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Végétaux > Biotechnologie / VCN > Moléculture végétale Agriculture moléculaire végétale
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L'agriculture moléculaire végétale, dans le contexte du présent document se définit comme suit : « l'utilisation des plantes comme bioréacteurs pour l'obtention de produits utiles à l'échelle industrielle ». |
Toutefois, l'agriculture moléculaire a généralement une portée plus large et englobe l'utilisation de microorganismes, de champignons, d'animaux (y compris des insectes) et de nombreux types de cultures cellulaires. Le présent document de consultation ne traite que des questions liées aux plantes, et notamment les plantes entières cultivées.
Les activités d'agriculture moléculaire peuvent avoir des répercussion sur de nombreux domaines différents, non seulement la production agricole classique. Il est donc nécessaire d'envisager tous les aspects de cette question dans l'établissement d'un cadre de réglementation destiné à protéger les intérêts de tous les intervenants. En particulier, il faut avant tout assurer la protection de l'environnement et fournir des garanties en matière de sécurité et d'innocuité pour la santé humaine et animale. Le présent document a pour but d'établir une base de discussion sur ce sujet. Il fournira donc des renseignements de base et des opinions éclairées sur les options offertes pour l'élaboration d'un cadre de réglementation répondant aux besoins de tous les intervenants.
Les principaux aspects traités dans la présente consultation comprennent des questions techniques comme :
1) Le transfert génique - Trouver la meilleure façon d'éviter le transfert de gènes étrangers indésirables dans les cultures et d'autres espèces végétales (p. ex. ADN recombinant). 2) La santé humaine et animale - Trouver la meilleure façon d'assurer que les produits de l'agriculture moléculaire ne présentent pas une menace pour la santé humain ou animale. 3) L'environnement - Trouver la meilleure façon d'assurer que les activités d'agriculture moléculaire ne présentent pas une menace pour l'environnement naturel existant. |
Les aspects sociétaux et éthiques potentiellement importants liés aux impacts éventuels de l'agriculture moléculaire sur le commerce international et le problème complexe qui consiste à gagner la confiance du public débordent du champ de la présente consultation.
Par conséquent, le présent document établit les bases, les aspects techniques et la portée des activités qui seront susceptibles d'être réglementées dans le cadre de lignes directrices sur l'agriculture moléculaire à l'échelle industrielle. On traitera également des questions ayant trait à cette industrie en développement et à la commercialisation de ses produits.
Bien que l'agriculture moléculaire végétale soit un secteur de pointe de la biotechnologie, l'utilisation de plantes génétiquement modifiées comme véhicules pour la production industrielle ou sur une grande échelle de produits utiles n'est pas une idée nouvelle en fait. Quelques-uns des tous premiers végétaux transgéniques produits étaient des végétaux dans lesquels les protéines qui s'accumulent normalement dans les graines étaient modifiées de façon à renfermer des acides aminés étrangers. Le but de ces modifications était de permettre la production industrielle de graines présentant une valeur nutritive améliorée en augmentant la concentration d'acides aminés dont les animaux ont besoin, mais qui sont normalement présents en faibles concentrations dans les protéines des graines végétales. Une fois ce concept bien compris, il a été facile d'utiliser des promoteurs spécifique des graines pour obtenir l'expression d'une foule de produits géniques différents. Puis, par analogie, n'importe lequel promoteur génique végétal peut servir à exprimer un produit génique étranger dans toute une gamme de cellules végétales différentes.
Ce n'est pas le fait que des végétaux peuvent être utilisés pour exprimer des gènes non végétaux ou des gènes d'autres espèces végétales qui a récemment assuré une plus grande visibilité à l'agriculture moléculaire végétale. On sait maintenant que n'importe laquelle protéine étrangère peut être exprimée dans des cellules végétales, mais c'est la production d'agents pharmaceutiques ou thérapeutiques qui est le principal enjeu pour nombre d'intervenants. La possibilité d'utiliser des plantes pour obtenir des produits géniques humains attire de plus en plus l'attention des médias et suscite par ailleurs des craintes chez le public.
La production de protéines recombinantes utilisables en médecine a été rendue possible grâce à la découverte que de l'ADN étranger peut être introduit dans des bactéries dans le but d'exprimer des gènes étrangers. Les premiers produits pharmaceutiques recombinants, l'insuline et les interférons, ont été obtenus chez E. coli transgénique. L'intérêt d'utiliser cette approche est évident; en effet, des bactéries recombinantes peuvent produire rapidement de grandes quantités de protéines recombinantes à des coûts relativement réduits lorsqu'elles sont cultivées dans des cuves de fermentation.
Toutefois, la capacité des bactéries de fabriquer, d'assembler et de modifier correctement différents types de protéines mammaliennes s'est révélée insuffisante dans le cas de protéines complexes. On a donc testé et mis en oeuvre des systèmes de production recombinants faisant appel à des cellules d'organismes supérieurs, à commencer par des levures, car ces cellules sont capables de traiter précisément les messages génétiques mammaliens. Plus récemment, la production de protéines transgéniques chez des cellules d'insecte et des cellules d'ovaire de hamster chinois a gagné en popularité. Une enquête récente (Genetic Engineering News, Vol. 21, No. 3, fév. 2001, p. 19) indique qu'au moins 369 médicaments recombinants issus de la biotechnologie visant plus de 200 maladies différentes sont actuellement en voie de développement. La demande de produits pharmaceutiques biotechnologiques aux É.-U. seulement croît à un rythme hallucinant de 13 % par année et devrait atteindre une valeur marchande de 28,6 milliards de dollars d'ici à 2004. Une centaine de ces produits en développement sont des vaccins.
La production d'anticorps thérapeutiques et diagnostiques est un autre secteur qui présente un intérêt et des possibilité commerciales énormes. À l'heure actuelle, les six principaux anticorps dirigés contre la broncho-pneumonie, la glycoprotéine plaquettaire GPIIb, le lymphome non hodgkinien, le cancer du sein, la maladie de Crohn et les facteurs de rejet des greffes de rein représentent un marché de 1,5 milliard de dollars. D'après des estimations prudentes, une centaine de ces anticorps seront développés au cours des cinq à sept prochaines années. Les ventes atteindraient les 4 milliards de dollars d'ici 2003, et la capitalisation boursière actuelle des plus importantes entreprises de production d'anticorps dépasse les 50 milliards de dollars. Le résultat de cette croissante impressionnante est que la capacité d'obtention de ces produits par les méthodes de fermentation classiques deviendra bientôt le facteur limitant. Ainsi, la production sur une grande échelle de protéines recombinantes et d'autres produits chez des végétaux est vouée à une expansion rapide. Bien sûr, les systèmes végétaux ne conviendront pas nécessairement à toutes les applications, mais avec l'augmentation phénoménale de la demande, les systèmes végétaux offrent de nombreux avantages. Les principaux avantages des plantes sont le coût de production (installations nécessitant peu d'investissement) et la sécurité (il est rare que des plantes portent ou transmettent des virus ou d'autres agents infectieux transmissibles aux humains).
En plus de la simple production de molécules thérapeutiques établies, on prévoit que de nombreux traitements seront conçus sur mesure pour des personnes par l'expression spécifique de leurs propres gènes. On pourra obtenir par exemple la production massive des propres anticorps d'un patient. Ces anticorps pourront par la suite être récoltés dans des plantes et administrés au patient pour l'aider à combattre une maladie comme le cancer. Ainsi, les plantes permettent d'obtenir de tels produits sans l'infrastructure coûteuse associée aux cultures bactériennes utilisées en fermentation. En outre, le projet du génome humain et d'autres projets de séquençage fournissent de nouveaux gènes à un rythme accéléré. La découverte de gènes liés à des maladies, notamment celles pour lesquelles il n'existe pas encore de traitement efficace, se traduira par une augmentation sans précédent du nombre de nouveaux médicaments et agents thérapeutiques. Avec la montée en flèche présumée de la demande de protéines recombinantes, il est urgent de déterminer comment aborder et réglementer l'utilisation de l'agriculture moléculaire végétale. Le Canada a la possibilité de devenir un meneur dans cette nouvelle industrie s'il peut élaborer et appliquer une réglementation appropriée.
On encourage les intervenants a étudier en détail le processus actuel d'approbation et de commercialisation des végétaux à caractères nouveaux issus de la biotechnologie (voir la Réglementation des végétaux à caractères nouveaux au Canada).
Bien que la production de médicaments et d'autres produits de soins de santé soit l'aspect le plus connu et le plus controversé de l'agriculture moléculaire, il est certain que les plantes peuvent servir de véhicules pour produire toute une gamme de produits. Il est vrai que les plantes ne peuvent pas toujours fabriquer les protéines spécialisées que l'on retrouve chez les humains ou les animaux; toutefois, il n'y a aucune limite à la production de tout produit génique chez les plantes.
Les produits fabriqués peuvent être d'origine animale ou autre, mais on prévoit que nombre des nouveaux médicaments biotechnologiques seront fabriqués à partir de peptides ou protéines totalement synthétiques qui ne pourront pas être classés dans le règne animal ou végétal. On ne connaît pas le nombre de produits utiles sur le marché qui peuvent être fabriqués correctement chez des plantes, mais on peut souvent modifier légèrement des séquences d'ADN de gènes animaux ou autres de façon à ce qu'ils soient interprétés plus facilement par des cellules végétales. L'annexe B présente des exemples de médicaments biotechnologiques recombinants présentement à l'étude ou faisant l'objet d'une évaluation. Voici en résumé les types de produits qui peuvent être obtenus par l'agriculture moléculaire.
1) Produits primaires |
2) Produits dérivés | ||
| Anticorps, fragments d'anticorps | Bioplastiques | ||
| Enzymes: | Vitamines, cofacteurs | ||
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Nutraceutiques | ||
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Métabolites secondaires : | ||
| Protéines structurales |
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| Antigènes - (vaccins) |
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| Agent thérapeutiques, médicaments |
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| Inhibiteurs enzymatiques | Fibres |
La gamme de produits qui peuvent être fabriqués par l'agriculture moléculaire est évidemment très large. Certains produits seront requis en grande quantité alors que d'autres auront des marchés limités. Certains produits seront utilisés à l'état brut, peut-être sans aucune autre préparation que la récolte du matériel chez la plante, alors que d'autres nécessiteront une purification poussée.
À court terme, c'est la production d'anticorps qui connaîtra la demande la plus forte. Les anticorps sont des protéines spécialisées du système immunitaire qui se lient spécifiquement à certains endroits à la surfaces des cellules (ou d'autres objets ou composés), amorçant ainsi le système de défense de l'organisme. Les complexes d'anticorps étant composés de multiples chaînes de protéines, l'assemblage précis de ces différentes chaînes est un défi technique. On fabrique certains anticorps qui n'ont qu'une seule chaîne et certaines protéines capables de liaison qui se comportent comme des anticorps, mais n'utilisent pas les domaines de liaison fonctionnels présents chez les anticorps.
Les anticorps peuvent être utilisés à des fins diagnostiques. On peut les utiliser par exemple pour détecter des pathogènes dans l'eau ou les aliments. Récemment, on a signalé des poussées de tels pathogènes comme E. coli O157, Salmonella, Cryptosporidium et Listeria. Les anticorps utilisables pour identifier ces organismes peuvent être incorporés aux emballages des aliments ou à des papiers filtres pour détecter la contamination des aliments. On prévoit que la demande de tels produits diagnostiques sera grande.
Les applications thérapeutiques feront l'objet d'une des plus fortes demandes d'anticorps, et seront certainement l'un des moteurs du développement de capacités de production à grande échelle. Comme on l'a déjà souligné, quelque 6 anticorps différents ont été approuvés et sont utilisés dans le commerce comme médicaments contre des maladies comme le cancer. On prévoit qu'une centaine d'autres seront approuvés à des fins médicales dans un avenir rapproché. Les anticorps thérapeutiques (immunoglobulines) sont utilisés par exemple pour lutter contre le cancer (nombreux), le VIH-sida (plusieurs), l'hépatite A, B et C, le paludisme, la grippe et la carie dentaire (Streptococcus sp.), etc.
La principale raison évoquée pour l'utilisation de l'agriculture moléculaire chez les plantes au lieu des systèmes de fermentation chez les animaux et les levures est la possibilité de varier l'échelle de production et les coûts plus faibles. Le coût de la production d'anticorps par une culture de cellules animales, par exemple, est d'environ 333 dollars US le gramme. Dans le lait de bovins transgéniques, il serait d'environ 100 dollars US le gramme, ce qui est à peu près équivalent au coût de production par fermentation chez la levure. Pour que la production chez les plantes soit compétitive, il faudrait que le coût soit inférieur à 100 dollars US le gramme, une limite qui devrait être facile à atteindre. Le coût de production à grande échelle d'anticorps selon les normes cGMP par Epicyte Pharmaceuticals est de 0,20 dollars US le gramme pour l'endosperme de maïs moulu, 0,60 dollars US le gramme pour une fraction enrichie obtenue par extraction et filtration, 2,10 dollars US le gramme pour une fraction de pureté moyenne obtenue par filtration à contre courant, 3,70 dollars US le gramme pour une fraction très pure obtenue par chromatographie par échange d'ions et 20 à 200 dollars US le gramme pour une fraction de qualité médicament obtenue par purification par affinité.
L'utilisation de plantes pour préparer des vaccins devrait également occuper un large marché. On obtient un vaccin en présentant à un organisme un antigène qui déclenche la formation d'anticorps. Des substances antigéniques peuvent être produites massivement chez des plantes et utilisées pour déclencher une réponse à une maladie, par exemple, le cancer, le diabète, le choléra, la rage, la diarrhée (virus de Norwalk), la fièvre aphteuse, l'entérite porcine et le rhume (rhynovirus).
Il est évident que le champ d'application de l'agriculture moléculaire pourra être considérable. Pour élaborer et appliquer une réglementation, il faudra définir un système de classification qui pourra être utilisé pour déterminer la réglementation à adopter pour différents types de produits.
Différents types de systèmes de classification peuvent être envisagés. Un système très simple pourrait être basé sur l'origine du gène d'intérêt, p. ex. des produits de gènes humains pourraient être traités différemment des produits de gènes animaux ou végétaux. Toutefois, cette approche n'aborde pas les aspects importants et n'indique pas par exemple si le produit est dangereux.
Une autre approche relativement simpliste consisterait à concevoir un système de classification basé sur la nature chimique de la molécule obtenue par agriculture moléculaire. Ainsi, la molécule obtenue pourrait être le produit primaire de l'expression d'un gène, normalement une protéine ou un peptide. Elle pourrait également être un produit secondaire, fabriqué à partir de la synthèse enzymatique de protéines transgéniques primaires. Un plastique biodégradable par exemple serait ainsi un produit secondaire.
Ce concept est également peu utile, car il n'indique pas si le produit peut être dangereux ou s'il peut avoir un effet négatif sur l'environnement.
De même, un système de classification pourrait être basé sur l'utilisation prévue du produit obtenu par agriculture moléculaire. Dans ce contexte, des produits prévus à des fins thérapeutiques, diagnostiques, industrielles ou autres pourraient être traités et réglementés différemment. Cette approche pourrait être favorisée par certains, mais elle ne traite pas directement des questions de sécurité et d'impact sur l'environnement.
Il serait plus logique de concevoir un système de classification à partir de l'activité biologique du produit. Le fait de savoir qu'un produit qui sera utilisé à des fins thérapeutiques est une protéine, un peptide ou même une enzyme risque de ne pas être très utile pour déterminer si cette substance constitue une menace pour la santé humaine ou animale ou l'environnement. La question du danger pour la santé humaine ou animale est un élément très important; il faudra donc avant tout classer les produits de l'agriculture moléculaire en fonction de leur capacité de causer du tort plutôt qu'en fonction de leur nature chimique ou de leur utilisation prévue.
Nous avons suggéré que le principal élément du système de classification devrait être la capacité de causer du tort, mais il est entendu qu'il ne s'agit pas nécessairement d'une caractéristique facile à mesure. Il est relativement facile de déterminer si une substance a un effet toxique aigu, mais il n'est pas facile de prouver qu'elle ne pourra pas constituer un danger de façon plus subtile. Divers facteurs déterminent si un produit de l'agriculture moléculaire peut avoir des effets néfastes sur la santé humaine ou animale : la toxicité inhérente du produit, la quantité de produit requise pour constituer une dose toxique, la durée de contact ou la présentation et le mécanisme par lequel le produit peut être absorbé, p. ex. par simple contact, par inhalation des poussières ou par ingestion directe. Il est important de souligner que de nombreuses substances qui seraient toxiques si elles étaient injectées ou absorbées directement dans la circulation sanguine sont rapidement et totalement détruites lorsqu'elles sont ingérées.
En outre, si l'agriculture moléculaire doit être effectuée en milieu non confiné, il faut également se préoccuper de l'effet du produit sur les animaux domestiques ou sauvages qui pourraient entrer en contact avec lui. Les mêmes facteurs touchant une toxicité éventuelle pour les humains peuvent s'appliquer. On doit également tenir compte des effets que les plantes utilisées en agriculture moléculaire peuvent avoir sur le sol et les organismes qui y vivent et déterminer si les produits de l'agriculture moléculaire peuvent atteindre les eaux souterraines ou se retrouver dans l'atmosphère.
En résumé, la gamme de produits qui pourront être obtenus par l'agriculture moléculaire végétale est très vaste, et pour chacun de ces produits, il faudra s'interroger sur son utilisation, sa sécurité et sa toxicité pour les humains, les animaux et l'environnement.
D. Cultures envisagées à des fins de production
Les méthodes utilisées pour faire croître, récolter et transformer le matériel végétal auront également une influence sur le degré d'exposition des humains, des animaux et de l'environnement aux produits obtenus par l'agriculture moléculaire. La transformation du matériel sur les lieux, les méthodes choisies pour transporter ce matériel, transformé ou non, hors des lieux et l'élimination de la biomasse résiduelle sont d'autres éléments à considérer.
Un autre élément très important à envisager est l'espèce végétale choisie comme hôte pour l'agriculture moléculaire. Ce choix déterminera la possibilité d'un produit de l'agriculture moléculaire d'entrer en contact avec des humains, des animaux ou l'environnement. En outre, l'utilisation de cultures vivrières ou fourragères en agriculture moléculaire soulève la possibilité de mélange accidentel, car la plupart des plantes utilisées pour fabriquer des produits utiles seront impossibles à distinguer visuellement des cultures non modifiées de la même espèce.
Il faut également tenir compte de la technologie requise pour utiliser une culture particulière pour fabriquer un produit, par exemple la façon de cultiver la plante et les aspects techniques liés à l'introduction du nouveau gène.
La gamme d'espèces végétales qui peuvent être transformées est pratiquement sans limite pour le moment, à la condition qu'il existe des méthodes adéquates de culture des tissus. Les espèces végétales qui ne sont pas susceptibles d'être transformées par Agrobacterium peuvent habituellement l'être par une forme ou l'autre de biolistique (bombardement par des micro-projectiles). Pour des raisons évidentes, on possède davantage d'information sur la transformation des espèces qui ont une importance commerciale.
Par conséquent, l'un des aspects les plus élémentaires de la réglementation et de la détermination de l'innocuité de l'agriculture moléculaire végétale a trait à l'espèce végétale utilisée pour obtenir le produit.
La gamme de plantes hôtes pourra comprendre :
| Cultures vivrières importantes | Cultures fourragères | ||
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Autre cultures | ||
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| Cultures vivrières moins importantes | Espèces végétales ornementales | ||
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Essences forestières | ||
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Espèces végétales aquatiques | ||
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L'utilisation en agriculture moléculaire de cultures vivrières ou fourragères importantes augmente la possibilité d'un mélange accidentel avec les cultures utilisées pour l'alimentation humaine ou animale si l'agriculture moléculaire est effectuée en milieu non confiné avec des plantes dont les organes mâles sont fertiles. Cela pourrait être acceptable si le produit est reconnu sans danger et ne présente aucune menace pour la santé ou l'environnement. Des méthodes établies de préservation de l'identité des différents cultivars ou souches des grandes cultures peuvent effectivement permettre de séparer des produits, mais un certain niveau de contamination, quoique faible, est probablement inévitable.
Le problème pourrait ne pas être très différent de celui des aliments qui peuvent contenir de faibles quantités de certains gènes liés aux intrants, comme Bt, si le produit obtenu par l'agriculture moléculaire est reconnu comme sans danger. Il est à prévoir que dans certains pays, en Europe par exemple, où l'étiquetage des aliments renfermant du matériel végétal transgénique est obligatoire, on fixera un seuil au delà duquel l'étiquetage sera obligatoire. Ce seuil sera fixé dans la fourchette de 1 à 5 %. Si la quantité de matériel transgénique est inférieure au seuil, l'étiquetage ne sera pas requis. Les pays où l'étiquetage n'est pas obligatoire pourront adopter la même approche.
La possibilité de contamination des grandes cultures est grandement réduite lorsque les plants utilisés pour l'agriculture moléculaires sont confinés physiquement ou isolés génétiquement. On traitera de l'utilité potentielle de ces formes d'isolement dans la section suivante du rapport.
Bien que la contamination des grandes cultures puisse poser des problèmes pour l'alimentation humaine et animale, elle sera en général moins susceptible d'avoir des impacts sur l'environnement dans des écosystèmes naturels. La plupart des cultures hautement domestiquées ne sont pas compétitives et n'envahissent pas les écosystèmes naturels. Elles peuvent persister dans certaines conditions dans des champs agricoles, dans des zones perturbées ou le long des routes, mais leur capacité de pénétration ou d'envahissement des sites naturels est minime. La possibilité d'échange de gènes avec des plantes sauvages apparentées a souvent été évoquée sur le plan théorique, mais les dommages à l'environnement qui pourraient en résulter, si tant est qu'il y en ait, seraient faibles.
L'utilisation de cultures autres que vivrières et fourragères élimine évidemment la possibilité de contact accidentel avec des aliments et la contamination de ces derniers, mais la crainte de problèmes environnementaux pourrait être accentuée si l'espèce choisie a la possibilité de se comporter comme une mauvaise herbe ou d'être envahissante. Bon nombre de nos mauvaises herbes les plus nuisibles sont des espèces étrangères qui ont été introduites et qui, en l'absence de prédateurs naturels ou de contraintes, se sont répandues dans les terres agricoles et les écosystèmes naturels (p. ex. la salicaire). Par contre, les plantes cultivées doivent souvent leur survie à l'intervention humaine et sont peu susceptibles de s'établir à l'extérieur des périmètres cultivés. En outre, bon nombre de plantes cultivées ne sont pas interfertiles avec des espèces sauvages apparentées.
On peut noter également les aspects pratiques liés à la culture à grande échelle d'espèces végétales qui n'ont pas d'abord été adaptées pour l'agriculture. Les agriculteurs peuvent ne pas être familiers avec les besoins de ces plantes en termes de culture et de maintien, ils peuvent avoir de la difficulté à se procurer des herbicides homologués pour lutter contre les mauvaises herbes et ils peuvent ignorer les exigences liées à la lutte contre les maladies et les insectes.
L'utilisation éventuelle d'essences forestières à des fins d'agriculture moléculaire pose des problèmes particuliers du fait que les arbres sont des plantes vivaces. Ils fabriquent souvent de grandes quantités de pollen qui peut être transporté sur de grandes distances, et le croisement avec des espèces sauvages apparentées est monnaie courante. Comme les écosystèmes forestiers sont complexes, il est difficile de tester un nouveau produit génique ou de prédire l'effet que son introduction pourra avoir. Toutefois, des espèces d'arbres et d'arbustes sont adaptées à des terres marginales qui ne conviennent pas à l'agriculture classique. Elles peuvent du moins offrir la possibilité d'augmenter grandement la production par l'agriculture moléculaire de grands volumes de produits de faible valeur comme des bioplastiques ou d'autres composés. Ces autres produits seront nécessaires si le Canada veut s'orienter vers une économie de l'énergie davantage axée sur la biotransformation et plus durable. L'utilisation potentielle des terres marginales pourrait être pertinente au Canada où le pourcentage de nos terres arables productives est relativement très faible.
La possibilité d'utiliser des espèces aquatiques pour l'agriculture moléculaire pose également des problèmes particuliers lorsque ces espèces sont cultivées à l'extérieur d'une installation confinée. Des espèces aquatiques comme des algues unicellulaires et la lentille d'eau (Lemna sp.) font l'objet de travaux de développement en vue de plateformes d'agriculture moléculaire. Si ces espèces étaient introduites dans un milieu aquatique naturel, leur impact pourrait être difficile à déterminer et s'il était négatif, il pourrait être difficile à atténuer.
Un certain nombre de chercheurs ont montré que, outre la technique de modification génétique normale qui consiste à introduire des gènes dans des chromosomes, il est possible d'introduire des gènes dans d'autres structures subcellulaires, des chloroplastes par exemple. Cette technique a d'abord été établie chez le tabac grâce à la biolistique qui permet d'introduire de l'ADN étranger dans les chloroplastes. À l'heure actuelle, cette technologie est en développement chez de nombreuses autres espèces. Il n'a pas encore été clairement établi si les chloroplastes peuvent fabriquer des protéines complexes, mais l'agriculture moléculaire à l'aide de chloroplastes présente de nombreux avantages potentiels : taux élevé d'expression transgénique et d'accumulation de protéines, capacité de maîtriser le site d'insertion du gène plus précisément et, chez de nombreuses plantes cultivées (dicotylédones), absence de transmission des transgènes par le pollen, car le pollen ne renferme pas de chloroplastes.
Enfin, outre la transformation des chromosomes et des chloroplastes, il est possible d'utiliser des phytovirus comme véhicules d'agriculture moléculaire. Lorsque des virus infectent des plantes, ils injectent leur propre ARN ou ADN dans les cellules de la plante et utilisent ses ressources cellulaires pour fabriquer les protéines qui leur permettent de se multiplier et d'infecter d'autres cellules. Le gène utilisé pour l'agriculture moléculaire est intégré à l'ARN ou à l'ADN du virus, puis la plante est infectée par le virus. La plante fabrique alors le produit d'agriculture moléculaire sans que des gènes étrangers soient effectivement introduits dans ses chromosomes ou ses chloroplastes.
On peut ainsi éviter les longues étapes de transformation et de culture des tissus de la plante hôte. L'utilisation de virus présente l'avantage d'accélérer la production et de la mettre à l'échelle très rapidement au besoin. Les virus peuvent limiter la taille du produit obtenu; en effet de grosses protéines risquent de réduire la capacité du processus d'assemblage du virus. Les virus utilisés peuvent également menacer l'environnement car ils risquent de se propager ou de se recombiner avec d'autres virus.
Aspects liés à la production: Si l'agriculture moléculaire végétale atteint le stade industriel, différent facteurs détermineront l'échelle de production exacte. Toutefois, il est évident que les risques éventuels associés aux activités d'agriculture moléculaire pourront être amplifiés en proportion de l'échelle de production. En outre, différentes technologies de production auront différents effets potentiels sur la santé humaine et l'environnement. Nous allons envisager différents scénarios de production. Il convient de faire remarquer aux lecteurs que ces activités étant encore dans le domaine des possibilités, toutes les prévisions qui seront énoncées seront plus ou moins spéculatives.
Certaines catégories de produits de l'agriculture moléculaire seront requises en très grande quantité. En fait, l'échelle de production requise et le coût plus faible de production prévu avec un système végétal seront des facteurs décisifs dans le choix d'un système de production végétal. On prévoit que les produits chimiques de départ qui pourraient être nécessaires pour fabriquer des plastiques biodégradables et d'autres composés de nature à réduire la dépendance au pétrole seront requis en des quantités de l'ordre des centaines ou des milliers de tonnes. Il reste à déterminer quelles espèces de plantes seraient idéales pour ce type d'industrie, mais compte tenu de l'échelle prévue et de la valeur relativement faible des produits, il est logique de penser à des espèces adaptées aux terres marginales et aux environnements difficiles. À l'heure actuelle, Industrie Canada veut encourager une fondation basée sur l'économie de la biotransformation axée sur plusieurs intervenants. Les secteurs de l'énergie et de la foresterie seront les leaders dans ce projet, et le développement d'une capacité de bioproduction à grande échelle sera une priorité au Canada.
De nombreux types d'enzymes industrielles, comme les xylanases pour la réduction du bois en pâte dans la fabrication du papier ou les nitrilases pour la fabrication du nylon à partir de nitrites seront également requises en quantités de l'ordre de plusieurs tonnes. On utilise déjà des xylanases conçues pour résister aux conditions extrêmement rigoureuses de pH de la réduction du bois en pâte et qui sont obtenues par fermentation fongique. L'utilisation de xylanases, qui permet de réduire de beaucoup l'utilisation du chlore dans le processus d'obtention de la pâte, est par conséquent hautement souhaitable du point de vue de l'environnement. La société Monsanto (Calgene) étudie présentement la possibilité de produire des xylanases par agriculture moléculaire dans des chloroplastes.
E.I. DuPont de Nemours & Co tente d'utiliser uniquement des nitrilases pour hydrolyser les nitriles, intermédiaires dans la biosynthèse de polymères tels le nylon 66. L'utilisation de nitrilases permettrait d'éviter l'utilisation de bases ou d'acides forts, ce qui éliminerait la production de flux de déchets non écologiques.
Il ne s'agit là que de deux des nombreuses enzymes industrielles qui seront requises en grandes quantités, parmi d'autres comme les phospholipases, les estérases, les protéases, les cellulases et les ligninases. Présentement, la société danoise Novozymes produit plus de 75 types d'enzymes industrielles et alimentaires utilisées dans la fabrication de plus de 600 produits.
Les produits de l'agriculture moléculaire requis à grande échelle ne se limiteront pas aux procédés biosynthétiques industriels ou alimentaires. Une foule de produits médicaux, thérapeutiques ou diagnostiques différents seront également requis en grandes quantités. PPL Therapeutics (en partenariat avec Periodontix) prévoit qu'un peptide antimicrobien, le P-113, sera requis en quantités de l'ordre de plusieurs tonnes. La faisabilité de la fabrication à l'échelle industrielle est présentement à l'étude chez des bovins transgéniques. De même, la société Trimeris prévoit produire plusieurs tonnes de son inhibiteur peptidique synthétique du virus du VIH, le T-20. D'autres produits médicaux d'origine biotechnologique, comme des inhibiteurs de la coagulation sanguine, des anticorps monoclonaux, des protéines structurales comme le collagène, des protéines du plasma sanguin, des molécules de bio-adhésion, des protéases, des lipases et des agents antiinflammatoires, seront produits en des quantités de l'ordre de centaines de kg. Le grand nombre d'anticorps, de vaccins et d'autres agents thérapeutiques et diagnostiques requis indique que d'ici les dix prochaines années, plus de 100 tonnes de substances seront produites à l'aide de l'agriculture moléculaire chaque année.
Les activités de l'agriculture moléculaire végétale ne se limiteront pas à des marchés de grands volumes. Le fait de pouvoir cultiver des végétaux dans des serres ou de façon pratique dans de petites parcelles, d'obtenir des transformants relativement rapidement et de les cultiver sans l'infrastructure associée à la fermentation seront des facteurs clés dans la fabrication de nombreux produits requis en petites quantités. Nombre de produits de santé spécialisés que des patients ne peuvent pas se procurer à cause des coûts prohibitifs deviendront plus facilement accessibles. Le degré de spécialisation sera tel qu'il sera possible d'offrir une production taillée sur mesure pour une personne en particulier. À l'aide d'un système à base de virus du tabac, il sera possible de traiter des patients atteints du cancer en prélevant les gènes correspondant à leurs propres anticorps et en les produisant dans un système végétal. Ces anticorps pourront ensuite être isolés, purifiés et réadministrés au patient pour l'aider à combattre sa maladie. Une petite parcelle de plants de tabac sera suffisante pour produire rapidement le volume d'anticorps requis et à un coût relativement faible.
Il est certain qu'un très grand nombre de produits thérapeutiques et diagnostiques différents pourront être produits chez les plantes. L'annexe B donne un aperçu de la gamme de produits médicaux en voie de développement qui seront obtenus grâce à l'agriculture moléculaire (pas seulement chez les plantes).
Un deuxième aspect important de l'analyse de la production par l'agriculture moléculaire est l'organe ou le compartiment de la plante dans lequel le produit s'accumule. Des gènes sont associés à des séquences d'ADN appelées promoteurs qui déterminent quand le gène sera « lu » ou « activé ». Des gènes situés à proximité plus ou moins grande de promoteurs particuliers ne s'exprimeront que dans certains organes ou tissus d'une plante, ou même dans des cellules bien déterminées. D'autres promoteurs ne sont pas spécifiques de cellules ou de tissus, mais ils limitent l'expression d'un gène à certaines étapes du développement ou en réponse à des déclencheurs chimiques ou environnementaux comme la chaleur, le froid, le stress ou un traumatisme. Un grand nombre de promoteurs différents ont été isolés et caractérisés. Lorsque des gènes utilisés en agriculture moléculaire sont liés à un promoteur déterminé avant d'être insérés dans la plante, l'obtention du produit par l'agriculture moléculaire peut être limitée aux feuilles, aux racines, aux fruits ou à d'autres organes ou tissus, ou même à certains types de cellules d'un tissu, ou encore à des tissus spécialement traités après la récolte.
Une approche populaire de l'agriculture moléculaire consistera à obtenir un produit d'intérêt uniquement dans les graines d'une plante. L'obtention d'un produit dans les graines d'une plante présente des avantages pratiques considérables : les graines sont faciles à récolter à l'aide de méthodes établies et d'un appareillage courant, elles constituent un milieu stable permettant de conserver le produit jusqu'à son isolement. Les graines sont pratiques à utiliser si le produit doit être consommé directement sans être purifié.
Lorsque le produit doit être consommé comme dans le cas de vaccins comestibles, il est alors logique de choisir le fruit ou une partie comestible de la plante. On peut aussi réaliser la production dans une plante entière, notamment des tissus verts qui peuvent être consommés ou transformés. Enfin, on peut obtenir un produit dans des organes de stockage, comme des tubercules (p. ex. pomme de terre) ou des racines.
D'un point de vue environnemental, la production dans des parties d'une plante qui peuvent être récoltées et retirées efficacement du champ peut réduire l'exposition de l'environnement au produit de l'agriculture moléculaire. De même, une expression après la récolte est possible, lorsque le transgène n'est pas exprimé du tout dans les plants sur pied. Dans ce cas, le produit de l'agriculture moléculaire ne sera formé qu'après acheminement du matériel végétal récolté dans une installation de transformation et exposition à un produit chimique ou à un déclencheur environnemental permettant l'expression du transgène. Par conséquent, l'organe ou le site de production peut influencer les décisions concernant la réglementation de la production.
Production de semences ou de populations de plantes de base. Un autre aspect ayant trait à la production à l'échelle industrielle de substances par l'agriculture moléculaire est la production de semences ou de plants qui seront utilisés pour obtenir les premières générations. La production des transformants initiaux aura lieu dans des laboratoires protégés. Ces plants feront également l'objet d'essais visant à évaluer la fonction du transgène et à déceler tout effet inattendu ou indésirable des processus de transformation et de régénération. Les questions liées à la génération des plants transgéniques comme la perte de fonction résultant de l'ADN recombinant, les variants somaclonaux du processus de culture de tissus, le silençage génique et d'autres phénomènes ne seront pas abordés ici. Il s'agit là de questions liées aux végétaux obtenus par toutes les méthodes de modification génétique et non seulement à ceux obtenus par l'agriculture moléculaire. Il est entendu que les intervenants peuvent se préoccuper de questions ayant trait au processus de transformation lui-même, mais ces questions débordent du cadre du présent rapport.
Après qu'un nombre suffisant d'expériences auront été effectuées pour déterminer que les transgènes ont été intégrés de façon stable et qu'ils fonctionnent comme prévu, il faudra alors procéder à la multiplication des semences ou des plants pour obtenir plus de matériel pour des analyses plus poussées et peut-être également pour des essais au champ en conditions confinées. Dans le cas de la production industrielle, l'établissement de semences de base exigera également une multiplication des semences. Dans le cas de certaines applications d'agriculture moléculaire, les besoins en semences de base seront comblés par une production protégée en serre. Si un plus grand volume de semences est requis, on pourra les obtenir par une production normale dans le cadre d'un confinement suffisant en veillant à ce qu'il n'y ait ni contamination croisée ni libération dans l'environnement.
Confinement et isolement: Pour que l'agriculture moléculaire réalise tout son potentiel, il est évident que des systèmes doivent être implantés pour empêcher les produit obtenus d'être libérés dans l'environnement ou mélangés à d'autres produits (isolement génétique). Une grande variété d'options sont disponibles pour atteindre ces objectifs avec des niveaux variables de fiabilité.
Les questions relatives au confinement sont surtout pertinentes dans le cas d'activités d'agriculture moléculaire ayant trait à des cultures vivrières et à des végétaux qui peuvent causer des problèmes environnementaux et dans le cas de produits toxiques ou considérés comme potentiellement dangereux.
Compte tenu de ces paramètres, les options suivantes de confinement et d'isolement sont offertes à des fins de discussion et de décision.
Ni confinement physique ni isolement génétique
L'agriculture moléculaire dans des cultures vivrières et fourragères classiques pourrait être envisagée par des méthode courantes de préservation de l'identité, à la condition que le produit visé soit considéré comme totalement sûr et que l'espèce hôte ne soit pas elle-même susceptible de menacer l'environnement. Au Canada, du colza à teneur élevée en acide érucique est produit depuis des années sans effet indu sur le canola qui doit renfermer moins de 2 % d'acide érucique. On y parvient en maintenant des distances appropriées entre les cultures pour réduire au minimum le flux de pollen et en vérifiant régulièrement la concentration d'acide érucique dans les semences de sélectionneur et de base. Évidemment, ce type de production n'est possible que s'il existe des normes reconnues pour la composition du canola.
À cet égard, on pourrait obtenir des produits de l'agriculture moléculaire de la même façon qu'on obtient des cultures de base transgéniques qui doivent être isolées pour diverses raisons. Le principal élément de la préservation de l'identité est de veiller à ce que les différentes graines ne soient pas mélangées dans le silo local. On peut réduire le mélange de diverses façons dans les silos, mais ces activités augmentent les coûts jusqu'à un certain point, de sorte que cette approche n'est probablement pas pratique ou souhaitable pour des produits de l'agriculture moléculaire. Les silos devraient avoir un nombre suffisant de compartiments de stockage différents pour conserver séparément les différents types de graines, et les producteurs pourraient devoir expédier leurs graines sur de plus grandes distances si le silo le plus près n'était pas prêt à recevoir un type particulier de produit. Cette approche serait donc peu pratique s'il fallait garder séparés un grand nombre de produits de l'agriculture moléculaire et si la demande pour chacun des produits n'était pas suffisante.
Des dispositions peuvent être prises avec les producteurs dans le cadre de contrats pour la fabrication et la séparation physique des cultures. Les conditions et l'échelle de production peuvent évidement varier, mais le principal aspect de ce type d'entente est que le produit doit être conservé jusqu'à sa livraison au client. L'avantage de ce type d'entente est que le produit végétal n'est pas expédié à un silo local où il pourrait être mélangé avec un produit courant.
Néanmoins, même si le produit n'est pas expédié à un silo, il est possible que le pollen de l'espèce hôte choisie contamine la production industrielle de la même espèce si la production spéciale s'effectue à l'intérieur des limites de transfert et de viabilité du pollen. Dans certains cas, on peut réduire cette possibilité en érigeant des structures autour du champ de production ayant pour but de piéger le pollen. Il est possible d'éloigner suffisamment les zones consacrées à l'agriculture moléculaire pour éliminer le problème à toutes fins pratiques. À cet égard, l'agriculture moléculaire est moins susceptible de causer une contamination si elle s'effectue hors des régions où d'autres producteurs cultivent la même espèce.
En fait, si l'espèce hôte n'est pas une culture courante ou si elle n'a jamais été cultivée, la question de la contamination accidentelle ne se pose évidemment pas.
Pour suivre le flux du pollen hors du lieu de production, il serait avantageux de disposer d'un mécanisme pratique permettant de suivre les transgènes à la trace. On peut utiliser des tests de l'ADN comme la PCR (transfert par la polymérase) pour détecter le gène lui-même. Les méthodes fondées sur la PCR peuvent détecter et même mesurer des concentrations infimes d'ADN transgénique, mais ces tests exigent des capacités techniques et un équipement coûteux qui peuvent les rendre inacceptables. En outre, il faudrait mettre au point une méthode PCR distincte pour chaque produit éventuel, ce qui pourrait être irréalisable s'il y avait un grand nombre de produits différents.
On pourrait également utiliser des tests permettant de déceler les produits des gènes utilisés (protéines). On peut élaborer des tests diagnostiques simples sur des papiers filtres contenant des anticorps pour détecter la présence de différentes protéines. Cette approche ne serait pratique que si l'anticorps nécessaire est peu coûteux. Dans certains cas, on pourra détecter par des tests simples les produits de gènes « marqueurs » insérés dans la plante hôte en même temps que les gènes d'intérêt pour faciliter le processus de transformation. Un gène appelé « Gus » est parfois utilisé comme gène marqueur dans l'élaboration de végétaux à caractères nouveaux, et un simple test de laboratoire permet facilement de détecter son produit dans les tissus végétaux.
Isolement génétique uniquement
Même lorsqu'un produit de l'agriculture moléculaire est considéré comme totalement sûr, il peut être souhaitable d'empêcher le flux de pollen hors du lieu de production pour des raisons environnementales ou de préférence des consommateurs. Dans le cas des produits de l'agriculture moléculaire dont la production est prévue sur une grande échelle, l'isolement génétique peut être réalisé par utilisation de la stérilité mâle pour empêcher la production de pollen ou par récolte de la plante avant le développement des fleurs et du pollen. D'autres méthodes et considérations relatives à l'isolement génétique sont présentées de façon plus détaillée dans une section suivante du rapport.
Confinement physique minimal sans isolement génétique
On prévoit qu'un grand nombre de produits de l'agriculture moléculaire qui ne seront pas requis en grandes quantités ou qui pourront représenter un risque modéré pour la santé ou l'environnement pourront être cultivés dans des serres ou des structures similaires.
La forme la plus simple de confinement physique modéré pourrait être la culture de plantes dans des tunnels en plastique, comme on procède souvent dans le cas de la production de légumes ou de fleurs. Ces structures peuvent être construites à peu de frais sur une grande échelle et offrent un certain niveau de confinement physique. On peut certainement réduire le flux de pollen et le contact accidentel avec des animaux sauvages ou domestiques. Les sélectionneurs utilisent fréquemment des structures plus élaborées en forme de tente ou de moustiquaire pour la production des graines issues d'autofécondation requises pour la sélection et l'obtention de variétés. Ces structures ne sont pas particulièrement résistantes aux perturbations de l'environnement et ne conviendraient pas pour le confinement de produits posant un problème de sécurité.
Confinement physique minimal avec isolement génétique
Comme il a été décrit ci-dessus, on peut pallier à ce qui peut être perçu comme des lacunes du confinement physiques par des mécanismes génétiques qui limitent grandement ou totalement la dissémination des caractères transgéniques par le pollen.
Confinement physique modéré sans isolement génétique
Les serres normales peuvent être considérées comme offrant un niveau de confinement modéré, mais elles ne sont pas conçues ou construites pour répondre aux exigences strictes de l'agriculture moléculaire. On pourrait les utiliser pour obtenir des produits réputés sans danger ou les modifier pour qu'elles répondent à des critères de confinement beaucoup plus rigoureux.
Les normes proposées pour une serre confinée pour l'agriculture moléculaire seraient semblables à celles conçues pour les serres utilisées pour la recherche transgénique :
a) Bâtiment suffisamment étanche pour éviter que des rongeurs ou d'autres petits animaux ne pénètrent et transportent du matériel végétal ou des graines hors du site.
b) Moustiquaire suffisamment fine et robuste sur toute les fenêtres et portes pour empêcher la circulation des insectes et du pollen à l'intérieur et à l'extérieur de la structure et entre les salles.
c) Vestibule à l'entrée de façon à ce que les personnes qui pénètrent dans le bâtiment doivent passer par un sas. L'entrée serait isolée du reste du bâtiment. Les portes intérieures seraient munies d'un système de verrouillage exigeant que les portes extérieures soient fermées avant de s'ouvrir. Le vestibule serait également soumis à une pression positive, de sorte que lorsque les portes sont ouvertes, l'air intérieur peut s'échapper à l'extérieur et non l'inverse. Le plancher du vestibule pourrait aussi être muni d'un revêtement collant pour recueillir les matières adhérant aux chaussures. Le cas échéant, on pourrait demander aux employés et aux visiteurs de revêtir des vêtements de salle propre ou d'autres vêtements ou chaussures de protection avant d'entrer dans le bâtiment.
d) Les salles de production devraient être séparées du vestibule par un corridor muni de portes d'entrée séparées.
e) Le bâtiment devrait être construit de façon à ce que les eaux usées puissent être filtrées et/ou traitées avant d'être rejetées dans un système d'évacuation extérieur.
f) Le bâtiment pourrait être construit de façon à permettre un traitement primaire des matières végétales sur les lieux mêmes. Le bâtiment pourrait abriter du matériel de découpage, de séchage et d'extraction. Un autoclave pour stériliser le matériel et/ou les matières végétales pourrait également être nécessaire.
C'est la nature du produit qui déterminera la façon de construire le bâtiment dans le but d'assurer le confinement du produit et la sécurité des employés. Comme la plupart des produits fabriqués ne devraient pas être excessivement dangereux, seul un confinement minimal pourrait être nécessaire, par exemple l'intégrité physique du bâtiment, des barrières contre les insectes et le pollen et un système de filtration de l'air et des eaux résiduelles.
Confinement physique modéré avec isolement génétique
Comme on l'a déjà signalé, toute forme de confinement physique peut être améliorée par un mécanisme d'isolement génétique dont l'importance pourra varier en fonction de la plante hôte et du produit concerné.
Confinement physique important sans isolement génétique
Les bâtiments de serre classiques ou modifiés décrits ci-dessus sont sûrs dans la plupart des cas, mais ils peuvent être vulnérables en cas de tempête ou d'intrusion délibérée de personnes non autorisées. On peut pallier à ces problèmes éventuels de confinement en réalisant les activités d'agriculture moléculaire à l'intérieur d'un bâtiment dont l'intégrité physique est assurée et en cultivant les plantes à l'intérieur de laboratoires bien équipés ou de chambres de croissance comme des phytotrons. L'isolement génétique devient relativement moins important lorsque le confinement physique est élaboré. Lorsque la production s'effectue dans des bâtiments dont l'intégrité physique est assurée, l'inclusion d'un mécanisme d'isolement génétique ajoute peu à la sécurité du processus.
Confinement physique complet
Même des bâtiments apparemment sûrs peuvent être soumis à des catastrophes naturelles comme des ouragans, des tornades ou des inondations, ou peuvent faire l'objet d'attaques par des assaillants déterminés. On peut obtenir un degré plus élevé de sécurité en réalisant les activités d'agriculture moléculaire dans des installations souterraines, une mine abandonnée par exemple. Cette suggestion peut sembler bizarre à première vue, mais l'utilisation d'une mine abandonnée est intéressante sous certains aspects.
Il est évident qu'une mine souterraine dont l'accès est limité permet de produire dans des conditions de sécurité très élevée, mais d'autres attributs sont intéressants comme les coûts plus faibles de régulation de la température et d'élimination des ravageurs et des compétiteurs.
Sommaire des types de confinement et de production qui pourront être utilisés
| Exigences |
Paramètres de production typiques |
Ni confinement physique ni isolement génétique |
Production à contrat et/ou préservation de l'identité, isolement physique |
Isolement génétique |
Production sous contrat, mais avec un mécanisme génétique visant à limiter le flux de pollen ou la germination. Culture selon des directives de ne pas laisser la plante fleurir. |
Confinement physique minime sans isolement génétique |
Chambres d'autofécondation, enceintes en plastique, production en serre normale |
Confinement physique minime avec isolement génétique |
Comme ci-dessus avec un mécanisme génétique pour empêcher le pollen de se répandre ou de germer |
Confinement physique modéré sans isolement génétique |
Serre protégée comportant des caractéristiques spéciales limitant le pollen, les insectes, les rongeurs, etc. |
Confinement physique modéré avec isolement génétique |
Serre protégée comportant des caractéristiques spéciales limitant le pollen, les insectes, les rongeurs, etc. avec méthode de contrôle génétique. |
Confinement physique important sans isolement génétique |
Structure totalement protégée, chambres de croissance, phytotrons. |
Confinement physique complet |
Isolement physique complet et sécurité totale, p. ex. mine souterraine. |
Les six niveaux de confinement et d'isolement décrits ci-dessus offrent des degrés croissants d'isolement pour la production de divers produits et sont associés à des méthodes actuellement utilisées sous une forme ou l'autre en agriculture classique.
F. Méthodes d'isolement génétique
Le terme isolement génétique dans le contexte du présent rapport comprend tout mécanisme naturel résultant de la biologie de la plante ou imposé par la technologie de l'ADN recombinant.
Les renseignements suivants sont fournis aux intervenants pour qu'ils puissent se rendre compte de toute la gamme de mécanismes d'isolement génétique qui peuvent être utilisés pour empêcher la dispersion du pollen et la pollution moléculaire qui pourrait en résulter. Tout commentaire à propos de l'utilité éventuelle de ces méthodes n'indique pas nécessairement que les auteurs ou l'ACIA les approuvent.
Isolement génétique naturel
La biologie de certaines espèces végétales permet de contrôler étroitement leur culture de façon à éliminer la possibilité de développement du pollen. Ceci s'applique en grande partie aux activités d'agriculture moléculaire qui ne visent pas directement les graines. Par exemple, lorsque les substances produites se trouvent dans les parties végétatives de la luzerne ou du tabac, ces dernières peuvent être fauchées et/ou récoltées avant la floraison. Des cultures comme le maïs peuvent être écimées de façon à empêcher la formation du pollen.
Comme on l'a déjà signalé, au lieu d'utiliser la méthode normale de modification génétique qui consiste à insérer des gènes dans les chromosomes, on peut insérer ces gènes dans les chloroplastes. Comme le pollen de nombreuses cultures ne renferme pas de chloroplastes, le transgène ne peut pas être transféré; cette méthode peut dont offrir une forme d'isolement génétique naturel.
En outre, un grand nombre de formes naturelles de stérilité mâle empêchent la formation du pollen. Ces mécanismes sont très bien connus dans l'industrie des semences hybrides. Ils fournissent également des moyens naturels par lesquels on peut empêcher le transfert de transgènes à d'autres plantes.
Isolement génétique issu d'une modification génétique
a) Létalité conditionnelle
Des plants transgéniques peuvent être modifiés de façon à renfermer un gène de létalité conditionnelle capable de transformer un précurseur biologiquement inerte en un composé toxique. Comme le gène ne s'exprime que chez les plants transgéniques, la pulvérisation d'un champ avec le précurseur ne tue que les plants transgéniques, les plants non transgéniques n'étant pas affectés. Par exemple, on modifie un herbicide connu en lui ajoutant un certain groupement chimique qui élimine la fonction physiologique de l'herbicide. Le gène d'une enzyme qui est spécifiquement requise pour enlever le groupement ajouté et rétablir l'activité de l'herbicide est lié au gène recombinant d'intérêt; ainsi seuls les transformants transforment la protoxine en toxine. Monsanto et Hoechst ont respectivement développé et testé des composés chimiques semblables pour les herbicides glyphosate et glufosinate.
b) Promoteurs inductibles
Comme on l'a décrit précédemment, les promoteurs sont des éléments génétiques qui régulent l'expression de gènes qui leur sont associés. En d'autres mots, il s'agit de séquences d'ADN situées à proximité d'un gène qui déterminent les conditions d'expression de ce gène. De nombreux types de promoteurs différents ont été décrits, et ceux qui se traduisent par un niveau élevé d'expression ou qui limitent l'expression à certains organes comme les feuilles ou les graines sont utiles à des fins d'agriculture moléculaire. On connaît également des promoteurs inductibles et qui permettent donc d'activer les gènes qui leur sont associés uniquement dans certaines conditions. L'induction peut dépendre d'un paramètre naturel ou physiologique comme la chaleur, le froid, la durée du jour, le stade de développement, ou de la présence d'une certaine substance chimique ou biochimique.
Des promoteurs induits spécifiquement par des substances chimiques peuvent être utilisées pour déclencher l'expression de gènes uniquement lorsque ces substances chimiques sont appliquées sur les plantes, De cette façon, on peut déterminer la durée de production du produit d'agriculture moléculaire. De la même façon, des promoteurs induits dans certaines conditions physiologiques comme des meurtrissures causées par le hachage après la récolte peuvent également être utilisés pour empêcher la production de produits par l'agriculture moléculaire jusqu'à ce que les plants soient effectivement récoltés.
c) Stérilité mâle issue d'une modification génétique
Un grand nombre de méthodes ont été décrites pour conférer la stérilité mâle à des végétaux par des méthodes recombinantes. Les méthodes ont pour but de perturber la production de pollen par la mort programmée (ablation génétique) des cellules responsables du développement du pollen ou même de toutes les structures requises pour le développement du pollen. L'idée générale consiste à exprimer, à l'aide de promoteurs spécifiques de cellules ou de tissus, des gènes responsables d'effets perturbateurs ou toxiques. L'agent toxique peut être une enzyme très destructrice comme la barnase décrite dans le système élaboré par Plant Genetic Sciences. L'agent perturbateur peut être toute substance toxique comme une protéine ou un peptide toxique, un ARN antisens, un ribozyme ou un régulateur de croissance des plantes. L'expression de l'agent toxique peut être le résultat d'un seul gène ou de deux gènes, dont l'expression combinée est requise pour obtenir l'effet perturbateur. Les méthodes reposant sur deux gènes permettent d'élaborer des méthodes complexes de régulation du pollen par lesquelles les plants utilisés pour l'agriculture moléculaire peuvent s'autoféconder et se croiser avec d'autres plants d'agriculture moléculaire, mais sont incapables de se croiser avec d'autres variétés à cause de la ségrégation des gènes résultant en un effet létal. On trouvera de plus amples renseignements sur les méthodes moléculaires utilisées pour obtenir la stérilité mâle dans l'annexe C.
d) Le concept « Terminator »
Le gène « Terminator », dont le nom a été mal choisi, a reçu une très mauvaise presse parce qu' l'a présenté comme un moyen pour les grandes multinationales de restreindre la liberté des agriculteurs. Toutefois, cette approche constitue en fait une excellente méthode pour empêcher le transfert de nouveaux caractères à d'autres cultures et espèces végétales.
Le mécanisme terminator fonctionne de la façon suivante. On fabrique une construction génétique qui renferme le transgène d'intérêt, par exemple un gène qui encode un caractère lié à un intrant comme la résistance à un herbicide, lequel est lié au gène d'une toxine inactif. On obtient des semences commerciales en croisant de tels plants avec d'autres plants renfermant un autre gène capable d'activer le gène de la toxine. L'activité de cet autre gène activateur est régulée par un promoteur qui ne s'exprime que durant la germination. De cette façon, ces plants forment des graines qui peuvent être utilisées pour l'agriculture, mais qui ne survivent pas à la germination à cause de l'activation du gène de la toxine.
D'autres mécanismes s'inspirant du concept terminator permettent de limiter le flux des gènes et d'empêcher la prolifération des plantes possédant des éléments transgéniques. Une autre approche pouvant être utile fait appel à des promoteurs qui comportent des sites liant des répresseurs spécifiques. Le transgène d'intérêt est lié à un gène encodant une toxine comportant un promoteur répressible. De tels plantes seront également munies d'un gène qui produit la protéine répresseur de manière à ce que le gène de la toxine soit maintenu dans une configuration non fonctionnelle. Le gène répresseur et le caractère d'intérêt commercial sont situés à deux endroits différents sur le chromosome, de sorte que durant la formation du pollen (méiose), les deux gènes se séparent. Le résultat de la séparation du gène répresseur et du transgène durant la formation du pollen est l'activation subséquente du gène de la toxine. La mort de la graine survient si le plant transgénique s'est croisé avec un plant qui ne renferme pas l'élément répresseur.
e) Auxotrophie
Les plantes ont la capacité biosynthétique de fabriquer toutes les substances biochimiques nécessaires pour croître et se développer normalement. Toutefois, il est possible en intervenant au niveau du métabolisme de transformer les plantes en organismes auxotrophes. Les auxotrophes sont des organismes qui exigent la présence de certains composés essentiels dans leur milieu de croissance. Ce concept ne vaut pratiquement que pour les plantes aquatiques comme les algues unicellulaires. La croissance de ces algues ne serait possible qu'en présence d'une substance dans l'eau du réservoir de croissance qui ne serait pas disponible dans le milieu naturel. De cette façon, on peut empêcher une algue transgénique de s'établir dans des plans d'eau naturels.
En résumé, on peut utiliser diverses méthodes qui permettent très efficacement de limiter génétiquement la formation ou la dispersion du pollen de produits de l'agriculture moléculaire.
G. Plateformes d'agriculture moléculaire végétale
Les différentes formes de croissance des divers types de plantes et les nombreuses formes d'éléments promoteurs disponibles offrent la possibilité d'utiliser toute une gamme de plateformes d'agriculture moléculaire. La stratégie adoptée dépendra de nombreux facteurs.
Les différents types de plateformes d'agriculture moléculaire possibles possèdent des caractères uniques qui peuvent influencer l'application de la réglementation. On présente ci-après des exemples d'activités courantes d'agriculture moléculaire qui serviront d'études de cas pour discuter de l'application de la réglementation et pour déterminer les impacts éventuels sur l'agriculture, la santé, la sécurité et l'environnement.
1. Production d'anticorps par agriculture moléculaire dans des tubercules de pomme de terre
Une entreprise allemande de biotechnologie, MPB Cologne (Molecular Plant&Protein Biotechnology), a mis au point la technologie qui permet l'agriculture moléculaire dans des tubercules de pomme de terre.
La stratégie d'agriculture moléculaire est fondée sur le rendement considérable des pommes de terre qui peuvent être facilement récoltées, transportées et entreposées pour un traitement ultérieur. L'ADN codant pour des anticorps ou des fragments d'anticorps est associé à des promoteurs constitutifs qui permettent un niveau constant d'expression non spécifique. Un système promoteur capable d'induction après récolte des produits d'intérêt commercial est en cours de mise au point et sera implanté avec les produits futurs.
Les anticorps sont des protéines qui comportent de multiples chaînes de protéines interactives qui se fixent très spécifiquement sur une large gamme de substances et agissent, chez les animaux, comme principal mécanisme de défense contre de nombreux agents pathogènes. Les produits qui sont mis au point à des fins thérapeutiques chez les humains devront provenir de gènes humains de sorte que les anticorps eux-mêmes ne déclenchent pas de réponse immunitaire. Pour les utilisations thérapeutiques, il est nécessaire que les anticorps soient produits, préparés et hautement purifiés selon les bonnes pratiques de fabrication, c'est-à-dire les normes établies et appliquées dans l'industrie pharmaceutique. Actuellement, les anticorps thérapeutiques sont produits par centaines de kilogrammes; cependant, comme mentionné auparavant, la demande prévue montera en flèche dans les années à venir.
Les anticorps qui sont mis au point à des fins diagnostiques, pour l'utilisation dans l'environnement ou pour la détection de germes pathogènes d'origine alimentaire ou hydrique, n'ont pas nécessairement besoin d'être d'origine humaine ni d'être purifiés au même degré que ceux qui sont utilisés dans les applications en soins de santé. La demande pour ces anticorps peut dépasser de beaucoup les centaines de kilogrammes.
Analyse : production d'anticorps par agriculture moléculaire dans des tubercules de pomme de terre
Plateforme de production: La production d'anticorps aura lieu uniquement dans les tubercules de pomme de terre. Les tubercules seront homogénéisés, puis la fraction protéique sera séparée, enrichie et purifiée par des méthodes courantes comme la chromatographie.
Ampleur de la production: La capacité sera modeste au départ, mais pourra devenir très importante.
Mesures de protection: Généralement, les cultivars de pomme de terre sont peu fertiles : la fréquence d'hybridation est faible et l'obtention de graines viables peu probable. On ne rencontre pas d'espèces sauvages apparentées au Canada. Les tubercules et les baies sont sensibles au gel, et les quelques plants spontanés qui pourraient survivre comme mauvaises herbes peuvent être éliminés par des herbicides classiques. La production de pommes de terre par agriculture moléculaire se fera sous contrat. Les variétés qui peuvent facilement se distinguer morphologiquement des cultivars classiques peuvent être utilisées. De plus, à l'avenir, le système sera modifié de manière à ce que la protéine d'intérêt commercial soit induite uniquement après la récolte.
Risque de transfert génique: Très faible. La pomme de terre ne compte pas d'espèces sauvages apparentées sexuellement compatibles au Canada. En général, la pollinisation croisée est faible et il est peu fréquent de constater une mise à graine viable chez la pomme de terre; en outre, la multiplication des pommes de terre commerciales est strictement végétative.
Risque pour la santé humaine et animale: On sait que les anticorps ne présentent pas de risque et ils sont actuellement utilisés comme produits thérapeutiques et diagnostiques. Ils forment des interactions hautement spécifiques avec une large gamme d'épitopes (sites antigéniques), et des actions non spécifiques sont très peu probables.
Risque pour l'environnement: Les possibilités d'effets sont minimes. Les effets sur des organismes non visés devront être évalués; toutefois, il est très peu probable que les anticorps aient un effet sur les animaux sauvages qui pourraient les ingérer. En outre, la pomme de terre ne s'établit pas hors des zones cultivées
Classification: Le confinement physique ou l'isolement génétique ne seront pas nécessairement requis, ou alors, un isolement génétique pourrait suffire.
2. Production d'un peptide antimicrobien par agriculture moléculaire dans la luzerne
Des recherches en cours actuellement à l'Université de Guelph sont orientées vers la mise au point de plantes comme véhicules pour l'obtention de produits d'hygiène vétérinaire. La bêta-défensine porcine est un peptide de 30 acides aminés qui possède une activité à large spectre contre les bactéries et les champignons, et qui se forme naturellement dans les intestins des porcs.
Le produit est une protéine de fusion produite dans les feuilles de luzerne, qui serait clivée dans l'intestin des animaux monogastrisques pour libérer la défensine, un agent thérapeutique naturel chez le bétail, aidant ainsi à réduire l'utilisation d'antibiotiques plus traditionnels.
Analyse: production d'un peptide antimicrobien par agriculture moléculaire dans la luzerne
Plateforme de production: Le peptide serait produit sous forme de protéine de fusion en association avec une protéine de la feuille de luzerne. Le tissu végétatif de la luzerne serait récolté au moyen de l'équipement agricole classique et serait utilisé avec un traitement minimal comme le séchage, la mise en balles ou la formation de cubes de luzerne.
Ampleur de la production: On estime que, localement, une superficie de 100 à 2 000 ha est suffisante. La production dans d'autres régions d'élevage de bétail serait proportionnelle à la demande locale. La fabrication dans la plante serait contrôlée par un promoteur constitutif fort, un promoteur spécifique des feuilles ou, éventuellement, un promoteur inductible par la récolte.
Mesures de protection: La multiplication et la production de semences à partir de transformants primaires se feraient dans une serre de recherche où la pollinisation par des abeilles coupeuses de feuilles pourrait être requise. L'agriculture moléculaire se ferait sous contrat avec des fermiers locaux. Bien que la luzerne utilisée soit une plante fertile, les champs de production seraient fauchés avant la récolte; ainsi, la possibilité d'un transfert de transgènes à d'autres récoltes de luzerne pourrait être réduite par de bonnes pratiques culturales. La production du peptide à l'aide d'un promoteur inductible par la récolte réduirait davantage toute possibilité de contact involontaire avec les animaux ou les personnes.
Risque de transfert génique: La luzerne est une espèce qui fait grandement appel à la pollinisation croisée par les insectes. Si des plants mâles-fertiles étaient utilisés, le transfert génique dans les champs ne pourrait être empêché que par le fauchage des plants avant la floraison.
Risque pour la santé humaine et animale: Le produit issu de l'agriculture moléculaire est un peptide antimicrobien qui se forme naturellement chez les porcs et qui ne devrait pas présenter de risque pour la santé humaine et animale. Cependant, à la différence de la plupart des peptides, les défensines sont très stables dans les intestins des animaux où elles agissent comme un système naturel de défense. Le matériel végétal doit être gardé à part des aliments pour animaux.
Risque pour l'environnement: Les possibilités d'effets sont minimes; la luzerne est une plante vivace qui peut persister localement si elle est laissée à elle-même. De bonnes pratiques agronomiques seraient nécessaires pour veiller à ce que les plants producteurs de défensine ne s'établissent pas hors des champs cultivés. Il faudrait empêcher les animaux monogastriques de brouter les plants producteurs de défensine.
Classification: Un confinement physique minimal à modéré, avec ou sans isolement génétique, pourrait être requis.
Les recherches en cours à Agriculture et Agroalimentaire Canada, à London (Ontario), en collaboration avec le Centre des sciences de la santé de London et une jeune entreprise, Plantigen Inc., ont pour but d'obtenir des cytokines par agriculture moléculaire qui pourront être utilisées pour traiter des maladies autoimmunes humaines comme la maladie de Crohn. L'interleukine-10 (IL-10) peut être utilisée efficacement dans le traitement de la maladie de Crohn, mais le traitement oral exige de grandes quantités de protéines recombinantes dont le coût est présentement prohibitif. L'IL-10 produite dans les plantes est biologiquement active. La production sur une grande échelle dans des plantes constitue un espoir pour les 100 000 personnes souffrant de la maladie de Crohn au Canada.
Analyse : Obtention de cytokines par agriculture moléculaire dans des feuilles de tabac
Plateforme de production: Le tabac est une culture non vivrière et non fourragère qui est totalement séparée de la chaîne alimentaire, tant humaine qu'animale. Le système de production proposé se trouve dans les feuilles de plants de tabac hybrides formés à partir du croisement entre des parents femelles mâles-stériles à faible teneur en nicotine et des lignées transgéniques mâles fertiles homozygotes. On obtient ainsi des hybrides mâles-stériles hétérozygotes. Les constructions génétiques sont conçues pour diriger la production de cytokines dans les espaces intercellulaires de façon à accélérer la récupération.
Ampleur de la production: On estime pouvoir produire 900 mg d'IL-10 par hectare de tabac recombinant. Dans l'hypothèse d'un taux de récupération du produit de 50 %, il faudrait environ 200 hectares de terre pour donner suffisamment d'IL-10 pour traiter les 100 000 Canadiens atteints de la maladie de Crohn.
Mesures de protection: Comme le tabac produit beaucoup de graines, la préparation d'hybrides à cultiver sur des parcelles de terrain peut se faire dans un espace protégé limité comme une serre ou une chambre de croissance. La production au champ sera confiée à une entreprise qui récoltera les plants avant la floraison de façon à empêcher la formation de graines. Les plants seront mâles-stériles de sorte qu'aucun pollen pouvant contaminer d'autre type de tabac ne sera produit. Il n'existe pas d'espèces sauvages apparentées au Canada et le tabac ne survit pas à notre hiver.
Risque de transfert génique: Aucun. Les plants sont mâles-stériles et ne peuvent pas polliniser d'autres cultures de tabac ou d'autres espèces. En outre, on ne trouve aucune espèce sauvage apparentée sexuellement compatible au Canada.
Risque pour la santé humaine et animale: Les cytokines ont de nombreux effets sur la physiologie de la cellule humaine. Les effets d'une exposition chronique ou accidentelle aux cytokines sont inconnus; il est donc important que les gènes recombinants liés à la production de cytokines soient tenus à l'écart des cultures vivrières et ne soient pas libérés dans l'environnement. Le tabac n'étant ni une culture vivrière ni une culture fourragère, le produit ne peut pas entrer dans l'approvisionnement alimentaire humain ou animal. Toutefois, il faudrait évaluer les effets sur la santé humaine que pourraient avoir les plants de tabac producteurs de cytokine chez les personnes qui font usage de tabac.
Risque pour l'environnement: Le tabac ne survit pas à l'hiver au Canada et ne peut pas persister comme mauvaise herbe. Les animaux sauvages font peu ou pas usage du tabac à des fins alimentaires. Toutefois, il faudrait évaluer l'impact d'une telle utilisation le cas échéant. Il est possible que les animaux sauvages consomment davantage de tabac dans le cas des lignées à faible teneur en nicotine comme celles utilisées pour ces applications.
Classification: Ce système pourrait exiger un niveau de confinement physique minimal ou modéré et/ou un isolement génétique.
4. Production de l'hormone de croissance humaine dans des chloroplastes de tabac
Integrated Protein Technologies Inc., une filiale de la Monsanto Company, a récemment annoncé avoir réussi à produire de la somatotrophine (hormone de croissance) humaine dans des chloroplastes de tabac. La somatotrophine est une hormone peptidique de 191 acides aminés produite par la glande hypophyse qui a un rôle fondamental dans de nombreux processus physiologiques importants, y compris l'arrêt et même l'inversion du vieillissement. Présentement, la somatotrophine recombinante est disponible pour le traitement des patients atteints de carences génétiques, mais il en coûte 300 $US pour deux semaines d'injections quotidiennes. (On trouve également sur le marché noir de la somatotrophine tirée de glandes hypophyses de cadavres).
Analyse : Obtention de l'hormone de croissance par agriculture moléculaire dans des chloroplastes
Plateforme de production: La somatotrophine est produite dans des chloroplastes transgéniques de tabac. IPT signale (Nature 18:333-338, mars 2001) que la production d'hormone de croissance humaine dans des chloroplastes est trois cent fois plus élevée que dans du tabac ayant subi une transformation nucléaire.
Ampleur de la production: Au début, la production sera limitée, mais si la somatotrophine obtenue de plantes transgéniques peut ralentir le vieillissement sans effets secondaires néfastes, et qu'on peut l'administrer par voie orale, la demande des consommateurs sera énorme.
Mesures de protection: La production actuelle est limitée à des installations confinées physiquement. Toutefois, le tabac est une culture non vivrière et non fourragère dont la production dans les chloroplastes réduit grandement la possibilité de transmission de gènes par le pollen. Il n'existe pas d'espèces sauvages apparentées au Canada et le tabac ne survit pas à notre hiver.
Risque de transfert génique: Aucun. Le gène ne peut être transmis par le pollen à d'autres cultures de tabac ou d'autres espèces puisque le pollen ne renferme pas de chloroplastes. En outre, il n'existe pas d'espèces sauvages apparentées sexuellement compatibles au Canada.
Risque pour la santé humaine et animale: L'hormone de croissance humaine a des effets physiologiques puissants qui ne sont pas toujours bénéfiques ou prévus. Cette hormone est très prisée par l'industrie des nutraceutiques à cause de ses effets potentiels sur le vieillissement, mais elle a été impliquée dans la promotion de maladies comme le cancer. Les avantages ou inconvénients pour la santé de la somatotrophine obtenue dans des végétaux ne sont pas encore connus. Le tabac n'étant ni une culture vivrière ni une culture fourragère, le produit ne peut pas entrer dans l'approvisionnement alimentaire humain ou animal. Toutefois, il faudrait évaluer les effets sur la santé humaine que pourraient avoir les plants de tabac producteurs de somatotrophine chez les personnes qui font usage de tabac.
Risque pour l'environnement: Le tabac ne survit pas à l'hiver au Canada et ne peut pas persister comme mauvaise herbe. Les animaux sauvages font peu ou pas usage du tabac à des fins alimentaires. Toutefois, il faudrait évaluer l'impact d'une telle utilisation le cas échéant.
Classification: Ce système pourrait exiger un niveau de confinement physique minimal ou modéré avec ou sans isolement génétique.
5. Production d'un vaccin contre le cytomégalovirus humain (HCMV) dans des graines de tabac
L'Université d'Ottawa, la Société canadienne de la Croix-Rouge et Santé Canada collaborent à mettre au pont un vaccin purifié contre le HCMV. Le HCMV est un membre très répandu de la famille des herpèsvirus qui se transmet par le sang et d'autres liquides organiques. Le virus est responsable de maladies graves et même mortelles chez les sujets immunodéprimés. La glycoprotéine gB est une protéine de l'enveloppe du HCMV constituée de 907 acides aminés qui sera utilisée pour provoquer la formation d'anticorps protecteurs.
Analyse : Obtention de la glycoprotéine B du cytomégalovirus humain par agriculture moléculaire dans des graines de tabac
Ampleur de la production: Modeste.
Mesures de protection: La production expérimentale initiale a été limitée à des installations de production protégées. Les premières graines ont été obtenues dans une installation de recherche protégée, et la multiplication des semences et la production expérimentale ont été réalisées dans une mine souterraine.
Risque de transfert génique: Comme les plants sont cultivés actuellement dans des installations physiquement protégées, il n'y a aucun risque de pollinisation d'autres cultures de tabac ou d'autres espèces. En outre, il n'existe pas d'espèces sauvages apparentées sexuellement compatibles au Canada.
Risque pour la santé humaine et animale: La glycoprotéine gB ne devrait pas présenter de menace directe à la santé humaine ou animale, mais comme toutes les substances destinées à la vaccination, elle fera l'objet d'essais cliniques normalisés pour en déterminer les effets néfastes éventuels sur la santé. Le tabac n'étant ni une culture vivrière ni une culture fourragère, le produit ne peut pas entrer dans l'approvisionnement alimentaire humain ou animal. Toutefois, il faudrait évaluer les effets sur la santé humaine que pourraient avoir les plants de tabac producteurs de glycoprotéine gB chez les personnes qui font usage de tabac.
Risque pour l'environnement: Aucun, étant donné que les plantes sont cultivées actuellement dans des installations physiquement protégées.
Classification: Ce système pourrait exiger un confinement physique minimal à modéré, avec ou sans isolement génétique.
Discussion des études de cas
Les exemples présentés indiquent les types d'activités d'agriculture moléculaire qui pourraient être réalisées au Canada au cours des prochaines années. Aucun des exemples ne décrit la production de substances qui pourraient être considérées comme dangereuses à court terme, et le choix de plateformes de production végétale appropriées réduit au minimum les effets sur la santé et l'environnement.
Dans le dernier exemple, la production initiale de graines et de plants dans des mines souterraines est en grande partie à titre de précaution. Dans d'autres cas, lorsque les effets éventuels sur la santé ou les exigences en matière de sécurité sont inconnus ou pourraient poser un problème, la production préliminaire dans des mines ou dans des installations hautement protégées constitue également une précaution logique et offre une sécurité contre une perturbation ou intrusion intentionnelle.
On ne possède pas d'exemples de l'utilisation d'espèces forestières ou aquatiques qui pourraient susciter davantage de préoccupations liées à l'environnement du fait de la possibilité d'une dissémination désordonnée des plantes elles-mêmes ou de leur croisement avec des espèces sauvages apparentées. Le développement d'arbres ou d'espèces ligneuses transgéniques qui pourraient être utilisés pour la production de biocarburants ou comme matières de charge de l'industrie chimique ne devrait pas constituer un problème à court terme. Des recherches sont en cours, toutefois, pour mettre au point des méthodes de régulation de la pollinisation transgénique chez les arbres.
On ne possède pas d'exemples de l'utilisation de virus modifiés servant à appliquer l'agriculture moléculaire chez des plantes infectées. La possibilité que des virus fonctionnels se propagent ou se recombinent avec d'autres virus est un problème évident. Une agriculture moléculaire faisant appel à des virus pouvant infecter librement des plantes devrait être limitée à des installations protégées et soumise à un confinement physique important, voire total. Si l'on peut démontrer que le virus en question est génétiquement modifié de façon à ce que la propagation d'une infection indésirable n'est pas possible, on pourra concevoir une installation moins protégée ou même une production en champ. De tels virus seraient introduits dans les plantes par inoculation mécanique des feuilles.
Il est peu probable que des organismes aquatiques soient envisagés pour une agriculture moléculaire non confinée compte tenu des difficultés d'empêcher leur dissémination dans le milieu. Il serait possible de cultiver des plantes, comme la lentille d'eau, pour produire des substances ne présentant pas de danger dans des étangs isolés. Il est possible de cultiver des algues mutantes auxotrophes dans des réservoirs externes ou des étangs spéciaux, mais la culture dans des installations protégées ou des fermenteurs serait plus appropriée.
Les intervenants voudront sans doute discuter d'un autre problème : la gestion des matières restantes dans l'installation de production après l'enlèvement des produits de l'agriculture moléculaire. Plus l'échelle de l'agriculture moléculaire sera grande, plus le problème posé par les résidus et les sous-produits sera important. On peut se poser des questions comme : peut-on utiliser le matériel résiduel après la transformation de graines pour alimenter les animaux? Si des tubercules de pomme de terre sont utilisés pour préparer des anticorps, l'amidon non utilisé peut-il par exemple être utilisé dans la fabrication du papier ou transformé en éthanol comme carburant ou alcool comestible? Encore là, l'utilisation des restes dépendra de la nature du risque associé au produit de l'agriculture moléculaire et de l'utilisation finale proposée.
En outre, la transformation de matières comme des semences et des tubercules pourra exiger l'utilisation de volumes considérables d'eau. L'élimination de cette eau usée sera un problème municipal local qui aura des répercussions environnementales si les eaux usées renferment une quantité plus ou moins grande du produit de l'agriculture moléculaire. Les municipalités devraient recevoir des directives de manière à ce que l'eau issue du procédé soit traitée de façon uniforme et ne représente pas un problème environnemental.
I. Discussion et recommandations
L'agriculture moléculaire est une industrie émergente qui se veut garante de nombreux avantages et possibilités, mais qui comporte également de nombreux écueils.
Pour que les consommateurs et l'industrie puissent profiter de l'agriculture moléculaire, il faut que tous les efforts soient déployés pour assurer la protection de l'environnement et de la santé humaine et animale et pour éviter les risques inutiles que présente le flux de gènes étrangers vers d'autres plantes. Il faut étudier à fond les problèmes liés à l'utilisation de cultures vivrières et fourragères et à leur séparation des produits agricoles. Lorsque le transfert de gènes par le pollen ne peut pas être complètement empêché, des processus d'évaluation doivent prévoir les effets éventuels sur la santé humaine ou animale ou l'environnement, et les activités commerciales et réglementaires doivent être structurées en conséquence.
L'organisme responsable de la réglementation des activités d'agriculture moléculaire végétale, comme en ce qui a trait à la dissémination d'autres VCN, pourrait être l'ACIA. L'ACIA réglemente actuellement les essais au champ de VCN en conditions confinées en vertu de la Directive de réglementation 2000-07 ainsi que la dissémination des VCN en milieu ouvert en vertu de la Directive de réglementation 94-08.
Les chercheurs doivent présentement obtenir de l'ACIA l'autorisation de mener des essais au champ en conditions confinées dans le cas de végétaux à caractères nouveaux (Directive de réglementation 2000-07). Le caractère visé dans de nombreuses applications d'agriculture moléculaire ne sera probablement pas familier et déclenchera une évaluation du risque. Une évaluation du risque pour l'environnement est déjà automatiquement effectuée par l'ACIA.
Santé Canada pourrait être appelé à fournir son aide dans la détermination des effets éventuels sur la santé humaine.
Les exigences relatives aux essais au champ à petite échelle ou a échelle modeste seront différentes dans le cas du développement d'un produit que dans le cas de cultures dotées de gènes liés aux intrants destinées à la production industrielle. La comparaison avec des cultivars témoins en ce qui a trait au rendement pourrait ne pas être pertinente, puisque les plantes élaborées pour l'agriculture moléculaire pourront ne pas être mises en circulation comme variétés homologuées. Toutefois, il faudra procéder à des essais de production au champ à petite échelle pour obtenir suffisamment de matériel permettant d'élaborer les méthodes industrielles d'extraction et de préparation nécessaires pour établir les bonnes pratiques de fabrication des produits finals. Les préoccupations liées à l'échappée éventuelle de pollen lors des essais de production au champ à petite échelle pourront être plus grandes s'il est possible que les produits de l'agriculture moléculaire présentent une menace pour la santé ou l'environnement. Il pourrait être nécessaire de prendre plus de précautions selon l'espèce et la nature du produit.
Dans le cas de certaines applications, il serait possible d'effectuer tous les travaux de développement initiaux du produit dans des serres. À l'heure actuelle, il n'existe aucune réglementation établie concernant la croissance de plantes transgéniques dans des serres en milieu confiné. Si des directives étaient élaborées à ce sujet, elles devraient en outre préciser les mesures à prendre dans les cas de l'agriculture moléculaire végétale.
Les activités d'agriculture moléculaire végétale pourraient ne pas se qualifier pour une dissémination en milieu ouvert en vertu de la Directive de réglementation 94-08. On pourrait plutôt les autoriser selon des conditions strictes basées sur la détermination du risque, principalement pour la santé humaine et animale et pour l'environnement. L'évaluation du risque serait fondée sur la nature du produit prévu, la culture devant servir d'hôte, l'ampleur de la production prévue et les mécanismes de confinement physique et d'isolement génétique utilisés. Les divers niveaux de production et de confinement présentés dans ce rapport pourront servir de point de départ d'une discussion sur une telle évaluation du risque.
Certaines activités d'agriculture moléculaire, comme la production dans des feuilles de tabac ou de luzerne pourraient permettre le fauchage ou la récolte avant la formation du pollen. Toutefois, il faut obtenir les semences qui seront utilisées pour ensemencer les champs de production. Il serait possible de procéder dans des serres dans le cas du tabac, mais pour les espèces qui font l'objet d'un ensemencement plus vaste, comme la luzerne et le maïs, la production en serre serait impraticable. La production des semences devrait être effectuée dans des conditions approuvées, même si les activités d'agriculture moléculaires finales sont davantage confinées physiquement ou isolées génétiquement.
Annexe A : Textes réglementaires
Les intervenants peuvent consulter les directives de réglementation existantes à ce sujet sur le site Web de l'Agence canadienne d'inspection des aliments à l'adresse: http://inspection.gc.ca/francais/plaveg/pbo/pntchaf.shtml.
ACIA
Directive 2000-07 (Dir2000-07): la Conduite d'essais au Champ en Conditions Confinées de Végétaux à Caractères Nouveaux au Canada
Directive de réglementation Dir94-08: Critères d'évaluation du risque environnemental associé aux végétaux à caractères nouveaux.
Directive de réglementation Dir95-03: Directive relative à l'évaluation des végétaux dotés de caractères nouveaux utilisés comme aliments du bétail.
Santé Canada
Lignes directrices relatives à l'évaluation de l'innocuité des aliments nouveaux :
Vol. I - Préambule et Schémas explicatifs des exigences relatives aux avis
Lignes directrices en matière de biosécurité en laboratoire
Annexe B : Médicaments biotechnologiques
La liste suivante donne des exemples de médicaments biotechnologique qui pourraient être obtenus par l'agriculture moléculaire (pas seulement chez des végétaux)
Biavalirudine - inhibiteur de la coagulation sanguine (thrombine)
Peptide T-20 - peptide de fusion anti-VIH
P-113 - peptide antimicrobien
alpha-1-Antitrypsine - fibrose kystique
Lipase stimulée par les sels biliaires - traitement des dysfonctionnements pancréatiques
Fibrinogène - utilisation avec les implants chirurgicaux
alpha-Glucuronidase humaine - maladie de Pompe
Lactoferrine humaine - liaison du fer - anémie
Protéine C humaine - (protéase sérique)
Hémoglobine, albumine sérique - sang artificiel
Agalsidase bêta - maladie de Fabry
Antithrombine humaine - rétablissement de la sensibilité à l'héparine
Molécules de bioadhésion
Relaxine humaine - sclérodermie
Peptide natriurétique de type B - insuffisance cardiaque décompressive
Aldurazyme - mucopolysaccharidose-1
Myostatine - croissance musculaire
Collagène humain
Facteur VIII humain - hémophilie
Érythropoïétine - anémie
Facteur de croissance épidermique - plaies
Facteur de stimulation des granulocytes et macrophages humain - neutropénie
Cytokines - interleukine 10 - maladie de Crohn, autres troubles intestinaux, rejet de greffe
Somatotrophine - croissance humaine, ostéoporose, anti-vieillissement
Anticorps thérapeutiques et diagnostiques
Antigènes de nombreux types à utiliser comme vaccins.
Annexe C - Mécanismes de régulation de la pollinisation
La régulation du développement du pollen chez les végétaux intéresse l'industrie des semences hybrides depuis longtemps. On a décrit un grand nombre de mécanismes moléculaires qui pourraient être envisagés pour réguler le développement du pollen ou pour limiter la persistance des plants transgéniques. Ce domaine est trop complexe pour être traité en détails dans ces pages. La plupart de ces données ne sont pas publiées dans des périodiques, mais on peut y avoir accès dans des brevets. Les parties intéressées pourront consulter les brevets représentatifs suivants (en anglais seulement).
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