Quand les microbes fabriquent nos médicaments
Depuis 1982, des bactéries produisent l'insuline des diabétiques. Demain, des levures en sachet pourraient fabriquer vitamines et remèdes à bord d'un vaisseau, ou dans un dispensaire privé de réfrigérateur.
Un médicament n'est souvent qu'une molécule bien précise. Certaines s'obtiennent facilement par la chimie ; d'autres, comme les protéines, sont si complexes que seules des cellules vivantes savent les assembler. Depuis une quarantaine d'années, on confie donc ce travail à des bactéries et à des levures, transformées en minuscules usines. La même idée intéresse aujourd'hui les agences spatiales : plutôt que d'emporter des années de médicaments et de vitamines, pourquoi ne pas emporter les microbes qui les fabriquent ?
1982 : l'insuline sort d'une bactérie
Avant cette date, les diabétiques étaient soignés avec de l'insuline extraite de pancréas de porcs ou de bœufs. L'approvisionnement était limité, et cette insuline animale, qui n'est pas chimiquement identique à l'insuline humaine, provoquait des réactions chez certains patients. Selon la Fondation nationale pour la science américaine (NSF), il fallait en 1923 environ 10 000 livres de pancréas pour obtenir une seule livre de cristaux d'insuline pure.
La génétique change la donne dans les années 1970. Les chercheurs apprennent à couper l'ADN d'une bactérie, à y insérer un gène venu d'ailleurs et à le refermer : c'est l'ADN recombinant. En 1977, le laboratoire Eli Lilly, principal producteur américain d'insuline animale, finance deux équipes qui cherchent à produire une insuline de synthèse. En 1978, la jeune société Genentech s'associe au centre médical City of Hope et entre dans la course. C'est cette équipe qui réussit la première : elle insère le gène de l'insuline humaine dans des bactéries, qui se mettent à produire en grande quantité une insuline identique à la nôtre. En octobre 1982, l'agence américaine du médicament (FDA) autorise l'Humulin, premier médicament issu de l'ADN recombinant.
Des levures au travail
Les levures, cousines de celle du boulanger, ont rejoint l'atelier. L'exemple le plus célèbre est l'artémisinine, pilier des traitements contre le paludisme, traditionnellement extraite d'une plante, l'armoise annuelle, dont les récoltes sont irrégulières en quantité comme en qualité. L'équipe de Jay Keasling, à l'université de Californie à Berkeley, puis la société Amyris ont mis au point une levure qui produit de l'acide artémisinique, un précurseur que l'on convertit ensuite chimiquement en artémisinine. En avril 2013, le groupe pharmaceutique Sanofi a lancé la production à grande échelle de cette artémisinine dite semi-synthétique.
Les microbes savent aussi travailler en petit. En 2018, une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a présenté InSCyT, un système automatisé qui tient sur une paillasse. Il utilise la levure Pichia pastoris pour produire, purifier et formuler en trois jours environ des médicaments protéiques de qualité clinique : hormone de croissance, interféron alfa-2b, facteur stimulant la production de globules blancs. Une même machine peut passer d'un médicament à l'autre et livrer des centaines à des milliers de doses par cycle, de quoi soigner de petits groupes de patients que les grandes usines spécialisées servent mal.
Des yaourts en orbite
Dans l'espace, le problème est d'abord celui du temps. Les aliments préemballés perdent de leur valeur nutritive au fil des mois, et les médicaments se périment. Des chercheurs du centre CUBES, un consortium de cinq universités américaines soutenu par la NASA, citent une estimation selon laquelle 75 % des médicaments sous forme solide auraient expiré au cours d'une mission martienne de 880 jours.
Le centre de recherche Ames de la NASA teste une parade depuis 2019 : des poches contenant des microbes séchés et un milieu de culture comestible. L'astronaute ajoute de l'eau stérile, mélange, et garde la poche au chaud 48 heures. Lors de la première expérience, BioNutrients-1, deux levures de boulanger génétiquement modifiées ont produit du bêta-carotène et de la zéaxanthine, deux antioxydants présents dans les carottes ou les poivrons. Les souches sont restées viables jusqu'à 3,9 ans, stockées à température ambiante à bord de la Station spatiale internationale.
BioNutrients-2 a élargi la gamme : une levure probiotique, Saccharomyces boulardii, modifiée pour fabriquer du bêta-carotène ; une autre produisant de la follistatine, une protéine étudiée contre la fonte musculaire ; et des ferments de yaourt et de kéfir. Ses bioréacteurs, de simples poches plates, sont 91 % plus légers que ceux de la première génération. La NASA présente le système comme une plateforme qui pourrait un jour produire aussi des médicaments à la demande. Une troisième génération de poches, conçue pour être pasteurisée à bord, a été mise au point en 2024, avec un « nez électronique » capable de repérer un yaourt contaminé.
Des usines qui se passent de froid
Ces poches répondent aussi à un problème bien terrestre : la chaîne du froid. Beaucoup de produits biologiques doivent rester au frais de l'usine jusqu'au patient, ce qui est difficile à garantir dans les régions isolées. Les microbes séchés, eux, attendent à température ambiante qu'on les réveille avec un peu d'eau. Une variante va plus loin : en 2016, une équipe de l'institut Wyss de l'université Harvard a lyophilisé la seule machinerie moléculaire qui fabrique les protéines, sans cellule vivante, et en a tiré un antigène de la diphtérie testé chez la souris.
Vers les étoiles, et dès aujourd'hui
La marche « Yaourt des Étoiles » (voir la marche J-CRW-03) veut prolonger ces travaux : embarquer des souches microbiennes déshydratées capables, sur simple ajout d'eau, de produire à la demande vitamines, ferments et nutriments fragiles, qui se dégraderaient pendant un voyage de plusieurs années. Pour un équipage parti vers une autre étoile, aucun ravitaillement n'est possible : ce qui s'abîme devra être fabriqué sur place.
Sur Terre, la même technique vise dès maintenant les dispensaires privés de chaîne du froid et les zones de crise. À partir de sachets stables à température ambiante, ils pourraient fabriquer en quelques jours des boissons fermentées enrichies en micronutriments, ou des ferments laitiers. Il restera à garantir la sécurité de ces petites productions : vérifier qu'aucun microbe indésirable ne s'est invité, et que la dose produite est la bonne. C'est l'enjeu des contrôles automatiques, comme le nez électronique de la NASA, qui devront fonctionner loin de tout laboratoire.