Les startups Synbio exploitent l'évolution et préparent les flux de biofabrication

Les entreprises nouvellement lancées développent des technologies pour automatiser l’évolution adaptative des laboratoires et éliminer les goulots d’étranglement bioindustriels

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La plupart des bactéries se multiplient rapidement. Par exemple, Escherichia coli double son nombre en seulement 20 minutes. Si les bactéries sont des agents pathogènes humains infectieux, une réplication aussi rapide peut être problématique. Mais la croissance rapide des microbes signifie également une évolution rapide, c’est-à-dire l’émergence rapide et efficace de mutants bien adaptés grâce à la sélection naturelle – un mécanisme que certains chercheurs en biologie synthétique utilisent à leur avantage.

La pierre angulaire de la biologie synthétique est la construction de souches microbiennes (bactériennes et levures) dotées de nouveaux caractères créés grâce à l’édition du génome. Mais certaines caractéristiques complexes, telles que la capacité de croître dans des conditions spécifiques ou d’utiliser une matière première particulière, peuvent s’avérer trop compliquées pour une ingénierie rationnelle. Plutôt que d’adopter une approche ciblée d’ingénierie génomique pour introduire les caractéristiques souhaitées, certaines entreprises cherchent à évoluer pour y parvenir.

L'évolution adaptative en laboratoire (ALE) s'est avérée efficace pour sélectionner des microbes présentant les caractéristiques souhaitées. Mais le processus est long et peut être laborieux. Désormais, les startups évolutives s’efforcent d’automatiser l’ALE. En appliquant l’apprentissage automatique, ces entreprises développent l’ALE pour en faire un moyen plus pratique de faire évoluer les microbes.

L’un des talons d’Achille de la biologie synthétique est l’échelle. Bien que les défis soient multifactoriels, l’une des raisons est que les exigences des souches microbiennes peuvent être différentes lorsqu’elles sont cultivées dans un flacon Erlenmeyer de 100 ml et dans un bioréacteur de 1 000 L. Et le chercheur peut ne pas savoir exactement ce dont les bactéries ont besoin pour prospérer dans un environnement plus vaste. Aujourd’hui, les chercheurs des startups évolutives demandent aux bactéries de le découvrir par elles-mêmes. En encourageant les microbes à s'adapter à un environnement à grande échelle et en sélectionnant les souches qui réussissent, les entreprises espèrent établir un paradigme qui conduira à une réduction de la vitesse et du coût de commercialisation des produits de biologie synthétique.

Sheffield, une ville du nord de l'Angleterre, est un endroit peu probable pour trouver une start-up de biologie synthétique. Selon Joe Price, PDG d'Evolutor, la ville est surtout connue pour la bière. Et autrefois, elle était connue pour son acier. Quant à l'avenir, Price espère que la ville ajoutera à son patrimoine industriel un nouveau chapitre sur le thème de la biologie synthétique. Et il espère contribuer à y parvenir tout en éliminant certains des goulots d'étranglement de la biofabrication de la biologie synthétique.

Evolutor fait sa part. La société a développé la plateforme d'évolution accélérée pour automatiser et accélérer les processus ALE. Plus précisément, la plateforme soumet les microbes présents dans les bioréacteurs à des pressions sélectives, qui déterminent leur évolution.

Price affirme que les processus initiés par Evolutor ne rivalisent pas avec l’ingénierie rationnelle du génome. En fait, le processus typique débutera avec une variété génétiquement modifiée. La plateforme d'Evolutor fera ensuite évoluer la variété génétiquement modifiée pour acquérir les caractéristiques supplémentaires souhaitées. Par exemple, une souche peut évoluer pour se développer sur de nouvelles matières premières. Ceci est important car, même si certaines souches de bactéries ou de levures peuvent bien se développer dans certains sucres à petite échelle, il n’est pas économiquement viable d’utiliser ces mêmes sucres à grande échelle. Evolutor peut faire évoluer ces souches pour utiliser des déchets alimentaires ou d'autres matériaux comme nouvelles matières premières.

La proximité d'Evolutor avec la bonne bière est peut-être une coïncidence, mais la même coïncidence peut être observée avec une deuxième société de biologie synthétique, Melonfrost, basée à Brooklyn. Comme Sheffield, Brooklyn a un héritage brassicole. Et comme Evolutor, Melonfrost dispose d'une plateforme ALE. Il se compose de matériel propriétaire, Evolution Reactor, et du logiciel basé sur l'intelligence artificielle (IA) de la société, Maia. Melonfrost note que Maia « apprend comment les organismes évoluent en réponse aux pressions de sélection et guide le réacteur d'évolution en appliquant de nouvelles pressions, pilotant l'évolution des organismes en temps réel sans rien connaître de leur génétique ».