Voyage aux frontières de la biologie de synthèse

Équipe iGEM Évry - Génopole 2012

Mise en bouche : http://multimedia.mcb.harvard.edu/anim_innerlife_music.html

Pour certains, la biologie de synthèse est le fer de lance d’une

4ème révolution Industrielle. Elle annonce un changement de paradigme profond dans la

manière de produire, grâce à des méthodes direc-tement inspirées de la nature. Une étude chiffre la

valeur du marché de la biologie de synthèse à 1.000 milliards de dollars en

2025.

La Biologie de synthèse est l’ingénierie rationnelle du vivant. C’est la clé de

voute qui réalise la synthèse de très nombreuses recherches en Bioengineering, biologie moléculaire et Génie génétique. C’est

la conception et la construction d’éléments, dispositifs et systèmes biologiques inédits, ou la reconstruction de

systèmes existants. Son objectif est de mieux comprendre le vivant en le construisant, mais aussi de concevoir de nouvelles fonctions

pour des applications industrielles (matériaux, environnement, santé, énergie).

Pour en savoir plus : http://www.genopole.fr/Synthetic-Biology-its-origins.html

‘‘What I cannot create, I do not understand’’Richard Feynman

La compétition iGEM (Genetically engineered Machine competi-tion) est une compétition annuelle de biologie de synthèse qui a débuté en 2004 au MIT (Massachusetts Institute of Technology) avec la participation de 5 équipes américaines. L’iGEM a grandi rapidement, avec l’arrivée en 2005 de la première équipe non américaine (Université de Cambridge, UK), et s’est depuis éten-due à tous les continents.En 2011, plus de 160 équipes ont participé. Des demi-finales régionales (Europe-Afrique, Asie-Océanie, et Amériques) ont lieu en octobre afin de sélectionner les par-ticipants à la phase finale se dérou-lant au MIT début novembre.

Chaque équipe iGEM est composée d’étudiants dont les deux tiers sont au plus au niveau Master. Elle doit réaliser un projet de ‘‘Machine génétiquement modifiée’’, c’est-à-dire concevoir et construire des circuits géné-tiques synthétiques et les faire fonctionner dans des cellules vivantes. Ce sont les étudiants eux-mêmes qui choisissent le projet générant ainsi des idées très diver-sifiées et parfois très originales. Parmis les nombreux projets figurent : • La production de Biocarburants • Un appareil photo bactérien (‘‘Coliroid’’) • Des biosenseurs (de métaux lourds, d’arsenic, ou bien d’autres produits) • Des échafaudages en ADN permettant de rapprocher des enzymes d’une même voie biosynthétique pour améliorer significativement les rendements.

La qualité des projets est notée par un jury international. Les meilleurs projets de diverses catégories sont récompensés, et des prix spéciaux sont attribués. Enfin, l’équipe qui réalise le meilleur projet gagne le grand prix. Les résultats des années précédentes montrent qu’en un été seule-ment, les équipes arrivent à obtenir des résultats impressionnants.

Pour en savoir plus : http://igem.org

Un des buts de cette compétition est

d’enrichir le Registry of Standard Biological parts, un catalogue open source de pièces détachées biolo-

giques. Chaque équipe doit utiliser des pièces de ce catalogue pour son projet, puis en créer d’autres et les ajouter au catalogue. Les pièces

doivent être créées dans un format biobrique, un système où chaque pièce a un suffixe et un préfixe d’ADN standardisé, ce qui permet d’assembler facile-ment les biobriques les unes aux autres en utilisant des protocoles standardisés

eux-aussi. De cette manière, 4 enzymes de restriction suffisent pour assem-bler séquentiellement toutes les parties présentes dans le Registry of Stan-

dard Biological parts, dans n’importe quel ordre. Cette approche modulaire qui n’est pas sans rappeler les Lego® est très

féconde si bien que même des lycéens ont leur challenge iGEM.

Une équipe étudiante multidisciplinaire et complémentaire

Les membres de l’équipe Evry-Genopole 2012 sont issus de différentes formations • Master mSSB (Biologie Synthétique et Systémique, organisé par l’iSSB) de

l’université d’Evry, • L3 Biologie de l’université d’Evry,• Télécom Sud Paris (Informatique),• École polytechnique (Informatique),• Sup’Biotech Paris (Biotechnologie),• École Centrale Paris (Modélisation mathématique).• Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (Mathématiques pour la biologie)

Notre environnement de travail : un lieu incontournable de la biologie de synthèse française

L’institut de biologie synthétique et systémique (iSSB), situé sur le campus de Genopole® à Evry, accueillera l’équipe pendant l’été. L’iSSB est un laboratoire de l’université d’Evry et du CNRS, soutenu par Genopole®. C’est un environ-nement multidisciplinaire ou collaborent physiciens, chimistes, informaticiens et biologistes. C’est aussi le laboratoire qui a fondé et dirige le master 2 de Biologie Systémique et Synthétique mSSB. Ce master d’avant garde, unique en France, propose des cours assu-rés par des chercheurs à la pointe de leur domaine, ce qui garantis une formation à l’état de l’art des techniques utilisées en biologie de syn-thèse.

Sup’Biotech Paris :Tiffany Souterre

Pôle Biologie PaillasseMaster mSSB :William RostainTristan CerisyCarolina Gallo LopezHafez El-SayyedIntakhar Ahmad

Sup’Biotech Paris :Karine Chauris Nawel BouchaibJoachim EeckhoutDa Veiga Moreira Jorgelindo

L3 biologie, uni-versité d’Evry :Alexandre CatherineClement Madru

Pôle Modélisation informatique

Master mSSB :Inaki Sainz de Murieta

Télécom Sud Paris :Iryna Nikolayeva

École Centrale Paris - UPMC :Artémis Llamosi

École Polytechnique :Pedro Luiz Coelho Rodriguez

Advisors

Thomas Landrain : Ancien étudiant de l’Ecole Normale Supérieure de Paris, il est aujourd’hui en thèse de doctorat à l’Institut de Biologie Systémique et Synthétique (iSSB) où il met au point de nou-velles technologies, basé sur la dynamique de l’ARN, pour la re-programmation et la visualisation de l’expression génétique chez les bactéries. Il est également le co-fondateur et le président du premier laboratoire communautaire pour les biotechnologies en France, «La Paillasse». Il fut en 2007 l’un des initiateurs et participants de la première équipe iGEM française qui fut finaliste de la compétition et remporta le premier prix de la recherche fondamentale.

Cyrille Pauthenier : Étudiant de l’École Normale Supérieure et membre du mSSB, Cyrille Pauthe-nier a participé à la compétition iGEM 2011 avec l’équipe Paris-Bettencourt qui a été finaliste et a gagné le prix de la meilleure présentation lors de la demi-finale européenne, puis était dans le top 16 lors de la finale au MIT.

Pablo Carbonell : Chercheur associé de l’université d’Evry et coordinateur biologie computation-nelle de l’équipe BioRetroSynth de l’iSSB, Pablo est également un professeur du mSSB et habilité à diri-ger des recherches (HDR). Il a une grande expérience en modélisation informatique en biologie (PhD à l’Universidad Politécnica de Valencia, postdoc à la Polytech Institute de l’université de New York).

Organisation Scientifique

Des Superviseurs de renommée InternationaleBien que le gros du travail soit réalisé par les étudiants, les superviseurs de l’équipe iGEM ont un rôle majeur. Ils donneront leurs avis sur les différents projets proposés par les étudiants, en éliminant les projets irréali-sables ou trop ambitieux pour pouvoir donner des résultats concrets. Ils apporteront leurs connaissances et leur expérience de la recherche pour aider les étudiants à se focaliser sur les éléments importants à la réalisa-tion d’un projet qui soit abouti et qui soit utile à la communauté de la biologie de synthèse.

Pr. Alfonso Jaramillo

Après un doctorat de physique théo-rique, Alfonso Jaramillo s’est recon-verti dans la biologie de synthèse depuis plus de 10 ans. Il a acquis une

reconnaissance internationale dans ce domaine. Il est aujourd’hui le directeur de l’équipe Synth-Bio de l’iSSB, qui travaille sur le design, la synthèse et la caractérisation de voies de régulation biologiques artificielles. Il est également un des principaux pro-fesseurs du mSSB.Alfonso Jaramillo sera le principal superviseur de l’équipe iGEM Evry-Genopole. Il a dirigé l’équipe iGEM de Valence en 2006, et a participé à la super-vision des équipes de Valence et de Paris depuis.

Contact : alfonso.jaramillo@gmail.com

Dr Andrew Tolonen

Après un doctorat en génétique et génomique des cyanobacté-ries au MIT et un post-doctorat dans l’équipe de George Church

à Harvard, un des plus gros laboratoires de bio-logie de synthèse du monde, Andrew Tolonen est aujourd’hui chercheur au Genoscope à Evry. Son travail de recherche porte sur la fabrication de bio-carburants grâce à des cyanobactéries. Andrew Tolonen assistera l’équipe iGEM Evry-Ge-nopole dans le choix et la construction du projet. Il a participé à la supervision des équipes iGEM de Harvard lors de son post-doctorat.

Contact : atolonen@gmail.com

Pôle organisation et sponsoringL’équipe a la forme d’une association loi 1901 (association Igem Evry Genopole)

William Rostain : Président de l’association Igem Evry Genopole. Diplômé de l’université d’Edimbourg et étudiant du mSSB. Il a déjà participé à l’iGEM avec l’équipe d’Edimbourg en 2010 avec laquelle il a gagné le prix du meilleur modèle informatique. William participera au pôle biologie paillasse.Ioana Popescu : Trésorière. Maitre de conférences de l’université d’Evry et membre de l’équipe Bio-Retro-synth de l’iSSB, Ioana apportera son expérience dans l’organisation de projets et s’assurera de la bonne organi-sation des dépenses de l’association. Tristan Cerisy : Vice-président. Membre du mSSB. Tristan Cerisy a une licence en biologie de l’univer-sité d’Evry et un M1 de l’université de Marseille. Il est actuellement stagiaire au Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE) de l’ETH Zurich, ce qui permettra des collaborations avec leur équipe iGEM. Tristan participera au pôle biologie paillasse.Pierre Yves : Secrétaire. Etudiant L2 en Biologie de l’université de Versailles, Pierre-Yves est également un membre actif de l’association La Paillasse, un groupe de DIY biology de la région parisienne. Il sera membre du pôle biologie de l’équipe.Iryna Nikolayeva : Secrétaire. Etudiante de l’école d’ingénieur Télécom SudParis, Iryna fera partie du pôle modélisation de l’équipe iGEM.Karine Chauris : Vice-trésorière. Etudiante de Sup’biotech Paris, Karine a été membre du bureau des étu-diants de son école et a réalisé de nombreux stages en biologie et emplois d’étudiants.

Calendrier & ProjetForts de l’expérience acquise lors de précédentes compétitions iGEM, notre calendrier suit la trame suivante :

Février - Mai Juin Octobre NovembreDéfinition d’un projet précis après l’exploration de plusierus pistes

Décision collective sur le sujet final

Demie Finales Régio-nales

Finale Mondiale au MIT

Levée de fonds Début des activités en laboratoire

Le projet définitif n’est pas encore fixé à ce jour, néanmoins, de nombreuses idées sont déjà en cours d’étude. Les pistes principales sont notam-ment : • La création de Biocarburants à base d’Algues bleues• Un système bactérien permettant la détection rapide (quelques heures) d’une espèce pathogène de bactérie.• La création de cellules bactériennes ‘‘zombies’’ : celles-ci pourraient vivre sans se reproduire pendant environ une semaine, tout en produisant les protéines d’intérêt. Ce dernier système permet de produire des protéines qui seraient toxiques dans des conditions naturelles, ou alors de détruire un contaminant de l’environnement sans pour autant relâcher des OGM vivants dans la nature (bioremédiation).

Budget

Budget iGEM Échelle basse (€)

Échelle haute (€)

Précisions

Laboratoire 15 200 15 900 Le budget laboratoire est basé sur celui du projet iGEM Paris-Bettencourt 2010

Détails :Cônes, pipettes 8 500 8 500Enzymes 5 000 5 000Primers 1 000 1 000Synthèse de gènes 700 1 400Rémunération et logement

20 810 34 969 Voir note (1) à la page suivante

Paiement des étu-diants à temps plein

10 010 18 769 Echelle basse : 5 biologistes, 2 ingénieurs/physiciens, 1 informaticien. Echelle haute : 7 biologistes, 4 ingénieurs/physiciens, 3 informaticiens, 1 étudiant en sciences sociales (Philosophie, sociologie, …). Calculs pour 417,09 € par mois pendant 3 mois.

Logement 10 800 16 200 Voir note (2) à la page suivanteEchelle basse : 6 étudiants. Echelle haute : 8 étudiants

Déplacements 21 300 29 800Billets train demi-fi-nale européenne

1 950 4 000 Trajets et hôtels : Echelle basse : 15 personnes (13 étudiants, un advisor doctorant et un superviseur de projet). Echelle haute: 20 personnes (17 étudiants, 2 doctorants/postdoc et un superviseur de projet).

Hôtel demi-finale européenne

4 800 6 400

Billets d'avion pour Boston

9 750 13 000

Hôtel Boston - Finale 4 800 6 400Autres dépenses 550 950Posters 20 20T-shirts de l'équipe 300 400Cartes de visite 30 30Goodies pour les autres équipes

200 500

Total 57 860 81 619

Notes sur le Budget

(1) RémunérationLa compétition iGEM demande un investissement de temps et un effort considérable de la part des participants. Un bon nombre des étudiants du mSSB viennent de l’étranger (la moitié) et pour certains de pays lointains (colombie, bengladesh). Pendant le semestre académique, plusieurs d’entre eux sont soutenus financièrement par l’université d’Evry ou la région Ile de France. Cependant le travail pour la compétition iGEM se déroulant durant l’été et l’année scolaire 2012-2013, ces ressources financières ne seront plus disponibles. Les étudiants étran-gers, ainsi que ceux vivant sur Evry, travaillent généralement durant l’été afin d’économiser pour pouvoir survivre pendant l’année scolaire suivante. Afin que les étudiants ne soient pas obligés de renoncer à leur participation, et puissent se consacrer pleinement au projet sans travailler à mi-temps en parallèle, nous souhaitons rémunérer les étudiants travaillant à temps plein. Bien que certains travailleront bien plus que 3 mois, la rémunération ne sera que pour 3 mois (juillet, août et septembre, ou août, septembre et octobre, selon les disponibilités de l’étudiant).

(2) LogementLes étudiants venant de régions éloignées ou de l’étranger n’auront plus les logements CROUS à leur disposition à partir de fin juin. Nous souhaitons louer un appartement ou une maison proche d’Evry pour les loger en colocation, ce qui permettra également un bon environne-ment de travail en équipe. A priori, nous savons que 6 à 8 étudiants seront concernés. Calculs pour 450 € par personne pendant 4 mois.

Pourquoi soutenir notre projet

Réintégrer l’Homme Prométhéen dans son environnementBien que cela puisse paraître étrange de prime abord, la biologie de synthèse n’implique pas une production de biens toujours plus artificiels et séparés de nos écosystèmes naturels. Cette dis-cipline ne cherche ni à s’affranchir des règles de la nature, ni à jouer à Dieu. Bien au contraire, elle se base sur l’observation la plus précise de la nature et de ses merveilles afin de pouvoir produire autrement ce qui est aujourd’hui réalisé par des processus polluants employant des

quantités d’énergie phénoménales. Ces développements n’ont pas seulement un poten-tiel économique majeur, mais permettrons aussi, de par l’utilisation d’orga-

nismes vivant, de mettre sur pied des productions locales, sobres au niveau environnemental et à très bas coûts. Un exemple

est donné par l’initiative soutenue par la fondation Bill et Melinda Gates : grâce à un partenariat original et solidaire entre Sanofi Aventis et Amyris Biotechno-logies, il est possible de synthétiser l’Artémisine dans des bactéries. L’Artémisine qui est à la base des trai-tements antipaludéens est actuellement extraite de plantes de manière coûteuse. Cette performance va permettre l’accès à ces traitements pour des millions de personnes à travers le monde et ne vise rien d’autre que l’éradication totale de la Malaria.

iGEM est bien plus qu’une compétition scienti-fique

La biologie de synthèse est un domaine très récent. Le but d’iGEM est avant tout pédagogique, il permet à des étudiants

passionnés d’acquérir des compétences inestimables et de réaliser un vrai projet de biologie de synthèse en un laps de temps très court.

De nombreux projets iGEM débouchent sur des créations d’entreprises et les applications développées lors de la compétition rendrons demain des

services inestimables. iGEM n’est pas uniquement l’occasion de réunir une communauté étu-diante, c’est également un rendez vous majeur pour les professionnels et un moyen de faire avancer la recherche ouverte et collaborative via l’utilisation et l’extension des «Biobriques».

La France a des cartes à jouer mais doit passer à la vitesse supérieureNotre pays possède des ressources et un savoir faire reconnus au niveau mondial, incarnés par le Genopole d’Évry. Néanmoins, d’autres pays, comme les USA ou le Japon, mais aussi comme le Royaume-Uni ou l’Allemagne se sont organisés rapidement pour développer ce secteur de recherche d’avenir. iGEM ne permet pas seulement aux étudiants d’aujourd’hui d’entrer dans la communauté internationnale, mais permet aussi aux plus jeunes de découvrir une recherche moderne, collective et totalement interdisciplinaire. Les rêves d’aujourd’hui font les vocations de demain et notre société a besoin d’autant d’esprits et d’initiatives que possible pour transfor-mer «par le bas» notre civilisation.