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Académie des sciences / Académie d’agriculture de France 27 avril 2004 Utilisat

Académie des sciences / Académie d’agriculture de France 27 avril 2004 Utilisation des plantes dans la production de molécules à valeur d’usage Résumés des interventions 14h30 Introduction Marc Julia, de l’Académie des sciences 15h De la pyrolyse du bois à l’extraction de matières premières de la houille Xavier Bataille, Professeur à l’Ecole nationale de chimie-physique-biologie, Paris 15h30 Des hydrocarbures fossiles à la chimie du vivant Alfred Greiner, Directeur « Technologies et coopérations », Bayer CropScience Recherche, St-Cyr au Mont d’Or 16h Le végétal comme source de molécules d’intérêt thérapeutique Jean-Yves Lallemand, de l’Académie des sciences 16h30 De la pharmacopée traditionnelle à la Moléculture Georges Freyssinet, Vice-Président du GIS Génoplante Recherche, Evry 17h Conclusion et perspectives Jean-Pierre Décor, Directeur de l’Institut des sciences du vivant, Fondation Rothschild, Lyon ________________________________ * Professeur à l’Ecole nationale de chimie-physique-biologie, 11 rue Pirandello - 75013 Paris DE LA PYROLYSE DU BOIS A L’EXTRACTION DE MATIERES PREMIERES DE LA HOUILLE Xavier Bataille * Le XIXème siècle a été celui du développement de la chimie, science alors nouvellement créée. Dans cette conférence d'introduction, nous exposerons comment, en prenant l'exemple des dérivés du benzène, l'extraction de matières premières issues de la pyrolyse des produits d'origine végétale a amené les chimistes à pouvoir, dans un premier temps copier la nature en synthétisant les colorants mais aussi, à l’aide d’intuitions, de concepts en cours d’élaboration, d’imagination voire du hasard, à en créer de nouveaux. En découleront deux conséquences d’importance : une industrie qui générera une formidable dynamique économique et la fondation d’une nouvelle discipline promise à un grand avenir : la chimiothérapie. ________________________________ * Directeur technologies et coopérations, Bayer CropScience Recherche 35, route de St. Romain 69450 St. Cyr au Mont d’Or DES HYDROCARBURES FOSSILES A LA CHIMIE DU VIVANT Alfred Greiner * La chimie organique moderne a beaucoup bénéficié des progrès de la catalyse qui convertit les huiles fossiles en intermédiaires fins utilisés pour l’obtention de matériaux évolués ou de substances élaborées d’intérêt thérapeutique. Ces dernières reposent toujours pour une bonne part, sur les molécules d’origine naturelle. Celles-ci restent aussi une source d’inspiration et de défis pour le chimiste dans les aspects de faisabilité et d’efficacité des préparations. L’art du chimiste est toutefois encore loin d’atteindre la perfection des voies biosynthétiques et métaboliques des organismes vivants. ________________________________ * Membre de l’Académie des sciences, Directeur de l’Institut de chimie des substances naturelles ICSN – Bât. 27 – CNRS – 1, avenue de la Terrasse – 91 198 – Gif/Yvette LE VEGETAL COMME SOURCE DE MOLECULES D’INTERET THERAPEUTIQUE Jean-Yves Lallemand * Le monde végétal est à l’origine de la production d’un grand nombre de molécules d’un grand intérêt pour l’homme. Certaines simples sont comme les huiles, d’autres déjà très complexes malgré leur grande abondance : sucres et polysaccharides, terpènes… Dans le domaine des médicaments, les produits naturels ont une place majeure. Environ 60% des molécules actives utilisées en thérapeutique humaine sont d’origine naturelle. Beaucoup ont été optimisées par un nombre réduit de transformations chimiques voire biologiques. Même si le talent des chimistes et les progrès effectués au cours des dernières années permettent d’envisager la synthèse totale de n’importe quelle molécule, il est, à quelques exceptions près, comme le principe actif de l’héparine, illusoire d’imaginer produire de façon rentable une molécule complexe, aussi active soit-elle, par industrialisation d’une synthèse totale dont le nombre d’étapes dépasse largement la vingtaine. Un problème supplémentaire est celui d’obtenir la bonne configuration absolue. C’est donc pratiquement toujours l’hémi-synthèse qui est utilisée. Elle consiste à identifier dans des plantes, mais ceci est également vrai pour les micro-organismes, pour beaucoup d’antibiotiques et autres fongicides, qui contiennent des précurseurs abondants, faciles à extraire et à purifier, dont la transformation en la molécule d’intérêt peut être réalisée en un nombre réduit d’étapes et avec des rendements élevés. Une condition additionnelle est que ces plantes soient rapidement renouvelables, et d’une culture facile. Trois exemples illustrant ces stratégies seront présentés avec la synthèse des hormones stéroïdiques et celles de deux composés anticancéreux : la Navelbine® et le Taxol. ________________________________ * Vice Président du GIS Biogemma, 1 rue Pierre Fontaine, 91058 Evry cedex LemnaGene, 21 rue de Nervieux, 69450 Saint Cyr au Mont d’Or DE LA PHARMACOPEE TRADITIONNELLE A LA MOLECULTURE Georges Freyssinet * Depuis l’origine l’homme a utilisé les plantes pour se soigner. Les premières utilisations se faisaient à travers des décoctions d’herbes ou de fragments de végétaux connus pour avoir des propriétés bénéfiques vis-à-vis de certains maux. Avec le développement de la pharmacie, les chercheurs ont isolé les principes actifs de ces plantes afin d’identifier la ou les molécules actives (acide salicylique, digitaline). L’étape suivante a été la synthèse de molécules mimiques de ces molécules actives (hémisynthèse) et ayant une efficacité supérieure et/ou des effets secondaires moindres (taxotère, dérivé du taxol extrait de l’if). Avec le développement des technologies de transformation des plantes, de nouveaux horizons s’ouvrent à nous. On retiendra deux directions principales : Ø la modification dans la plante de voies de biosynthèse des molécules actives soit pour augmenter la productivité, soit pour fabriquer de nouvelles molécules ; Ø l’introduction dans la plante de nouveaux gènes, pour produire des principes actifs bien connus par ailleurs. Ce deuxième point connaît un essor important avec le développement de ce que l’on appelle la Moléculture (Molecular Pharming). Actuellement, nous sommes face à un manque de capacités pour les systèmes de production conventionnels, micro-organismes, cellules de mammifères, et à une augmentation, dans les systèmes mammifères, des risques de contaminations d’origine animale. Cela conduit au développement de systèmes alternatifs, animaux ou plantes transgéniques. Ces nouvelles usines vont pouvoir produire des molécules comme l’interféron, des anticorps monoclonaux ou de nouveaux vaccins. Au cours de l’exposé nous ferons un bilan des possibilités ainsi offertes, les développements et limitations. ________________________________ * Membre de l’Académie d’agriculture de France Directeur de l’Institut des sciences du vivant, Fondation Mérieux-Rothschild, 17 rue Bourgelat – 69002 Lyon CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Jean-Pierre Decor * Jusqu’au 19ème siècle, les productions végétales fournissaient la nourriture mais aussi l’ensemble des matériaux pour le logement, l’habillement et l’énergie. La chimie, définie comme la science de transformation de la matière, est apparue récemment. Ce n’est qu’au début du 19ème siècle que F. Wohler, en réussissant la synthèse de l’urée, a montré que pour synthétiser des substances organiques, l’intervention d’une « force vitale » n’était pas nécessaire. M. Berthelot réussit, par la suite, la synthèse d’un grand nombre de composés qui existaient dans la nature. Le charbon, outre son utilisation comme source d’énergie, est devenu la matière première pour la chimie organique. Il a donné naissance à la carbochimie, chimie industrielle des phénols, crésols, hétérocycles azotés, naphtalènes, anthracènes, sans oublier les dérivés de l’acétylène. Le pétrole brut, en plus du carbone, contient des atomes d’hydrogène comme constituants. Après les traitements de raffinage (distillation, craquage, réformage, oxydation partielle), il a fourni massivement des matières premières pour une chimie plus variée : médicaments, produits d’usage, matériaux. Du fait de leur coût de production plus faible, de nombreux produits comme, par exemple, les polymères de synthèse, se sont substitués aux produits d’origine végétale (coton, lin, chanvre, caoutchouc, bois…). Toutefois, au cours de cette période, les végétaux n’ont jamais cessé d’être une source de matières premières : l’amidon, les sucres, la cellulose, la lignine… L’utilisation industrielle des composés lignocellulosiques est même très ancienne ; elle a conduit à la rayonne, la cellophane, au furfural, à l’essence de térébenthine … Certaines molécules d’origine végétale, comme les terpènes, sont le point de départ d’hémisynthèses. D’autres ont été la source d’inspiration de grand produits industriels comme les pyréthrénoïdes. Aujourd’hui le transfert de gène appliqué aux plantes avec les apports de la génomique et de la biochimie constitue un ensemble d’outils riches d’applications aussi bien en alimentation qu’en chimie organique. Désormais la modification ciblée des caractéristiques des produits récoltés est accessible par le « remodelage » de certaines voies métaboliques, à condition d’en connaître les étapes enzymatiques et de disposer des gènes qui codent pour les enzymes correspondantes. Une chimie plus écologique peut être ainsi développée avec l’intervention de la photosynthèse qui peut être rapprochée de la « force vitale » des alchimistes. Ces nouvelles technologies offrent par transgénèse la possibilité de modifier, d’enrichir et de créer « in vivo » de nouveaux produits. Après le charbon et le pétrole, en redécouvrant le végétal, la chimie organique va-t-elle atteindre sa plénitude ? De nombreux laboratoires dans le Monde ont déjà ouvert des voies prometteuses. uploads/Science et Technologie/ interacad-270404.pdf