Dans un laboratoire de Berkeley, un microbe surtout connu pour la bière et le pain a été soumis à un régime très différent. Saccharomyces cerevisiae, la levure de bière, a été nourrie avec du sucre et modifiée pour produire des substances chimiques associées au cannabis plutôt que de l’alcool ou une pâte levée.[2]

Des scientifiques ont modifié la levure de bière avec des gènes issus du cannabis et d’autres changements génétiques afin qu’elle puisse produire, à partir de sucre, des cannabinoïdes comme le THC et le CBD. À long terme, l’objectif est de fabriquer des cannabinoïdes par fermentation, de façon moins coûteuse, plus pure et moins dépendante de la culture de plants de cannabis.

Ces travaux, publiés dans Nature en février 2019, ont transformé un organisme bien connu des brasseurs en une minuscule usine chimique.[1] Des chercheurs dirigés par Jay Keasling, à l’université de Californie à Berkeley, ont modifié la levure pour qu’elle puisse convertir le galactose, un sucre, en composés cannabinoïdes présents dans Cannabis sativa.[1]

Keasling, professeur de génie chimique et biomoléculaire ainsi que de bio-ingénierie, a résumé l’intérêt de cette approche sans détour : « avec la levure, vous obtenez exactement ce que vous voulez ».[2] Les plants de cannabis peuvent donner des résultats variables, et l’extraction de composés rares peut coûter cher, car de nombreux cannabinoïdes n’y sont présents qu’à l’état de traces.[3]

Une levure de bière dotée d’une voie métabolique du cannabis

L’équipe de Berkeley ne s’est pas contentée d’actionner un seul interrupteur génétique. Selon l’article de Nature, les chercheurs ont modifié plusieurs gènes déjà présents chez S. cerevisiae et en ont introduit d’autres provenant de cinq types de bactéries ainsi que du cannabis.[4] Au total, la levure a nécessité 16 modifications génétiques pour transformer le galactose en formes inactives de THC ou de CBD, qui peuvent ensuite être converties en formes actives par chauffage.[4]

À l’intérieur des cellules modifiées, le sucre emprunte une version reconstruite d’une voie métabolique végétale. La levure fabrique des substances intermédiaires, puis produit de l’acide cannabigérolique, ou CBGa, souvent surnommé le « cannabinoïde mère », car il peut donner naissance à plusieurs autres composés du cannabis.[3]

À l’étape finale, les chercheurs pouvaient orienter le produit obtenu. Keasling a expliqué à Scientific American que la souche de levure produisant du THC et celle produisant du CBD ne diffèrent que par un seul gène : le dernier gène de la voie métabolique, qui transforme le CBGa en l’une ou l’autre molécule.[3] En remplaçant ce gène, la même approche pourrait servir à produire des cannabinoïdes plus rares.[3]

Ces composés plus rares expliquent en grande partie l’intérêt de la levure. La marijuana contient plus de 100 cannabinoïdes, mais la plupart sont présents à des concentrations bien plus faibles que le THC et le CBD.[3] Lorsque les scientifiques tentent de les isoler à partir de plantes, les produits peuvent être coûteux et contenir des traces de cannabinoïdes apparentés plus courants.[3] La fermentation offrait la possibilité de lots plus propres et mieux standardisés.

Le problème du passage à l’échelle

Les premiers rendements restaient toutefois minuscules. La levure modifiée produisait environ 8 milligrammes de THC par litre et des niveaux plus faibles de CBD, selon le rapport de Nature résumé par Innoscience.[4] Jason Poulos, directeur général de Librede, a estimé que les rendements devraient être multipliés par au moins 100 pour que les cannabinoïdes produits par levure puissent rivaliser, en coût, avec ceux extraits des plantes.[4]

D’autres chercheurs y ont vu une démonstration importante. Kevin Chen, directeur général de Hyasynth Bio à Montréal, a déclaré que l’étude était significative parce qu’elle réunissait toute la chaîne de production des cannabinoïdes à l’intérieur d’une seule cellule.[4] David Kideckel, analyste du cannabis chez AltaCorp Capital à Toronto, prédisait à l’époque que les cannabinoïdes synthétiques étaient encore à 18 à 24 mois d’être suffisamment rentables pour les entreprises pharmaceutiques ou le grand public.[4]

La méthode s’inscrivait aussi dans une tendance plus large de la biologie synthétique. Des levures modifiées et des systèmes microbiens apparentés avaient déjà été utilisés pour produire des médicaments antipaludiques commerciaux et des opiacés en laboratoire.[4] Dans ce cas, on demandait plutôt à ce vieil organisme de brasserie de transporter une voie métabolique du cannabis.

Le point d’arrivée imaginé n’est pas un champ de plantes en fleurs ni un plateau de têtes collantes. C’est une cuve de fermentation : du sucre qui entre, des levures qui travaillent cellule après cellule, et un cannabinoïde qui s’accumule là où l’on aurait autrefois attendu de la bière.

Sources

  1. Nature, “Scientists brew cannabis using hacked beer yeast”
  2. UC Berkeley College of Chemistry, “Yeast produce low-cost, high-quality cannabinoids”
  3. Scientific American, “Rising High: GM Yeast Generates Known and Novel Marijuana Compounds”
  4. Innoscience Research Institute, “Scientists brew cannabis using hacked beer yeast”