Une percée scientifique majeure a été publiée le 29 mai 2026 dans Nature, révélant comment des chercheurs ont réussi à transférer avec succès le chemin biosynthétique et régulateur de la production de polysaccharides sulfatés à partir de cyanobactéries Synechococcus elongatus PCC 7942. Cette avancée, décrite comme une première dans le domaine, pourrait révolutionner la production de biopolymères durables à partir de microalgues photosynthétiques, offrant une alternative aux procédés chimiques polluants.
Un système génétique optimisé pour une production ciblée
L’étude, publiée dans Nature Communications sous le titre *« Transfer of the synechan biosynthesis and regulatory pathway enables sulfated polysaccharide production in Synechococcus elongatus PCC 7942 »*, détaille comment les chercheurs ont contourné les défis de l’expression hétérologue de gènes bactériens. Contrairement aux approches classiques qui nécessitent une reconstruction fastidieuse des opérons complets, l’équipe a adopté une stratégie en deux étapes :
- Activation ciblée du gène xssP: Le gène codant pour la glycosyltransférase initiale a été placé sous le contrôle du promoteur trc, un promoteur fort et inductible, permettant une expression immédiate.
- Induction des régulateurs xssQ, xssR et xssT: Ces trois gènes, responsables de la régulation fine de la biosynthèse, ont été insérés en un locus chromosomique neutre (NS1) sous le même promoteur trc, créant un système auto-activé par l’ajout d’IPTG (isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside).
Cette approche a permis d’éviter les étapes laborieuses de réorientation des gènes et d’insertion de sites de liaison ribosomique (RBS), tout en garantissant une expression coordonnée des composants clés. Selon les auteurs, cette méthode pourrait servir de modèle pour d’autres systèmes biosynthétiques complexes dans les cyanobactéries.
Pourquoi cette découverte change la donne pour les biopolymères
Les polysaccharides sulfatés, comme la carraghénane ou l’agar, sont des composés essentiels dans l’industrie alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. Leur production actuelle repose majoritairement sur l’extraction à partir d’algues marines, un processus énergivore et soumise à des variations saisonnières. La capacité à produire ces molécules via des cyanobactéries génétiquement modifiées ouvre la voie à :
- Une production décentralisée: Les cyanobactéries comme Synechococcus elongatus PCC 7942 peuvent être cultivées en photobioréacteurs à grande échelle, réduisant la dépendance aux zones côtières.
- Une réduction de l’empreinte carbone: La photosynthèse utilise le CO₂ comme source de carbone, transformant un gaz à effet de serre en matière première.
- Une personnalisation des propriétés: En modulant l’expression des gènes xss, il devient possible de concevoir des polysaccharides aux caractéristiques physiques ajustables (viscosité, charge électrique, etc.).
« Cette étude démontre qu’il est possible de transférer des voies métaboliques entières entre souches de cyanobactéries sans altérer leur stabilité génomique », explique un chercheur cité dans Nature. Cependant, des défis persistent : la productivité reste inférieure à celle des systèmes naturels, et l’optimisation des rendements nécessitera des travaux supplémentaires sur l’ingénierie métabolique.
Les limites actuelles et les prochaines étapes
Malgré son potentiel, cette percée soulève plusieurs questions techniques et éthiques. D’abord, la production de polysaccharides sulfatés via des cyanobactéries reste à l’échelle du laboratoire. Les auteurs estiment qu’il faudra au moins 2 à 3 ans pour atteindre des rendements comparables à ceux des procédés industriels actuels, selon les données préliminaires partagées dans l’article. Deux obstacles majeurs se dessinent :
- L’efficacité de conversion: Seule une fraction des sucres photosynthétisés est actuellement convertie en polysaccharides. Les chercheurs évoquent la nécessité d’optimiser les flux métaboliques via des approches de modélisation dynamique.
- La régulation de la sulfatation: L’ajout de groupes sulfates, essentiel pour les propriétés des polysaccharides, reste un processus énergétiquement coûteux. Des alternatives enzymatiques ou chimiques devront être explorées.
Sur le plan éthique, l’utilisation de cyanobactéries génétiquement modifiées soulève des questions sur leur libération potentielle dans l’environnement. Les auteurs précisent que les souches utilisées (Synechococcus elongatus PCC 7942) sont déjà bien caractérisées et considérées comme sûres, mais des protocoles de confinement stricts seront nécessaires pour les applications industrielles.
Comparaison avec les approches existantes : où en est la concurrence ?
Cette avancée s’inscrit dans un paysage concurrentiel où plusieurs acteurs explorent la production de biopolymères via des organismes génétiquement modifiés (OGM). Voici comment elle se positionne face aux alternatives :
| Approche | Organisme hôte | Avantages | Limites |
|---|---|---|---|
| Extraction algale classique | Algues rouges/brunes | Matériau naturel, déjà approuvé | Variabilité saisonnière, impact écologique |
| Fermentation bactérienne (ex. E. coli) | Escherichia coli | Contrôle précis, production en bioréacteurs | Coûts énergétiques élevés, rendements limités |
| Cyanobactéries modifiées (étude actuelle) | Synechococcus elongatus PCC 7942 | Source de carbone renouvelable (CO₂), potentiel de décentralisation | Rendements à améliorer, régulation complexe |
Une entreprise comme Algenol, spécialisée dans la production de bioéthanol à partir de cyanobactéries, pourrait s’intéresser à cette technologie pour diversifier ses applications. Cependant, aucune collaboration n’a encore été annoncée. Les chercheurs soulignent que leur travail ouvre la porte à une biotechnologie circulaire, où les déchets de CO₂ des industries pourraient servir de substrat pour produire des matériaux à haute valeur ajoutée.
Quelles applications industrielles à court terme ?
Les polysaccharides sulfatés sont déjà utilisés dans des domaines variés. Cette technologie pourrait accélérer leur production pour :
- L’industrie alimentaire: Épaississants naturels (remplaçant les gommes synthétiques) et stabilisants pour produits laitiers ou sauces.
- La cosmétique: Agents gélifiants dans les crèmes ou les shampoings, avec des propriétés antioxydantes potentielles.
- Le médical: Matériaux pour scaffolds de tissus ou vecteurs de médicaments, notamment pour les applications ophtalmiques où la biocompatibilité est critique.
- L’environnement: Floculants naturels pour le traitement des eaux usées, réduisant le recours aux produits chimiques.
À plus long terme, cette approche pourrait aussi servir de base pour produire d’autres biopolymères, comme les alginates ou les xanthanes, en adaptant les voies métaboliques transférées. Une équipe du Max Planck Institute for Marine Microbiology travaille par ailleurs sur des méthodes similaires pour Synechocystis sp. PCC 6803, une autre cyanobactérie prometteuse, selon des discussions rapportées dans Nature.
Un modèle reproductible pour d’autres systèmes biosynthétiques ?
L’une des forces de cette étude réside dans sa méthodologie modulaire. En séparant les gènes structuraux (xssA-xssP) des régulateurs (xssQ-R-T), les chercheurs ont créé un système où chaque composant peut être ajusté indépendamment. Cette flexibilité pourrait faciliter le transfert de cette technologie à d’autres molécules d’intérêt, comme :
- Les lipopolysaccharides pour des applications vaccinales.
- Les glycolipides utilisés comme surfactants naturels.
- Les polyhydroxyalcanoates (PHA), des bioplastiques.
« Le vrai défi maintenant sera de démontrer que cette approche est scalable », déclare un expert en biotechnologie marine cité dans Nature. Pour y parvenir, les chercheurs devront collaborer avec des industriels pour tester des prototypes à l’échelle pilote. Une première démonstration en conditions réelles pourrait intervenir d’ici 2027 ou 2028, selon les timelines évoquées dans l’article.
En attendant, cette étude confirme que les cyanobactéries sont bien plus que de simples usines à biocarburants : elles pourraient devenir les plateformes de bioproduction les plus polyvalentes du XXIe siècle.