des réacteurs de taille similaire, il y a donc essentiellement un plancher sur le prix des produits pour lesquels il est logique d’utiliser la fermentation microbienne et la biologie synthétique aujourd’hui. Une bonne règle de base est qu’il est difficile de faire fonctionner l’économie des produits dont les prix sont inférieurs à 10 USD / kg et de tenir compte en toute sécurité des problèmes de montée en puissance et de la concurrence, les prix seraient idéalement> 100 USD / kg. Cependant, tout dépend des exigences de traitement et de purification en aval du produit final. Cette gamme de prix limitée restreint considérablement la variété de produits qui peuvent être fabriqués à l’aide de la biologie synthétique. De meilleurs procédés de production contribueraient à rendre la bioéconomie vraiment économique!

Trois façons dont l’écart produit-processus est une opportunité pour les entrepreneurs

L’élargissement du menu du processus de production est une énorme opportunité pour les scientifiques et les entrepreneurs. Nous voyons trois principaux domaines d’innovation en cours: premièrement, s’étendre au-delà de ces bêtes de somme microbiennes; deuxièmement, concevoir un nouveau matériel de production pour la culture et la récolte de produits d’organismes nouveaux ou établis; et troisièmement, concevoir des méthodes intelligentes de production sur site qui ne nécessitent pas de purification.

Tout d’abord, de nombreux organismes rares peuvent être des points de départ idéaux pour la fabrication biologique car ils produisent naturellement de plus grandes quantités d’un composé lié au produit souhaité (par exemple, la levure oléagineuse pour les produits huileux) ou peuvent être cultivés à grande échelle sans dépenser d’avance pour construire une usine ( par exemple les insectes, même les cultures). Celles-ci peuvent être plus difficiles à concevoir au début, mais le développement d’outils spécialisés peut être un solide fossé défensif en matière de propriété intellectuelle (PI) pour une startup. Plusieurs avancées scientifiques clés ont ouvert la possibilité de domestiquer de nouveaux hôtes de bioproduction. CRISPR et les outils d’édition de gènes associés peuvent fonctionner à travers les règnes phylogénétiques, ce qui rend plus facile que jamais l’exécution de l’édition génétique de nouveaux organismes. La baisse rapide des coûts de synthèse de l’ADN permet aux scientifiques plus de tirs au but lorsqu’ils itèrent sur l’ADN utilisé pour éditer un nouvel hôte. De nombreuses startups aujourd’hui, comme C16, Chi Botanic, entre autres, innovent précisément sur cet axe en utilisant des organismes non standards.

Deuxièmement, la technologie des bioréacteurs n’a pas beaucoup changé depuis des décennies et nous avons vu un nombre limité d’idées vraiment «perturbatrices» dans notre technologie de production. Les designs que nous avons aujourd’hui sont des dérivés du monde de la bière et du vin. Si nous partions de zéro, comment pourrions-nous construire un système de culture de la biomasse et de récolte d’un produit à partir de celle-ci? Certaines méthodes utiles existent, comme la fermentation sur plateau pour les champignons filamenteux ou le recyclage cellulaire, mais la plupart de ces techniques sont développées au sein de sociétés de produits et sont construites exclusivement pour leurs propres gammes de produits. Avec l’intérêt grandissant pour la biologie synthétique au cours de la dernière décennie, nous pensons qu’il existe une opportunité pour une société de plateforme de développer des systèmes de production vraiment innovants qui peuvent être associés ou vendus à des sociétés de produits.

Troisièmement, certains produits peuvent être intelligemment fabriqués directement sur leur site d’utilisation. Un exemple parfait de cette approche est le maïs Bt. Bt est un raccourci pour une famille de protéines toxiques produites par la bactérie Bacillus thuringiensis qui empoisonne les insectes quand il s’accumule dans leur estomac. Les entreprises agricoles auraient pu transférer le gène codant pour Bt dans E. coli ou levure et l’a produite et purifiée à grande échelle pour pulvériser sur les champs. Au lieu de cela, les inventeurs du maïs Bt ont eu l’idée intelligente d’exprimer la protéine dans les feuilles de maïs et de soja. Non seulement ils ont fabriqué du Bt d’une manière qui ne nécessite pas d’étapes supplémentaires de récolte, de purification et de distribution, mais ils ont également choisi une méthode de fabrication – en feuilles – qui place le produit uniquement là où il est nécessaire et non dans la partie comestible de la culture.

Nous espérons voir davantage de biologistes synthétiques faire un zoom arrière pour poser une question plus large: quelles technologies peuvent transformer l’information génétique en produits moléculaires purifiés à faible coût? Les réservoirs en acier ne sont certainement pas la dernière idée que nous aurons. L’innovation limitée du passé est aujourd’hui une opportunité pour des avancées majeures.



Traduction de l’article de Lauren Richardson : Article Original

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