Les Productions Agricoles et le Bios au Prochain Millenaire

Pierre Feillet
Chef de Departement de Technologie
des Glucides et des Proteines, I.N.R.A. de Montpellier
France

Si la satisfaction de ses besoins alimentaires a toujours ete l’une des preoccupations essentielles de l’humanite, le contexte dans lequel les hommes doivent resoudre ce probleme a considerablement evolue au cours des siecles.

L’agriculture doit satisfaire la demande regulierement croissante d’une population qui estimee a 30 millions d’habitants il y a 2000 ans et 250 millions apres l’apparition de l’agriculture, a atteint 1 milliard en 1850, 2 milliards en 1930, 4 milliards en 1975 et devrait depasser les 8 milliards apres 2015.

L’homme du troisieme millenaire se nourriraeteil mieux que ses ancetres? Trouveraeteil les nutriments et les calories necessaires, non seulement a sa survie mais egalement a son activite physique et intellectuelle? Pourraeteil ase surer la demande de plus en plus importante des grandes metropoles dont la croissance ne semble pas prete de s’ arreter? Les aliments consommes satisfaironteils ses exigences legitimes pour une nourriture lui garantissant la sante (apport equilibre de calories, de proteines, de vitamines et autres oligoelements), la securite (absence de produits toxiques et pathogenes), la satisfaction (ou le plaisir) de manger et lui apportant les nombreux services devant lui faciliter l’achat, la conservation et la preparation des aliments?

En bref l’agriculture fourniraeteelle les matieres de base necessaires a nos aliments? Les industries alimentaires ma?triseronteelles les procedes de transformation?

Telles sont quelques unes des questions que peuvent se poser ceux qui s’interrogent sur ce que sera la qualite de la vie des decennies a venir.

C’est au regard de la poussee scientifique et technique, notamment celle des biotechnologies, que l’on s’efforcera d’apporter quelques elements de reponse, a moins que ce ne soit de nouvelles interrogations! Le debat ne sera ouvert ni

sur le plan economique, ni sur le plan politique (bien que ce soit a ce niveau que se situe aujourd’hui l’essentiel des problemes a resoudre pour assurer l’alimentation de tous les hommes) puisque celuieci sera aborde par d’autres conferenciers.

Cet expose comprendra trois parties: apres avoir rappele ce que sont les biotechnologies on examinera successivement, a l’aide d’un petit nombre d’exemples, quels sont leurs impacts potentiels sur les productions vegetales, animales puis sur la transformation des aliments.

I. Les Biotechnologies

La biotechnologie tire partie des proprietes des microorganismes (bacteries, levures, champignons), des cellules animales et vegetales, des organismes et constituants cellulaires et notamment des enzymes pour mettre au point des technologies qui contribuent au developpement de l’agriculture, de l’industrie et de la protection de l’environnement.

Dans le processus d’innovation qui part de la decourverte scientifique en biologie jusqu’L la mise au point sur le marche d’un produit ou d’un service, et quelque soit le domaine concerne, il est possible d’identifier quatre etapes principales:

– la connaissance des fonctions biologiques

– l’identification et l’amelioration des outils biologiques

– le developpement des technologies d’accompagnement

– les biotechnologies proprement dites ou mise en oeuvre des fonctions biologiques (figure 1).

Figure 1: La filiere biologique.

Les biotechnologies s’appuient sur trois proprietes specifiques du monde vivant: la reproduction conforme, c’est a dire la capacite des microorganismes et des cellules animales ou vegetales a se reproduire identiques a eux memes; la reconnaissance du non soi, propriete dont l’immunologie a fait son domaine d’etude est qui se traduit par la capacite des etres vivants a identifier, caracteriser et combattre toute molecule qui leur est etrangere; la catalyse enzymatique, mecanisme par le quel des reactions chimiques tres complexes sont catalysees de maniere specifique, a faible temperature et en consommant peu d’energie.

Les outils biologiques mis en oeuvre pour exprimer l’une ou l’autre de ces trois fonctions sont multiples. Ce sont des microorganismes tels que les bacteries, les levures ou les champignons; des cellules animales ou vegetales, systemes uniccellulaires isoles d’organismes pluricellulaires beaucoup plus complexes que les microorganismes; des enzymes extraites de tissus animaux ou vegetaux ou fabriquees dans des fermenteurs par des micoorganismes; des anticorps, proteines capables de reconna?tre sans erreur et de maniere specifique certaines substances etrangeres.

Ces outils biologiques ne peuvent etre mis en oeuvre qu’au sein d’un ensemble complexe e une machine outil e qui ne pourra etre correctement imagine et construit qu’en faisant appel a des technologies d’origine non biologique qualifiees de technologies d’accompagnement: le genie chimique, l’electronique, la science des materiaux et des capteurs, l’informatique sont autant de discipline sans lesquelles les biotechnologies ne sauraient exister.

Au sein des biotechnologies, enfin, les outils biologiques e naturels ou ameliores par genie genetique ou ingenierie enzymatique e pourront exprimer les fonctions biologiques rappelees plus haut. La mise en oeuvre de fermenteurs permet de faire travailler les microorganismes, les cellules animales et les cellules vegetales; les enzymes et les anticorps sont utilises dans des systemes continus ou discontinus a l’etat libre ou fixe sur des supports.

II. L’ Agriculture

Durant les quarante dernieres annees l’agriculture a ete transformee par la mise a la disposition des agriculteurs:

a. d’un materiel vegetal et animal plus performant issu de l’activite des selectionneurs et des progres de la biologie.

b. d’engrais, de pesticides (herbicides, fongicides, insecticides), de vaccins et de medicaments decourverts et fabriques par l’industrie chimique.

Ces progres ont permis d’accro?tre et de regulariser les rendements, de diversifier les zones de production et d’adapter la composition des recoltes aux besoins des utilisateurs, industriels et consommateurs.

Les biotechnologies contribuent a l’amelioration de la productivite et de la valeur d’utilisation des produits de l’agriculture en apportant de nouveaux outils aux geneticiens et aux agriculteurs dans leur travail d’amelioration des especes par modification de l’information genetique des planetes et des animaux, en diversifiant les procedes de dissemination de celleeci ainsi qu’en optimisant son expression dans le milieu oT elle est placee.

On sait que le travail du selectionneur est d’autant plus efficace qu’il peut disposer d’un grand reservoir de genes ou puiser les nouvelles fonctions qu’il veut introduire dans les plantes ou les animaux; de methodes rapides et efficaces d’introduction de ces genes; de procedes peu coeteux de triage des individus dans lesquels ces genes ont pe etre introduits et exprimes. En complement des techniques classiques de la selection les biotechnologies aident puissamment a la realisation de ces objectifs en diversifiant les procedes de modification du genome et en multipliant le nombre et la nature des genes utilisables.

Les plantes et les animaux transformes par `genie genetique’ sont encore confines pour quelques temps sans doute dans les laboratoires. Les progres des dernieres annees sont neanmoins si rapides que toutes les analyses strategiques convergent pour conclure a un impact considerable de ces transformations sur l’agriculture au cours des prochaines annees. Mais les premieres applications du genie genetique a la production animale ou vegetale se limiteront encore longtemps a la modification de la composition en proteines (et donc, en particulier, en hormones et en enzymes), produits directs de l’expression des genes.

Le Secteur Vegetal

Donnons quelques exemples touchant le regne vegetal:

a. le glyphosate est une molecule fabriquee par l’industrie chimique afin de lutter contre les mauvaises herbes. Il peut etre, bien ser, nocif pour les plantes cultivees. Comme la plupart des herbicides il agit en bloquant le site actif d’une enzyme essentielle au metabolisme de la plante.

Pour rendre une plante resistante on peut agir sur la sensibiite de cette enzyme aux herbicides, sur sa production ou encore sur l’inactivation du compose toxique. La premiere et la deuxieme des strategies peuvent etre mises en oeuvre lorsque l’enzyme cible de l’herbicide est connue. La troisieme approche s’appuie sur la recherche puis le clTnage dans la plante d’enzymes degradant l’herbicide. Il est clair qu’en cas de succes de ces travaux les semences ainsi transformees (et les herbicides correspondants) recevront un accueil particulierement favorable des agriculteurs.

On citera a titre d’exemple les travaux de la firme Monsanto qui a reussi la creation de varietes de petunia (plante se pretant particulierement bien, ainsi que le tabac, aux transformations genetiques) tolerantes au glyphosate. Comparativement a des plantes temoins et apres pulverisation d’herbicides, les plantes transformees conservent toute leur vigueur.

b. Des strategies equivalentes ont ete mises en oeuvre pour introduire dans les plantes des proteines conferant une resistance a des agents pathogenes. Les resultats les plus probants sont issus de travaux ayant porte sur la bacterie `bacillus thuringiensis’.

Cette bacterie est l’un des agents pathogenes le mieux connu et le plus utilise dans la lutte biologique. Elle permet de combattre selectivement les lepidopteres defiolateurs s’attaquant aux grandes cultures, aux arbres fruitiers et aux forets. Son agent actif est une proteine toxique (ou toxine) qu’elle synthetise lors de sa sporulation.

Le gene codant pour cette toxine a peu etre transfere et exprime dans le tabac. Les cellules ou il s’exprime contiennent une quantite suffisante de toxine pour assurer leur “autodefense” contre les attaques de lepidopteres. Comme dans le cas du petunias et du glyphosate, on observe que les plantes de tabac transformees demeurent sains apres attaques par des insectes alors que les plantes temoins deperissent.

c. Dans un tout autre domaine les recherches entreprises sur les cereales meritent d’etre soulignees.

Les grains de cereales (ble, riz, ma?s, sorgho) contiennent de 8 a 15% de proteines. Celles du ble possedent la propriete unique dans le monde vegetal de s’agglomerer lorsque les farines provenant du grain sont hydratees, formant un reseau viscoelastique conferant a la pLte de ble tendre la capacite d’etre transforme (en presence de levures et apres cuisson) en pain. Les proteines des autres cereales ne possedent pas cette propriete.

Les tous derniers travaux des equipes specialisees ont montre qu’il etait aujourd’hui possible d’envisager de modifier la composition proteique des cereales par genie genetique. Par exemple, des recherches sont entreprises a l’Universite du Texas A & M pour modifier la composition proteique du sorgho avec l’espoir, a long ou tres long terme, de conferer a ces proteines des proprietes similaires a celles du ble. En cas de succes le sorgho pourrait devenir une cereale panifiable.

Il n’est sans doute pas necessaire d’insister sur les consequences potentielles de tels travaux sur les industries alimentaires des pays en voie de developpement ainsi que sur le commerce international des grains.

Le Secteur Animal

La conservation et l’utilisation du sperme d’animaux domestiques ne sont pas nouvelles: elles ont commence des 1946 par l’insemination artificielle des vaches. Par contre les transferts d’embryons, dont les premiers essais reussis remontent a 1972 aux EtatseUnis, n’ont commence a conna?tre un certain developpement qu’au cours des dernieres annees avec la mise au point de procedes de conservation par congelation et de techniques non chirurgicales de prelevement associees a l’emploi d’hormones.

L’espece chez laquelle la transplantation est la plus pratiquee est le bovin. Le choix des donneurs est particulierement important; il repose sur leur superiorite genetique et leur capacite de reproduction: croissance, conformation et developpement, fecondite production laitiere, qualite de la viande.

Les avantages de la congelation sont multiples: possibilites de transplantae tion a la date et dans le lieu souhaite, aide a l’evaluation et a la connaissance du materiel genetique, creation de banques de genes.

Ces techniques ont vu leur interet accru avec la mise au point de procedes permettant de predeterminer les sexes (methodes basees sur la detection de l’antigene HeY) dont l’interet est de permettre d’orienter un elevage vers la production de viande ou de lait. Ces techniques se pretent egalement aux manipulations genetiques et a la creation d’animaux transgeniques (c’est a dire dans lesquels des genes d’autres especes ont ete introduits) comme cela est dejL realise chez les vegetaux.

La mise en oeuvre de ces techniques est freine par le coet de l’operation. On estime neanmoins a plusieurs millions de dollars le chiffre d’affaire actuel de cette activite et a 500.000 le nombre de transferts d’embryons qui seront realises en 1990.

III. Production d’Aliments

Les industries alimentaires sont sollicitees pour repondre a la demande quotidienne d’une population de plus en plus urbaine et donc eloignee des lieux de production, et pour contribuer au developpement des echanges internationaux lies a l’inegale distribution des ressources vivrieres dans le monde. La securite alimentaire de notre societe depend ainsi, non seulement de son aptitute a produire, mais egalement de celle a stocker, transporter, transformer et distribuer des tonnages considerables d’aliments dont les qualites organoleptiques, nutritionnelles et hygieniques doient toujours davantage garanties. Par ailleurs l’evolution des modes de vie des etats les plus developpes concourt a favoriser l’alimentation collective et une demande nouvelle pour les aliments rapides a preparer.

Cette evolution n’est possible qu’au prix d’un effort considerable pour mieux conna?tre l’ensemble des processus physicochimiques et les evolutions biologiques intervenant au cours de la transformation des produits vegetaux et animaux en aliments. Dans cette quete permanente pour une meilleure alimentation, les microorganismes et les enzymes ont toujours ete des auxiliaires essentiels, et tres longtemps anonymes, de l’homme: le pain, la bierre, le vin ou le fromage sont le resultat de la transformation biologique, partielle ou totale, et plus ou moins controlee de la farine, de l’orge, du raisin ou du lait.

L’un des champs d’action des biotechnologies dans les industries alimentaires est donc d’assurer une meilleure ma?trise et une amelioration des procedes traditionnels de fabrication des aliments. Mais la biotechnologie est aussi source de nouveaux procedes de transformation ouvrant la voie a une large diversification des matieres premieres destinees aux industries alie mentaires: produits sucrants a base de cereales, proteines d’organismes unicellulaires, acides amines.

Les industries alimentaires ont ainsi dejL vecu deux revolutions biotechnologiques: celle reussie de la transformation de l’amidon en sucres (en 1985 plus de 45% des produits sucrants utilises aux EtatseUnis provenaient du ma?s alors que le saccharose (betterave ou canne a sucre) comptait pour moins de 50%); celle avortee de la fabrication de proteines (qui ne se rapelle les proteines dites de `petrole’) par fermentation.

De tous ces procedes on se limitera, a titre d’exemple, aux possibilites de fractionner les matieres premieres de l’agriculture en leurs constituants elementaires que sont les proteines, les amidons et les sucres, et les lipides. On sait fabriquer ce que l’on appelle des isolats ou des concentrats proteiques (contenant respectivement environ 90 ou 70% de proteines) a partir de plantes proteagineuses: soja, pois, tournesol ou colza. Leurs proprietes fonctionnelles (c’est a dire leur capacite a donner une certaine texture aux aliments) ont ete modifiees par des traitements chimiques, thermiques ou mecaniques de maniere a permettre leur utilisation comme substitut de viandes ou de poissons avec ajout eventuel de colorant et d’aromatisant. C’est ainsi que les chercheurs du Centre de Nantes de l’Institut National de la Recherche Agronomique de Nantes en France arrivent a fabriquer des quiches, des beignets de poisson ou du boeuf bourguignon que ne contiennent ni viande ni poisson. Tous produits qui presentent les meilleures garanties sur le plan hygienique et nutritionnel et que sont fabriques a partir de proteines dont le coet de production est sensiblement inferieur aux proteines animales.

Un autre avantage, et non le moindre au sein d’un degat sur la capacite pour l’agriculture de nourrir les hommes au cours des prochaines decennies, est que ces technologies courcicuitent la `machine animale’, machine dont le rendement est particulierement mauvais (Tableau 1), en permettant a l’homme de consommer les proteines vegetales.

Tableau 1: Bilan des ressources mondiales en proteines (millions de tonnes)

Conclusion

Si les premieres etudes prospectives sur l’impact des biotechnologies avaient mis un accent presque exclusif sur la pharmacie et la medecine il en est differemment en 1987. L’agriculture et les industries alimentaires ont capte l’attention des `biotechnologues’ et sont maintenant jugees particulierement concernees par la revolution biologique de la fin de XXeme siecle. Enjeu strategique pour les semences, par leur impact sur l’agriculture; enjeu financier pour les industries alimentaires.

Aujourd’hui et globalement l’agriculture mondiale est capable de fournir les aliments necessaires a la totalite de l’humanite. Par contre certaines regions souffrent d’une malnutrition chronique que les pays surproducteurs n’arrivent pas a faire dispara?tre pour des raisons plus economiques et politiques que techniques.

A quoi donc peuteil servir d’accro?tre la production a l’hectare des plantes vivrieres si les surplus ainsi engranges ne peuvent etre redistribues vers ceux qui souffrent de la faim?

Vu qu’il n’appara?t par clairement comment cette redistribution de nutriments se fera mieux demain qu’aujourd’hui, il faut donc esperer que les biotechnologies permettront aux pays qui en ont le plus besoin de produire sur place leurs propres aliments. En ce domaine l’apport le plus probable de la poussee biologique sera la creation de nouvelles varietes davantage resistantes aux conditions particulierement defavorables que rencontre l’agriculture des pays tropicaux: secherresse, parasites, predateurs. La vaccination generalisee pourra etre d’un grand secours a l’elevage regulierement decime par les maladies.

Mais il doit etre tout a fait clair que ces progres ne seront d’aucune utilite si ils ne sont pas accompagnes d’un effort considerable d’une part d’education et de formation, d’autre part d’amelioration des capacites de transports et de stockage.

On doit egalement se demander le benefice que tireront les agriculteurs des pays developpes de `l’effort biotechnologique’ dans l’agriculture. En seronteils beneficiares? Non sans doute, si ils se contentent d’etre de simples prestataires de service ma?trisant mal les produits que les grandes entreprises multie nationales mettront a leur dispositon. Oui, au contraire s’ ils se transforment en chef d’entreprise gerant au mieux les entrants et les sortants de ce qui deviendrait ainsi progressivement une industrie de production comme une autre.

Pour le consommateur, enfin, l’evolution technologique que parcourt aujourd’hui les industries alimentaires ne pourra qu’accompagner les modifications sociologiques de nos habitudes alimentaires: destructuration des repas, cuisine rapide et mieux equilibree, souci de proteger sa sante.

Ce qu’il faut souhaiter c’est qu’L l’image du fran?ais Nicolas Appert qui, inventeur de la conserve au debut du 19eme siecle, s’etait associe au

gastronome Grimod de la Reyniere pour veiller a la qualite gustative des produits issus du fruit de ses recherches et les industriels ne fassent pas perdre a la table les plaisirs qui lui sont dus et contribuent en liaison avec les producteurs agricoles a maintenir sain l’homme sain.