Synthèse totale de l’hydrocortisone dans la levure de boulanger Biosynthesis of hydrocortisone in yeast

La levure s’ennuyait: on ne lui demandait, depuis des millénaires, que des tâches de routine, du pain, du vin, de la bière... Dans des temps plus récents, c’est vrai, l’homme, son ami, l’avait mise au défi de fabriquer pour lui des substances plus nobles (encore que, question noblesse, cela était loin de faire l’unanimité), des protéines que l’homme lui-même et les animaux ne savaient fabriquer qu’en petite quantité... Qui lui demanda des cytokines, qui des antigènes, qui de l’hirudine... Mais cela n’était pas à la hauteur de ses ambitions; au fond, un procaryote tout bête, un Escherichia coli minable, avait pu, souvent, réussir les mêmes choses. La levure rêvait d’être un jour appelée à une grande entreprise. La nuit, elle lisait et relisait un texte où une phrase l’avait particulièrement frappée et chatouillait agréablement son ego: «Microorganisms can and will do everything, they are smarter, wiser, more energetic than chemists, engineers and others». Quand, un beau jour ensoleillé de l’automne 1991, des biotechnologistes d’une entreprise romainvilloise, accompagnés d’autres éminents collègues de Strasbourg et de Gif-sur-Yvette lui demandèrent de l’aide pour fabriquer des tonnes d’hydrocortisone à un prix défiant toute concurrence, S. cerevisiae n’hésita pas un instant: «Je suis prête - dit-elle simplement - les P450, je m’y connais». Ainsi commença l’aventure du projet UCI. L’hydrocortisone est encore, près de cinquante ans après sa mise sur le marché, un produit largement utilisé, soit comme médicament, soit comme intermédiaire pour la synthèse d’un principe actif. Son activité biologique est principalement liée à ses propriétés anti-inflammatoires. Ses effets secondaires sont connus et maîtrisés. La production mondiale approche la centaine de tonnes par an, une preuve de son succès lorsque l’on sait que la dose active chez l’homme est de l’ordre de quelques milligrammes par kg de poids. La synthèse d’hydrocortisone actuellement exploitée chez Aventis (originellement mise en oeuvre à Roussel-Uclaf) comprend huit étapes: sept sont chimiques et une est une bioconversion. Il s’agit d’une nouvelle approche, très performante, qui a depuis quelques années remplacé le procédé précédent, beaucoup plus long (vingt étapes). Mais, dans un marché mondial à la concurrence acharnée, il nous fallait imaginer des procédés encore plus performants: c’est pourquoi nous nous sommes proposés, en nous inspirant de la merveilleuse efficacité de la biosynthèse d’hydrocortisone qui a lieu quotidiennement dans les surrénales de tout mammifère, de transférer la totalité de cette voie de synthèse dans un micro-organisme, en utilisant des techniques de biologie moléculaire. La voie naturelle comprend cinq étapes enzymatiques, dont quatre sont assurées par des enzymes à cytochromes P450, qui transforment le cholestérol, substrat très bon marché, en cette hormone glucocorticoïde très précieuse (en vert sur le schéma de biosynthèse) (Figure 1). Peu de micro-organismes semblaient en 1991 à même de permettre la réalisation d’un tel projet. Finalement, notre choix s’est arrêté sur la levure de boulanger, S. cerevisiae, qui, sur le plan industriel et technologique, présentait à nos yeux de nombreux atouts, notamment celui d’être facilement fermentable à grande échelle, tout en étant sans danger (il est en fait classé GRAS, generally regarded as safe) et dont la manipulation génétique est aisée grâce à des outils de génie génétique et de génétique classique bien développés (entre-temps, en 1997 le génome de la levure a été totalement décrypté). Pour finir, la levure, micro-organisme eucaryote, possède des compartiments subcellulaires semblables à ceux qui existent naturellement dans les cellules des mammifères. Pour réussir à obtenir une levure qui exprime ces cinq étapes d’une façon fonctionnelle et coordonnée, nous avons dû surmonter de nombreuses difficultés: un minimum de huit protéines hétérologues doivent être exprimées dans une …