Le rebaudioside M : le nouveau-né de l’ingénierie métabolique

L’équipe de l’entreprise en démarrage Manus Bio, qui a pris son envol au sein du Massachusetts Institue of Technology (MIT), a mis au point un nouveau procédé de fermentation de bactéries à voies métaboliques complexes pour la synthèse de composés utilisés dans les industries pharmaceutiques, alimentaires, cosmétiques et phytosanitaires. Le procédé a permis la fabrication d’un édulcorant biosynthétisé, le rebaudioside M, dont l’équivalent, extrait directement des plantes, est très prisé en raison de ses propriétés diététiques et thérapeutiques.

Manus Bio : Optimisation technologique et économique des procédés de l’ingénierie métabolique

Manus Bio, cofondée en 2011 par les spécialistes en ingénierie métabolique Ajikumar Parayil et Gregory Stephanopoulos, compte aussi parmi ses membres chercheurs l’ingénieure chimiste Christine Santos et le généticien des plantes Ryan Philippe. Manus Bio est un chef de file mondial dans l’utilisation de la technologie de fermentation avancée pour la fabrication de produits naturels bioactifs complexes tels que les arômes, les parfums, les ingrédients alimentaires, les biopesticides et les produits pharmaceutiques.

La conception du procédé technologique de fermentation bactérienne remonte aux travaux de Parayil et Stephanopoulos au MIT au début des années 2000. Les chercheurs ont travaillé sur la modification de la voie métabolique complexe des bactéries qui produisent des isoprénoïdes. Qu’est-ce qu’une voie métabolique ? Une voie métabolique est l’ensemble des réactions métaboliques qui ont lieu dans une cellule et qui se produisent de façon successive et répétitive afin de produire un composé biologique indispensable au fonctionnement de l’organisme qui l’abrite. La fermentation lactique est par exemple un processus métabolique réalisé par certaines cellules animales. L’ingénierie métabolique reprogramme les voies métaboliques des micro-organismes pour qu’elles synthétisent des extraits profitables à divers domaines industriels.

Étant donné que la fermentation sur laquelle travaillaient les deux chercheurs avait déjà été réalisée à cette époque, leur objectif a été de créer un procédé de production pour les grandes industries. Leur expérience a fait naître au MIT une dynamique fondamentale et entrepreneuriale très inspirante dans le développement de biotechnologies orientées vers le marché. Outre la réduction des coûts et de l’utilisation des ressources naturelles, ce type de travaux participe à la découverte de nouvelles molécules et de facto de nouveaux ingrédients chimiques, selon Parayil. En effet, dans la nature un composé extrait d’une plante représente le produit final de processus métaboliques longs et complexes, ayant de nombreuses étapes intermédiaires qui peuvent révéler au cours des études biotechnologiques des composés méconnus.

Programmation du vivant et bioéconomie

L’étude du processus de production du rebaudioside M biosynthétisé s’intitule « Overcoming heterologous protein interdependency to optimize P450-mediated Taxol precursor synthesis in Escherichia coli ». Elle a été publiée le 7 mars 2016 dans le journal Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. L’étude a été élaborée par des étudiants du MIT, de la Northwestern University et de la Ghent University de Belgique, à savoir, Bradley Walters Biggs, Chin Giaw Lim, Kristen Sagliani, Smriti Shankar, Marjan De Mey, Stephanopoulos et Parayil.

Transcription du rebaudioside M

Les chercheurs de Manus Bio ont réussi à recréer un processus métabolique qui peut produire des quantités massives d’un composé de la plante stévia (précisément les espèces Stevia eupatoria et Stevia rebaudiana). Ce composé est un édulcorant appelé rebaudioside M (Reb M). Ce dernier est l’ingrédient naturel le plus sucré qui existe actuellement sur le marché. Le Reb M est par exemple 300 fois plus sucrant que le saccharose. Dans la nature, seulement 0,01 % du composé peut être extrait de la stévia. C’est entre autres pour cette raison que la plupart des entreprises préfèrent extraire des édulcorants moins sucrés et qui leur reviennent moins cher.

L’herbe aromatique stévia

La bactérie utilisée pour produire l’édulcorant est une bactérie intestinale des mammifères qui se nomme l’Escherichia coli. Lorsqu’elles sont soumises au processus de fermentation créé par Manus Bio, ces bactéries produisent, en imitant la voie métabolique de la stévia, le composé Reb M à un niveau de pureté supérieur à 95 %. La production de grandes quantités de ce nouvel édulcorant biochimique prouve l’efficacité du procédé de fermentation. Selon Stephanopoulos, leur procédé revient environ à un dixième du coût des méthodes d’extraction à partir des plantes. Il a souligné aussi que le produit synthétisé a une saveur plus raffinée que celui extrait directement de la plante (celle-ci ayant un goût légèrement métallique). L’équipe a prévu de finaliser le procédé industriel pour ses partenaires en 2017.

Manus Bio a aussi fermenté un composé rare appelé nootkatone. Il s’agit d’un composé qu’on trouve dans le pamplemousse. Le nootkatone est un insectifuge respectueux de l’environnement qui coûte actuellement plusieurs milliers de dollars par kilogramme lorsqu’il est produit par les méthodes classiques. Il peut être utilisé aussi pour lutter contre la maladie de Lyme, le paludisme, le virus Zika et d’autres pathogènes transmis par les insectes.