La biotechnologie du métabolisme des levures, appliquée en vue d'une production élevée de biocarburant, sous forme d'éthanol, peut produire des métabolites toxiques ; elle peut également constituer des menaces exceptionnelles pour l'agriculture, selon le Professeur Joe Cummins.
La version originale en anglais intitulée Yeasts Targeted for High Ethanol Production
“The Institute of Science in Society” = I-SIS, est une organisation non gouvernementale basée à Londres, Grande Bretagne. Le site web est http://www.i-sis.org.uk Les informations générales concernant cet institut sont disponibles auprès de Sam Burcher, joignable par Sam Burcher L'institut I-SIS est dirigé par Mae-Wan Ho
La fermentation des matières végétales pour fabriquer de l' éthanol a fait l'objet d'une promotion considérable comme l'un des moyens de produire un biocarburant selon des modalités soutenables [1] ( Biofuels for Oil Addicts , SiS 30 ). La production de l'éthanol pendant la fermentation s'est montrée limitée par l'incapacité de la levure de se développer sous des taux élevés d' éthanol et beaucoup d'efforts sont consacrés à la création de souches de levures qui tolèrent des niveaux élevés d'éthanol : elles peuvent ainsi poursuivre le processus de fermentation afin de produire des concentrations plus élevées d'alcool. Ceci a l'avantage principal d'économiser de l'énergie lors de la distillation et du raffinage de l'éthanol.
Les manipulations génétiques chez les levures sont bien plus précises que celles qui sont mises en œuvre chez les plantes cultivées et, chez les levures, les gènes ont été changés avec précision au moyen de mutations provoquées. La méthode développée pour faire des levures hautement productives en éthanol, par exemple, met en œuvre la mutagénèse de localisation spécifique (voir ci-dessous) des protéines de régulation qui contrôlent un réseau métabolique pour la production d'éthanol, afin que la levure puisse tolérer des niveaux élevés d'éthanol et de glucose [2].
Bien que des gènes puissent être changés avec précision, afin d'éviter des dommages génétiques collatéraux, des altérations des réseaux métaboliques peuvent se traduire par des effets métaboliques inattendus. La raison tient au fait que puisque les gènes sont connectés et reliés entre eux dans un réseau fonctionnel complexe, un gène ne peut pas être changé sans en affecter beaucoup d'autres [3] ] ( Living with the Fluid Genome , I-SIS Publications).
Il y a douze ans, des scientifiques japonais ont rapporté qu'un travail portant sur une levure transgénique modifiée pour augmenter le taux de fermentation, avec de multiples copies de l'un de ses propres gènes, s'est traduit par une accumulation du métabolite méthylglyoxal à des niveaux toxiques et mutagènes [4]. Comme la levure n'est pas destinée à faire une bière forte pour la consommation, mais du biocarburant éthanol, la production de la toxine peut sembler poser moins de problème, dans la mesure où la souche de levure peut être complètement confinée, ce qui est bien loin d'être le cas.
Une levure génétiquement modifiée est susceptible de polluer ou de se croiser avec des levures indigènes. Si des toxines inattendues sont produites en raison des changements métaboliques au sein des voies biochimiques, il se peut que nous rencontrions alors de vrais ennuis. La levure de boulanger n'est pas un microorganisme pathogène mais elle peut le devenir à la suite d'une contamination. Et la levure toxique pour production d'éthanol ne serait aucunement désirable au niveau de l'intestin des êtres vivants.
Que se passerait-il si cette levure venait à s'échapper dans le milieu environnant et à contaminer le sol comme elle peut facilement le faire ? Il y a quelques années, une bactérie génétiquement modifiée, Klebsiella planticolae , modifiée pour produire de l'éthanol à partir de déchets de bois, s'est avérée capable d'inhiber la croissance de plantules de blé dans tous les milieux étudiés [5, 6] ( Ethanol from Cellulose Biomass Not Sustainable nor Environmentally Benign , SiS 30). Une levure génétiquement modifiée pour produire des concentrations élevées d'éthanol, qui serait disséminée dans les sols, pourrait aboutir à une catastrophe pour l'agriculture et les productions alimentaires.
La manipulation des voies biochimiques et du métabolisme constituent un champ nouveau et on doit en rester là. Les producteurs de l' agriculture biologique et les industries connexes seront bientôt confrontés à des décisions difficiles au sujet des aliments élaborés selon un mode d'agriculture biologique. Des gènes et des voies métaboliques modifiés avec précision avec de l'ADN recombiné, ou manipulé peuvent-ils toujours être considérés comme 'biologiques' ? Nous devrons le décider bientôt, avant que les bureaucrates ne le décident pour nous.
La mutagénèse de localisation spécifique a été employée pour créer une levure capable de produire des niveaux élevés d' éthanol [2, 7]. Le processus consiste à changer des mots spécifiques du code de l'ADN dans un gène particulier. Dans le cas d'une levure pour une haute teneur en éthanol, un kit commercial appelé 'kit rapide de mutagénèse de localisation spécifique', a été employé.
De courtes chaînes d'ADN (oligonucléotides) avec les mutations désirées ont tout d'abord été préparées par les expérimentateurs ou achetées dans le commerce chez un distributeur d'oligonucléotides. Le kit rapide de mutation fournit les outils pour changer le gène de type sauvage sur un plasmide bactérien.
L'oligonucléotide mutant est fixé au gène de type sauvage dans le plasmide, qui est amplifié, afin de produire des plasmides qui portent le gène avec les mutations spécifiques. Par la suite, le gène mutant est inséré dans la levure à un loci spécifique, à la faveur d'une étape qui comporte une recombinaison légitime.
Des gènes qui doivent être insérés par une recombinaison légitime doivent être flanqués par de courtes séquences du gène à l'emplacement de l'insertion. La recombinaison homologue insère l'ADN et perturbe le gène ciblé, ce qui permet un choix rapide des cellules qui présentent le gène inséré.
Dans le cas d'un gène codant pour une protéine de régulation, visant le locus de l' uracile , les colonies de levures transformées seront identifiées en utilisant des ensemencements et en repérant leur reproduction sur le milieu de croissance dépourvu d'uracile. Les colonies avec le gène perturbé ne se développent pas sur le milieu dépourvu d'uracile mais elles laissent comme un dessin fantôme sur l'agar, le gel du milieu de culture. Ces colonies sont sélectionnées à partir de milieux de culture contenant de l'uracile et reproduites en vue d'autres expérimentations.
Le principal souci concernant la manipulation des régulateurs des voies métaboliques tient au fait que les gènes ont de multiples effets et le fait de changer l'activité d' un seul gène, change inévitablement les fonctions de beaucoup d'autres. En conséquence, cela peut conduire à la production de toxines imprévisibles (voir ci-dessus).
La lumière UV a été employée pendant de nombreuses années pour induire des souches mutantes en vue d'applications de laboratoire et de développements commerciaux. Cette technique a permis de créer des souches de levures de brasserie qui produisent les niveaux élevés d'éthanol pour la production de bière et de bioéthanol [8].
Les levures « petites » sont des souches déficientes au niveau des mitochondries qui peuvent être produites par des mutations nucléaires ou mitochondriales . Une levure « petite », mutante au niveau du noyau, s'est avérée capable d'une production plus élevée d'éthanol lorsqu'elle a été cultivée sur de l' amidon [9].
De la cellulose amorphe a été digérée par des Saccharomyces cervisiae modifiés avec des gènes d'endogluconase provenant du champignon Trichoderma et d'une levure sauvage Saccharomycopsis , dans le but de produire de l'éthanol. Les deux gènes ont été insérés dans le gène uraFUR1 (Uracilphosphoribosyltransférase) [10].
Un certain nombre de modifications génétiques sont conçues afin de permettre Saccharomyces cervisiae de métaboliser le xylose , un sucre que l'on trouve dans la lignocellulose contenue dans les déchets et les rebuts agricoles et forestiers. Les gènes de la déshydrogénase du xylitol et de la réductase du xylitol, provenant de la levure Pichia stipilis, ont été intégrés dans les chromosomes des levures S . cervisiae. Le xylose a été converti en éthanol par la souche modifiée génétiquement [11-13].
On a fait l'impasse sur l'impact et les conséquences qui pouvaient résulter de la dissémination dans l'environnement, d'une telle levure modifiée. Les levures S. cervisiae ne se sont montrées pathogènes ni chez les plantes ni chez les animaux mais la levure modifiée génétiquement peut créer de nouveaux agents pathogènes ou simplement empêcher les plantes cultivées de croître et de se développer normalement (voir ci-dessus).
Des mutations et des modifications génétiques ont été réalisées chez les levures Saccharomces cervisiae pour accroître la production d'éthanol par la fermentation de déchets de plantes cultivées et des matériaux des forêts. Cependant, l'évaluation critique des conséquences humaines et environnementales de la dissémination de ces nouveaux organismes, ne s'est pas encore été entreprise. En outre, il a été démontré récemment que l'éthanol produit à partir de la biomasse cellulosique n'est ni soutenable ni anodin pour notre environnement [5].Got something to say about this page? Comment