Série Les frontières de la science
L’usine de fraises du futur à Hokkaidô
La première « usine à végétaux » du monde dédiée à l’agriculture pharmaceutique
[03.05.2012] Autres langues : ENGLISH | 日本語 | 简体字 | 繁體字 | ESPAÑOL | االعربية |

L’Institut national pour les Sciences et les Technologies industrielles avancées, à Hokkaidô, a créé un établissement ultramoderne, le premier au monde dans son genre, équipé à la fois pour la culture de plantes transgéniques et leur transformation en produits pharmaceutiques, le tout sur un seul et unique site.

Fruit Miracle

Sous les lumières vives, des rangées de plants de fraisiers alignés dans la chambre de culture.

Dans une « usine à végétaux » à Hokkaidô, des fraises porteuses d’un gène qui les rend capables de produire une protéine spécifique sont cultivées pour fabriquer des médicaments pour la maladie parodontale canine(*). Cultiver des plantes génétiquement modifiées à usage pharmaceutique nécessite des installations étanches afin de s’assurer que les gènes modifiés ne risquent pas de se mélanger avec des plantes ordinaires et bouleverser l’écosystème. L’installation d’Hokkaidô, développée par l’Institut national pour les Sciences et les Technologies industrielles avancées (AIST) est la première usine dans le monde à satisfaire à cette exigence. Pour la première fois, toutes les étapes du processus de production, de la culture des plantes transgéniques à leur transformation en médicaments, sont réalisées dans un environnement hermétique, sur le site même.

Pour s’assurer que les plantes génétiquement modifiées ne contaminent pas le patrimoine génétique naturel, l’usine présente des fonctionnalités de sécurité inconnue dans les usines à végétaux de type classique. L’atmosphère est maintenue sous pression négative afin que l’air ne s’échappe pas vers l’extérieur. L’air à l’intérieur de l’usine est filtré avant être libéré dans l’atmosphère. L’eau est entièrement stérilisée avant d’êtres rejetée. Toute personne entrant ou sortant de l’usine doit prendre une douche d’air. Les entrées et sorties de personnes et des objets sont strictement contrôlées de façon à maintenir le risque de dispersion des gènes à un minimum absolu.

Un chercheur au travail.

Culture tissulaire des plants de fraisiers avant leur transfert dans la salle de culture.

Le centre de l’usine est constitué de deux salles de culture, d’environ 30 m2 chacune, où les fraises sont cultivées en hydroponie. L’environnement est entièrement artificiel puisqu’il n’y a aucun sol dans les salles de culture. Le système d’éclairage utilise plusieurs types d’éclairage : LED, ampoules fluorescentes et lampes au sodium à haute pression. Les longueurs d’onde et l’intensité de l’éclairage peuvent être contrôlées pour fournir un environnement optimal correspondant au type de plante à cultiver. Le système peut même imiter le soleil estival, permettant la culture du riz et du maïs, qui requièrent une forte lumière et étaient donc jusque là difficiles à cultiver en usines conventionnelles.

300 capteurs sont installés dans les salles de culture pour contrôler avec précision les conditions ambiantes, température, lumière, et même la direction du vent. Ainsi, l’environnement de chaque plante est absolument uniforme.

« Nous produisons des végétaux de haute qualité pour une utilisation pharmaceutique, pas pour la consommation culinaire. Cela signifie que les conditions environnementales doivent être absolument définies », explique Matsumura Takeshi, directeur de l’usine du Groupe de recherche en technologie moléculaire de l’Institut AIST Hokkaidō Bioproduction. « Les conditions de culture dans l’usine sont uniformes, ce qui nous permet de recréer les conditions optimales pour la croissance des plantes, grâce à quoi nous obtenons une productivité supérieure à celle d’autres usines à végétaux. Pour certaines espèces, le rendement est quatre à cinq fois plus élevé. »

La fraise est le remède

Le génie génétique permet de modifier des gènes spécifiques de façon à doter certains organismes de nouveaux traits spécifiques. Ces traits leur permettront de produire des protéines et autres substances bénéfiques que les scientifiques peuvent utiliser pour divers objectifs. Le type de modification génétique le plus fréquent consiste à renforcer les résistances des espèces vivrières contre les nuisibles et les maladies. Mais la technologie permet également d’obtenir des cultivars avec des caractéristiques encore plus précisément ciblées, et les espoirs sont grands qu’il sera également possible d’utiliser cette technologie pour développer de nouveaux médicaments et traiter les troubles génétiques.

L’usine de l’AIST à Hokkaidô cultive des fraises auxquelles ont été implantés des gènes d’interféron canin, et fabrique à partir de ces fraises spécialement modifiées un traitement efficace contre la maladie parodontale canine. Les interférons sont des protéines que les cellules produisent lorsque le corps est attaqué par des bactéries ou des virus. Les fraises sont un organisme porteur pratique pour plusieurs raisons : la culture des tissus et la culture du fruit sont très bien maîtrisées, et les fraises sont aptes à être cultivées par multiplication végétative (c’est-à-dire par bouturage à partir d’organes végétatifs, comme les racines, les tiges, et les feuilles, plutôt qu’à partir de la germination de la graine). L’usine peut produire 300 kg de fraises par an, soit assez d’interféron pour plus d’un million de chiens.

Fraises contenant l'interféron canin, et pilules finales (image conceptuelle).

Cela prend environ cinq mois pour mener les fraises à maturité. Tout d’abord, les jeunes plants de fraises transgéniques sont cultivés à partir de la souche mère. Ils sont ensuite transférés en salle de culture, où ils portent des fruits quatre mois plus tard. Les fraises délicieusement rouges, contenant l’interféron, sont ensuite broyées, lyophilisées et pulvérisées. Elles sont ensuite administrées à des chiens, principalement sous forme de pilules.

Ordinairement, les interférons et les vaccins sont administrés par injection. Mais l’administration orale de comprimés est plus facile et moins stressante pour les animaux. Moins chère aussi, car il n’y a aucunement besoin d’aiguilles ni d’autres appareils médicaux. « L’interféron et les vaccins sont contenus dans les cellules végétales elles-mêmes », explique M. Matsumura. « C’est comme s’ils étaient enfermés dans une capsule. De ce fait, les substances sont moins susceptibles de tomber en panne après introduction dans le corps, ce qui rend cette méthode plus efficace que l’administration des interférons et des vaccins directement par voie orale. Les dosages peuvent ainsi être réduits. »

Construire l’avenir

Les travaux de développement de l’usine ont commencé en 2005 en tant que projet collaboratif entre l’industrie, la recherche et le gouvernement. Les fabricants de matériel ont fourni l’éclairage, la climatisation, et d’autres installations, et les compagnies pharmaceutiques et les organisations agricoles ont également été impliquées. L’usine a été achevée en Janvier 2007 et la mise en culture a débuté peu de temps après. Depuis lors, Matsumura et ses collègues de l’usine du Groupe de recherche en technologie moléculaire ont constamment gardé à l’œil la situation de l’usine, de la croissance des plantes jusqu’à l’état de fonctionnement des équipements. Un système informatisé fournit tous les paramètres de l’usine avec des mises à jour minute par minute. Après une période de mise au point sur la base de ces informations, l’équipe a réussi à obtenir des conditions adéquates pour la culture des fraises transgéniques, et le projet se déroule alors en douceur.

Les données sur la température, l'humidité, et les autres conditions dans les salles de culture sont envoyés à partir de près de 300 capteurs dans l'espace simulé sur un écran d'ordinateur.

Matsumura Takeshi manipule l'affichage sur l'écran de l'ordinateur.

« L’usine peut produire des récoltes uniformes de plantes transgéniques de grande qualité dans un environnement absolument étanche. Une fois que le système sera entièrement opérationnel, nous espérons être le premier à commercialiser des produits pharmaceutiques fabriqués en usine à végétaux économiquement viables. De nombreux projets pour développer des plantes transgéniques sont actuellement en cours d’étude dans le monde. Nous sommes optimistes que nos résultats jouent un grand rôle dans le passage de la biotechnologie végétale au niveau supérieur. »

En plus des fraises, l’usine a réussi à faire pousser un certain nombre d’autres plantes transgéniques prometteuses, comme des pommes de terre qui expriment un vaccin contre la grippe aviaire, du riz et des plants de tabac qui expriment un vaccin contre le choléra. Une seconde usine élaborée par référence aux résultats obtenus ici est prévue pour Octobre 2012.

(Original écrit en japonais par Satô Narumi, rédactrice pigiste. Photographies par Hans Sautter.)

(*)^ La maladie parodontale canine, ou maladie des gencives, est une affection fréquente qui touche environ 80% des chiens âgés de deux ans ou plus.

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