les organismes photosynthétiques les plus efficaces peuvent nous aider à lutter contre le changement climatique

Le changement climatique et la croissance démographique exercent une pression sans précédent sur les systèmes énergétiques et alimentaires mondiaux. La hausse des prix alimentaires et la rareté des ressources de base telles que l’eau potable et l’énergie peuvent déclencher des conflits, des migrations massives et une instabilité politique et sociale dans les régions les plus vulnérables. Pour garantir un avenir sûr et équitable pour tous, il est crucial accélérer la transition vers des sources d’énergie renouvelables et des systèmes de production alimentaire efficaces et durables. Dans ce contexte, le monde microscopique a beaucoup à apporter.

Les microalgues, dont les cyanobactéries, sont les organismes photosynthétiques les plus efficaces de la planète. Elles peuvent générer jusqu’à trente fois plus de biomasse par unité de surface que les cultures agricoles les plus productives. Ceci, combiné à leur capacité à prospérer dans les terres arides et les eaux salées ou usées, en fait une alternative prometteuse pour la production durable de biocarburants et d’aliments riches en protéines et en acides gras.

Cependant, malgré leur grand potentiel dans des secteurs comme la bioénergie et l’alimentation, les microalgues n’ont pas encore conquis le marché. Pour y parvenir, il est nécessaire d’augmenter de façon exponentielle la capacité de production actuelle et de réduire les coûts. Les progrès de la génomique, du génie génétique et de l’intelligence artificielle nous rapprochent plus que jamais de la réalisation de cette révolution microscopique.

La solution réside dans les génomes

On estime qu’il existe entre 200 000 et 800 000 espèces de microalgues, dont seulement 50 000 ont été décrites et seules quelques-unes sont exploitées commercialement. Ce vaste univers de micro-organismes possède un énorme potentiel biotechnologique encore à découvrir. Cependant, identifier les possibilités de chaque espèce est un processus lent et coûteux, en raison de la nécessité de réaliser des tests et des analyses spécifiques pour chacune d’elles.

Heureusement, les technologies avancées de séquençage génomique permettent de décrypter le « mode d’emploi » des microalgues. Grâce à eux, nous pouvons révéler des gènes clés dans la production de composés bioactifs, de nouvelles enzymes et des mécanismes de résistance aux ravageurs et aux conditions environnementales extrêmes. De cette manière, la prospection de nouvelles espèces s’accélère, identifiant en un temps record celles qui présentent des caractéristiques de haute valeur biotechnologique.

Décrypter le code génétique des microalgues, c’est-à-dire comprendre la fonction de chaque gène et les voies métaboliques qu’ils suivent, est essentiel pour exploiter ce potentiel. Forts de ces connaissances, les outils d’édition génétique permettent concevoir des microalgues « à la carte ».

Ces outils fonctionnent comme des « ciseaux moléculaires » avec lesquels réécrire le code génétique des espèces, en insérant, supprimant ou modifiant des gènes spécifiques de manière précise et contrôlée.

Par exemple, en modifiant les gènes responsables de la synthèse de la paroi cellulaire, nous pouvons rendre les microalgues plus résistantes aux pathogènes et aux prédateurs. L’amélioration de l’efficacité des protéines de transport membranaire permettra aux microalgues d’absorber plus efficacement les nutriments. De même, en améliorant l’efficacité des complexes d’antennes, les systèmes chargés de capter la lumière, nous pouvons augmenter l’efficacité photosynthétique et donc la production de biomasse.

Les microalgues ont aussi un microbiome

Connaître le génome des micro-organismes qui coexistent et interagissent avec les microalgues est essentiel pour comprendre la complexité écologique des systèmes de culture. Il a été démontré que le microbiome intestinal humain joue un rôle crucial dans notre santé et notre bien-être. Le maintien d’un microbiome sain aide à prévenir les maladies et favorise un mode de vie sain.

De même, le microbiome associé aux microalgues contribue à la santé de l’écosystème. Un microbiome sain et diversifié favorise la croissance des microalgues, inhibe la croissance des pathogènes et contribue au maintien de la qualité de l’eau dans le système de culture.

La surveillance de la composition du microbiome permet de détecter les premiers signes de stress, de maladies et de déséquilibres dans l’écosystème microbienun phénomène connu sous le nom de dysbiose. De plus, connaître le fonctionnement du microbiome entourant les microalgues nous donne l’opportunité de créer des consortiums pour accélérer la production de biomasse et améliorer sa qualité.

L’intelligence artificielle peut aussi aider

L’information génétique des microalgues et de leurs microbiomes nous permet de générer modèles prédictifs avancés grâce à l’utilisation de l’intelligence artificielle (IA). Ces outils simulent les effets du génie génétique et de la manipulation du microbiome avant application dans des environnements réels.

En anticipant l’impact de ces modifications sur les performances des systèmes biologiques et de leur environnement, l’IA accélère le cycle de l’innovation biotechnologique. De plus, les modèles d’IA, entraînés avec des données sur la composition du microbiome, permettent de prédire les déséquilibres (dysbiose) des cultures, permettant ainsi la mise en place de mesures de prévention.

L’établissement d’une base de connaissances génétiques sur les microalgues et leur microbiome est crucial pour surmonter les défis technologiques qui empêchent la culture à grande échelle. Cette approche globale, qui va de la compréhension des gènes à la production de biomasse, permettra d’exploiter tout le potentiel biotechnologique de ces micro-organismes.

Tout comme l’agriculture a marqué une étape transcendantale dans l’histoire de l’humanité et de la planète, l’expansion de la culture de microalgues est appelée à jouer un rôle stratégique dans la transition vers un modèle de société plus durable et plus équitable. Dans un avenir proche, les microalgues pourraient devenir une source essentielle de biocarburant et de nourriture. Les technologies nécessaires existent déjà et leur mise en œuvre, si la société en décide ainsi, pourrait déclencher une révolution microscopique de portée mondiale.