Biotechnologies pour la valorisation des macroalgues

Porté successivement par le regroupement des Etablissements d’Enseignement Supérieur bretons et ligériens associé au CNRS, l’INRIA, l’Ifremer et l’INRAE et coordonné par la Station Biologique de Roscoff, IDEALG a regroupé 17 partenaires dont un centre technique des algues et 5 entreprises exploitant les grandes algues en Bretagne. Ce projet précompétitif représentait un investissement total de 35 millions d’euros et a reçu un financement de 10 M€ du programme Investissements d’Avenir (PIA) BTBR.  Avec un partenariat ambitieux comportant des expertises complémentaires en génétique, biologie, écologie, informatique, mathématiques, chimie et en sciences économiques et sociales ainsi que plusieurs entreprises et PME, IDEALG constituait une opportunité unique de positionner la France en tant que leader européen pour le développement de nouvelles utilisations des ressources macro-algales. Dans un contexte de demande croissante à l’échelle mondiale, il y avait un besoin urgent en France de développer de nouvelles productions de biomasse à partir d'algues locales. IDEALG se proposait donc de développer de nouvelles méthodes de culture et de sélectionner de nouvelles variétés d’algues. Ces cultures étaient développées pour avoir un avantage environnemental important pour la conservation des ressources génétiques, pour la biodiversité associée aux algues et dans le contexte de l'aquaculture intégrée et de l’anticipation de l’impact du changement climatique.

IDEALG reposait sur trois axes: 1. Les recherches en séquençage génomique, pour obtenir les données requises sur le potentiel des algues en termes de diversité génétique, de voies métaboliques et d’interactions avec d’autres organismes ou leur environnement. Ces connaissances sont particulièrement utiles pour la découverte d’enzymes et l’accès aux molécules dans le deuxième axe, et pour la sélection variétale dans le troisième. 2. Le développement d’outils analytiques et biotechnologiques et d’études chimiques, pour exploiter et/ou contrôler le métabolisme des algues à des fins industrielles. 3. Le développement de la culture d’algues et la conservation des ressources génétiques. Cet axe comprenait aussi des études d’impacts environnementaux et socio-économiques sur le secteur des algues et des analyses prospectives.

Ses objectifs ont été atteints et, dans certains cas, largement dépassés grâce aux avancées méthodologiques et à la capacité des partenaires à tirer parti de ces évolutions. IDEALG a contribué au séquençage et à l'analyse de génomes de référence pour des dizaines d’algues brunes et rouges et à plus d’une centaine de génomes de bactéries associées. Cette réalisation est une percée majeure pour la biologie des grandes algues. Les génomes ainsi que d'autres ressources « omiques » développées par les partenaires sont mis à disposition via le système d'information de la plate-forme ABIMS de la Station Biologique de Roscoff, composante de l’Institut Français de Bioinformatique. Sur la base de ces ressources, des outils de génotypage ont été développés pour plusieurs espèces, soit des marqueurs microsatellites, soit des SNPs dont l’identification a été facilitée par les nouvelles technologies de séquençage. En parallèle, des efforts de phénotypage ont aussi été développés à travers des outils de cultures, de physiologie et de biochimie pour contribuer à déterminer les traits d’intérêt pour la sélection variétale. Ces outils ont été utilisés dans le cadre d’IDEALG, ainsi que dans d'autres projets sur de nouvelles espèces à partir des données acquises sur l’espèce modèle Ectocarpus. Ces données ont aussi été utilisées en collaboration avec d'autres projets européens pour réaliser les première études d'association à l'échelle du génome chez l’algue brune Saccharina latissima dont une première carte génétique a été établie pour des approches de recherche de loci associés à des traits quantitatifs (QTLs).

Mis au service de la communauté scientifique au sein de l’infrastructure nationale de biologie EMBRC-Fr, ces résultats et ces ressources biologiques et génétiques permettent de mieux comprendre la physiologie, la reproduction, le métabolisme et les interactions des algues avec leur environnement. L’intégration des mathématiques et de la bio-informatique dans la reconstruction des cartes des voies métaboliques a aussi renversé la conception selon laquelle une algue ne peut vivre sans échanges avec les microorganismes qui l’habitent. En effet, ces développements en biologie des systèmes qui n’avaient jamais été entrepris pour des macro-algues ont dépassé les approches descriptives qui ne permettaient pas d’analyser les fonctions des interactions entre les micro-organismes et les algues. Couplées à des études en laboratoire et dans l’environnement, les percées d’IDEALG ont servi à décrypter le fonctionnement des « holobiontes »   d’algues, mais aussi d’invertébrés élevés avec des algues comme l’ormeau européen.

Durant 10 années, IDEALG a développé des modules de traitement de l’information génomique, génétique, biologique et chimique qui ont aussi contribué à développer des outils biotechnologiques au service de projets finalisés avec des entreprises à l’échelle nationale et internationale. Plus de 450 protéines recombinantes ont été exprimées par les plate-formes de la SBR, principalement des enzymes de dégradation de la biomasse algale issues de bactéries marines spécialisées, mais aussi plus d’une dizaine de protéines d’algues impliquées dans les voies de synthèse de métabolites d’intérêt comme les phlorotannins, les stérols, les composés halogénés ou les dérivés d’acides gras oxydés. Ce port-folio d’enzymes qui constitue le socle de la création de la start-up « MarinEnzymes » a considérablement enrichi les connaissances notamment en permettant de décrire les premiers loci d’utilisation de polysaccharides bactériens (PUL en anglais) pour les galactanes sulfatés des algues rouges ou les ulvanes des algues vertes. Des outils de génétique fonctionnelle pour des bactéries non modèles ou des algues brunes révolutionnent aussi les approches pour identifier de nouvelles fonctions ou révéler de nouveau pans de la biologie et du métabolisme des algues. Les travaux d’IDEALG sur la conservation des ressources en algues sauvages, les espèces introduites et les services écosystémiques des macro-algues confortent aussi l’absolue nécessité d’anticiper les changements en cours pour préserver le rôle des grandes algues dans la modulation de l’impact des émissions de gaz à effet de serre et lutter contre l’acidification et l’eutrophisation des océans tout en développant leur potentiel en nutrition humaine ou d'autres applications.

IDEALG a produit plus de 181 publications scientifiques, 9 brevets, trente-six thèses de doctorat non financées par le PIA et un montant global de près de 30 M€ de nouveaux projets collaboratifs dont près de 8,5 millions de co-financement qui confortent aussi la reconnaissance des travaux et l’effet d’entrainement pour la filière économique et vers l’international. A l’issue du projet, la France se place comme la première nation européenne pour la recherche fondamentale sur les grandes algues marines et la filière française de valorisation se trouve à un tournant pour conserver son leadership européen dans les secteurs de l’agriculture, de l’alimentation humaine et de la cosmétique en utilisant la totalité de la biomasse. Pour développer le secteur, la limitation des importations est essentielle et seul un approvisionnement par des cultures en mer et en bassins est susceptible de contribuer à assurer des quantités et qualités pour les nouvelles applications à forte valeur ajoutée comme pour la production de produits de commodité ou de molécules plate-formes pour la chimie des tensio-actifs et des matériaux bio-dégradables. Les bases de connaissances biologiques, écologiques génétiques et chimiques pour plusieurs espèces d’algues ont été consolidées par les travaux d’IDEALG et des projets associés. Cependant, de nombreuses barrières économiques, sociales, politiques et culturelles justifient la poursuite de l’élan permis par le PIA pour la biomasse algues. Des initiatives internationales comme la Safe Seaweed Coalition dont les responsables d’IDEALG seront les pilotes scientifiques avec la Fondation Lloyd’s Register et le Pacte Mondial des Nations Unies assureront la continuité du réseau.