Le projet IDEALG pour développer en France la filière des macroalgues marines

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1 IBI 12-1 Août 2012 Source : ALEOR Le projet IDEALG pour développer en France la filière des macroalgues marines Sommaire 1. Introduction 1. Introduction 2. Projet IDEALG 3. Organisation du projet IDEALG 4. Exemples d actions pilotes d IDEALG réalisées depuis Synthèse 6. Partenaires et expertises La France se positionne au 9 e rang mondial dans la production d algues. Cette biomasse est principalement récoltée au large des côtes bretonnes à partir de populations naturelles (70 à tonnes), contrairement à la ressource mondiale qui est, elle, à 95 % issue de l aquaculture. L exploitation de la biomasse macroalgale en France apparaît très limitée quantitativement en comparaison des 16 millions de tonnes fraîches produites dans le monde (0.5 %). Toutefois, cette ressource représente 425 millions d, soit 5.5 % de la valeur économique mondiale (8 Mds d ). Cette publication a été réalisée dans le cadre du projet Mer-Veille Collaboration Québec-France en biotechnologies et ingrédients marins Québec Collaborateurs : France

2 1. Introduction Donc, l exploitation des algues en France concerne plutôt des produits à haute valeur ajoutée. En effet, il existe un tissu très riche de petites et moyennes entreprises, pour l essentiel localisées en Bretagne, qui valorisent les extraits de grandes algues marines pour des usages cosmétiques, agricoles et/ou alimentaires. Néanmoins, très peu ont recours aux outils biotechnologiques, tels que le criblage à moyen ou haut débit, les analyses moléculaires, le génie génétique et les systèmes de production in vitro. Ces outils permettraient une marge de progression notable de la production des macroalgues, mais également des produits à haute valeur ajoutée, afin de rendre cette ressource plus compétitive sur le marché international. 2. Projet IDEALG Le projet IDEALG a pour objectif de diversifier le potentiel valorisable des algues en faisant appel à des outils biotechnologiques de pointe pour développer une aquaculture durable des algues et leurs utilisations. L exploitation des algues pour des fins industrielles diverses (matériaux, chimie industrielle, cosmétologie, énergie, etc.) mettra en jeu des quantités de biomasses significatives et/ou des procédés de production innovants. Ainsi, la volonté de développer la filière passera par une phase d étude approfondie des pressions potentielles sur l environnement, des impacts sociétaux et des retours économiques, et ce, afin de pouvoir guider au mieux cette filière vers une voie de développement durable (Figure 1). Figure 1. Projet IDEALG Produits de valorisation (chimie, matériaux, aliments...) Récolte et Algoculture Filière DURABLE Impacts (société, économie, environnement) 2 Les objectifs du projet IDEALG se focalisent sur 5 points distincts : Développer les outils génétiques et biotechnologiques pour étudier la diversité des algues locales et les organismes associés. Explorer les fractions valorisables de ces algues selon un procédé de bioraffinerie. Promouvoir l algoculture et les biotechnologies associées. Évaluer les impacts environnementaux, sociétaux et économiques susceptibles d émerger au cours du développement de la filière de la récolte des algues. Accélérer le transfert de technologies par la mise en place d une plateforme de collaboration et de concertation entre parties prenantes, industriels et scientifiques. Produit dans le cadre du projet Mer-Veille

3 2. Projet IDEALG Le projet IDEALG fait partie des 5 projets sélectionnés au sein de l appel à projets «Investissements d Avenir» français «Biotechnologies et bio-ressources» de Le projet est doté d un financement de 10 millions d euros sur 10 ans à répartir auprès de l ensemble du partenariat IDEALG. L objectif est de développer en France la filière des macroalgues marines et des micro-organismes associés. Responsable : Philippe Potin, directeur de recherche à la Station biologique de Roscoff (CNRS-UPMC). 18 partenaires autour de cette thématique des macroalgues 13 partenaires institutionnels Région Laboratoire végétaux marins et biomolécules de la Station biologique de Roscoff (CNRS-UPMC) Laboratoire adaptation et diversité en milieu marin de la Station biologique de Roscoff (CNRS-UPMC) Services d infrastructures de la Station biologique de Roscoff (CNRS) Université européenne de la Bretagne (UEB) Université de Bretagne occidentale (AMURE UBO) Université de Bretagne Sud (UBS) Université de Nantes École de chimie ENSC Laboratoire DYLISS de l IRISA (Institut de recherche en rmatique et systèmes aléatoires) INRA IFREMER Agrocampus CEVA Roscoff Roscoff Roscoff Rennes Brest Lorient Nantes Rennes Université de Rennes Narbonne Brest Rennes Pleubian 3 5 partenaires industriels Région Behzin Rosko C-WEED France Haliotis ALEOR DuPont Danisco Roscoff Saint-Malo Plouguerneau Lézardrieux Landerneau

4 3. Organisation du projet IDEALG Le projet IDEALG est organisé en différentes tâches de travail orientées vers 10 modules de travail (Tableau 1). Tableau 1. Description des modules de travail d IDEALG Module 1 Mise en œuvre d une plateforme virtuelle pour l intégration des études «omiques» issues des algues Développement d outils et la production de données dites «omiques» à partir de la mise en œuvre d approches de génomique au sens large, dont le séquençage de nouveaux génomes de macroalgues et l établissement d approches postgénomique vers l intégration des données dans des approches de modélisation du métabolisme et de la biologie des macroalgues. Module 2 Reproduction des algues et ressources génétiques Développer de nouvelles approches génétiques, notamment pour accélérer l amélioration chez des algues à cycles de vie complexes et la domestication de certaines espèces, comme la disponibilité de nombreux marqueurs moléculaires, ainsi que de nouvelles connaissances sur les phénomènes d héritabilité qui pourront accroître l efficacité et la précision de l amélioration des cultures d algues. Le développement de la génétique quantitative et la sélection variétale assistée par marqueurs seront possibles par ces nouvelles approches. En outre, la génomique des populations pourrait à terme aider à l exploitation des ressources génétiques ainsi que dans le développement de la génétique d association. 4 Module 3 Interactions biotiques, adaptation et acclimatation des algues Comprendre la complexité des interactions des algues avec les organismes qui leur sont étroitement associés, notamment les micro-organismes associés qui contribuent à leur dégradation ou qui provoquent des maladies dans les cultures, à travers des approches métagénomiques. Module 4 Analyse intégrative du métabolisme des algues Établissement d une bibliothèque de molécules identifiées dans les espèces cibles d IDEALG et compréhension des voies métaboliques correspondantes. L intégration de toutes les technologies en «omique» vers la biologie des systèmes fournira une vision exhaustive des métabolismes primaires et spécifiques des trois lignées d algues qui profitera à des domaines variés de l industrie, y compris les utilisations traditionnelles des algues dans l industrie des colloïdes et des entreprises de biotechnologie et de plusieurs PME impliquées dans la promotion du développement de l aquaculture d algues et de nouveaux usages des algues alimentaires. Module 5 Production, analyse et utilisation des enzymes et protéines ayant un potentiel biotechnologique Caractérisation fonctionnelle de nouvelles enzymes, provenant des algues ou de leurs micro-organismes associés, pour la préparation d oligosaccharides et de polysaccharides sur mesure et d autres molécules bioactives pour soutenir la coopération avec la R&D de plusieurs entreprises. Une partie de cette connaissance appliquée conduira à développer de nouvelles connaissances sur la bioconversion de la biomasse algale, à sélectionner de nouveaux micro-organismes et à développer des approches d ingénierie moléculaire dans ce domaine.

5 3. Organisation du projet IDEALG Module 6 Pratiques en aquaculture et technologies Obtention de nouvelles variétés et souches de macroalgues (hybrides de laminaires, souches à forte qualité nutritive, souches résistantes aux maladies et aux stress environnementaux, variétés à haut rendement de molécules d intérêt ou à forte potentialité énergétique. Établissement d écloseries et de systèmes de culture à terre en milieu clos pour des petites algues filamenteuses. Développement pilote de plusieurs projets de mariculture (systèmes intégrés avec des mollusques, aquaculture en pleine mer). Module 7 Chimie bleue appliquée : intermédiaires chimiques et produits des algues en chimie verte Obtention de nouvelles molécules ou fonctionnalités pour la découverte de bioactifs ou de bioprocédés. Module 8 Impacts environnemental, sociétal et économique Anticiper les impacts économiques, sociaux, environnementaux et éthiques de ces développements à l échelle des écosystèmes et des autres activités maritimes (y compris dans le cadre du plan de reconversion de certaines exploitations ostréicoles vers l aquaculture d algues adaptées aux différents bassins conchylicoles ou dans le contexte du développement des cultures associées aux parcs éoliens marins), les problèmes de conservation et de biosécurité et le cadre de la compétition pour l espace, et plus largement les ressources en eau et l impact des nouvelles technologies seront également traités. Module 9 Plateforme pour des projets industriels collaboratifs Mise en œuvre des plans technologiques en prenant en compte les réalisations, la propriété intellectuelle et les intentions des partenaires (individuels ou consortium). Transfert des connaissances de la biologie et des biotechnologies clés en transformations des algues en services et produits valorisables. Établir une interface de diffusion et de guidage avec l écosystème de l innovation. Développer les projets R&D auprès des PMEs ainsi que la formation des ingénieurs et techniciens dans la filière des algues (algoculture ). Créer des start-ups et/ou spin-off. 5 Module 10 Gestion du projet et questions éthiques Source : Laurence Dartevelle, Station Biologique Roscoff

6 4. Exemples d actions pilotes d IDEALG réalisées depuis 2012 IDEALG est un projet très large et il est difficile de présenter brièvement toutes les actions qui ont démarré depuis son lancement. Trois actions détaillées ci-dessous sont représentatives des grands axes de développement du projet à l horizon 2020, à savoir la poursuite des avancées de génomique sur les macroalgues, les développements des approches de génétique pour une algoculture durable, ainsi que la déclinaison des biotechnologies enzymatiques dans la valorisation des algues. Le génome d une macroalgue rouge (Module 1) Après celui de l algue brune filamenteuse Ectocarpus siliculosus (Cock et al., Nature, 465 : 617), un deuxième génome complet de macroalgues sera disponible en 2012 : il s agit de la petite mousse d Irlande, l algue rouge Chondrus crispus. Les algues rouges constituent un groupe d organismes assez méconnus, possédant une diversité métabolique et génomique certaine ; néanmoins, c est à partir de ces organismes que sont produits industriellement les carraghénanes, les agars et le nori. La communauté IDEALG, mais aussi tout un consortium de plus de 30 laboratoires à l international, n attend plus que la publication de ce génome prévue avant la fin de l année 2012 pour en exploiter toutes les potentialités en matière de biotechnologies et d applications des algues rouges. Pour plus d rmations, veuillez contacter Jonas Collén (collen@sb-roscoff.fr) ou Catherine Boyen (boyen@sb-roscoff.fr). 6 Exploiter toutes les ressources de la génétique pour une algoculture durable (Module 2) Le projet IDEALG vise à démontrer la faisabilité d exploiter la recherche en génomique et postgénomique dans la biotechnologie des macroalgues. Une action intensive en recherche fondamentale visera à générer de nouvelles ressources génomiques et de nouveaux outils pour améliorer la gestion de la bioressource d algues (domestication, marqueurs moléculaires, dissémination, phénomènes d héritabilité). Certains marqueurs génétiques sont déjà disponibles chez certaines espèces introduites en France, comme l algue brune japonaise Undaria pinnatifida. Cet outil est utilisé pour comprendre les relations entre les génotypes cultivés et les populations échappées des cultures afin de prévenir les risques de propagation. Ce modèle devrait aussi permettre de mesurer les risques de syndrome de domestication qui apparaissent lorsque l on met en culture à grande échelle une seule variété pour un trait agronomique donné. Pour plus d rmations, veuillez contacter Myriam Valero (valero@sb-roscoff.fr), Pierre Boudry (pierre.boudry@ifremer.fr) ou Frédérique Viard (viard@sb-roscoff.fr). Les biotechnologies blanches deviennent «bleues» pour exploiter les gènes venant de la mer (Modules 4 et 5) Après le succès de nombreux projets de génomique, les laboratoires de recherche sont confrontés à de nombreuses fonctions protéiques inconnues. Le prochain défi est donc d aller au-delà des analyses bio-rmatiques pour valider expérimentalement la fonction de ces protéines et découvrir de nouvelles fonctions encore inconnues provenant des macroalgues ou de leurs bactéries associées.

7 5. Synthèse Un exemple d action au sein d IDEALG est l exploitation du génome d Ectocarpus valorisé sous le brevet CNRS : Delage L., Meslet Cladière L., Potin P., Goulitquer S., 2011, «Utilisation de polyketide synthases de type lll (PKS lll) recombinantes d algues brunes marines», Brevet N Dépôt/publication , date de dépôt 29/09/2011. La protéine PKS III recombinante et surexprimée décrite dans ce brevet est capable de synthétiser du phloroglucinol et d autres composés phénoliques à finalité commerciale. Des travaux approfondis de biologie structurale et de mutagénèse dirigée devraient conduire à la mise en place de nouvelles voies d ingénierie de ces protéines pour produire des molécules sans passer par la production de biomasse. Pour plus d rmations, veuillez contacter Philippe Potin (potin@sb-roscoff.fr) ou Ludovic Delage (delage@sb-roscoff.fr). Source : C-Weed Aquaculture Récolte des longues lignes de cultures de l algue brune Undaria pinnatifida (Wakame) près de Saint-Malo par l entreprise C-Weed Aquaculture. L entreprise produit plusieurs dizaines de tonnes fraîches de cette algue chaque année pour des besoins d alimentation humaine. Le Wakame est une espèce domestiquée en Asie, ce qui a permis le transfert de ces technologies de cultures en France et en Espagne, mais son statut d algue invasive amène les producteurs à se tourner vers d autres productions locales Synthèse Au final, la montée en puissance des biotechnologies marines est incontournable dans le secteur des macroalgues. Pour dynamiser la filière, un effort d intégration doit être opéré, et le projet IDEALG se propose de regrouper largement les acteurs qui partagent cette vision d un changement d échelle dans les approches. Dans le cadre du programme «Investissements d avenir», divers projets ont été retenus sur le territoire national avec pour objectifs de maintenir la France en tête de la recherche en biologie et écologie marines. Le développement des bioressources marines se fera à travers le projet Oceanomics, qui vise à exploiter la biodiversité et les ressources métagénomiques planctoniques de l océan global, le projet «Greenstars», pour l exploitation des microalgues en bioénergies, et le projet EMBRC-France, pour l infrastructure en biologie marine sur le territoire français.

8 6. Partenaires et expertises Le projet IDEALG regroupe 18 partenaires, dont 5 sont représentés par des entreprises privées : UMR 7139 de la Station biologique de Roscoff (CNRS-UPMC), Végétaux marins et biomolécules Lien avec IDEALG : coordinateur scientifique du projet transfert de technologie. Compétences scientifiques : réaction de défense des algues, signalisation face aux pathogènes. Contact : Philippe Potin, potin@sb-roscoff.fr UMR 7144 de la Station biologique de Roscoff (CNRS-UPMC), Adaptation et diversité en milieu marin domestication et ressource génétique des algues. Compétences scientifiques : origine de la biodiversité et évolution des espèces. Contact : Myriam Valero, valero@sb-roscoff.fr Fédération de recherche (FR 2424) de la Station biologique de Roscoff (CNRS) plateformes analytiques et gestion de données. Compétences scientifiques : bio-rmatique et analyses métabolomes. Contact : Erwan Corre, corre@sb-roscoff.fr Université européenne de la Bretagne (UEB) Lien avec IDEALG : porteur administratif du projet. Compétences : gestion administrative, communication, soutien au coordinateur scientifique. Contact : Monique Ras, monique.ras@sb-roscoff.fr Université de Bretagne occidentale (AMURE UBO), Brest analyses sociale et de gouvernance liées à l algoculture. Compétences : analyse institutionnelle de la gestion des ressources marines. Contact : Katia Frangoudés, Katia.Frangoudes@univ-brest.fr Université de Bretagne Sud (UBS), Lorient interactions biotiques et bactéries associées aux algues. Compétences : biofilms bactériens, gènes bactériens et régulation de l expression. Contact : Alain Dufour, alain.dufour@univ-ubs.fr 8

9 6. Partenaires et expertises Université de Nantes ingénierie des enzymes, production d oligosaccharides. Compétences : ingénierie des protéines et évolution dirigée des enzymes. Contact : Charles Tellier, Charles.Tellier@univ-nantes.fr CEVA, Pleubian Lien avec IDEALG : partenaire technique, culture, produits chimiques et étude d impacts. Compétences : algoculture, chimie bleue et bioraffinerie des algues. Contact : Jean Francois Sassi, jean-francois.sassi@ceva.fr École de chimie ENSC, Rennes production et caractérisation de polysaccharides d algues. Compétences : assemblage supramoléculaire, biocatalyse et enzymologie. Contact : Thierry Benvegnu, thierry.benvegnu@ensc-rennes.fr Équipe DYLISS de l UMR 6074 de l IRISA, Rennes identification d enzymes clés dans les voies métaboliques. Compétences : dynamiques symboliques et modélisation des systèmes biologiques, analyse intégrative. Contact : Anne Siegel, anne.siegel@irisa.fr INRA, Narbonne analyse du cycle de vie de la filière des macroalgues. Compétences : bioraffinerie environnementale, ACV. Contact : Jean-Philippe Steyer, steyer@supagro.inra.fr IFREMER, Brest analyse des impacts socio-économiques. Compétences : gestion des ressources et revenus. Contact : Martial Laurans, Martial.Laurans@ifremer.fr Agrocampus, Rennes analyse économique de la filière des macroalgues. Compétences : transfert de résultats entre le secteur scientifique et halieutique. Contact : Marie Lesueur, marie.lesueur@agrocampus-ouest.fr Entreprise Behzin Rosko, Roscoff Lien avec IDEALG : partenaire privé, aquaculture des algues. Compétences : reproduction, phylogénie, génétique et développement des algues (Ectocarpus). Contact : Akira Peters, akirapeters@gmail.com Entreprise C-WEED, Saint-Malo Lien avec IDEALG : partenaire privé, aquaculture des algues. Compétences : algoculture. Contact : Jean François Arbonna, cweedaqua@wanadoo.fr Entreprise France Haliotis, Plouguerneau Lien avec IDEALG : partenaire privé, interaction ormeaux-algues, valorisation et défense. Compétences : élevage d ormeaux. Contact : Sylvain Huchette, sylvain.huchette@wanadoo.fr Entreprise ALEOR, Lézardrieux Lien avec IDEALG : partenaire privé, culture des algues en bioréacteurs et en mer. Compétences : algoculture. Contact : Olivier Bourtourault, olivier.bourtourault@aleor.eu Entreprise DuPont Danisco, Landerneau Lien avec IDEALG : partenaire privé, adaptation et acclimatation des algues. Compétences : extraction et production de phycocolloïdes algaux. Contact : Markus Klinger, markus.klinger@danisco.com 9

10 IBI 12-1 Août 2012 Reproduction non autorisée Direction et coordination : Line Méthot Directrice, Développement et partenariats CQVB line.methot@cqvb.qc.ca Rédaction : Philippe Potin Directeur de Recherches CNRS Station biologique de Roscoff philippe.potin@sb-roscoff.fr Collaborateurs : France Québec Ministère des Relations internationales Ministère du Développement économique, de l Innovation et de l Exportation Ministère de l'agriculture, des Pêcheries et de l'alimentation du Québec Délégation générale du Québec à Paris Cette publication s inscrit dans le cadre d une collaboration entre CBB Développement et le Consortium BioMar-Innovation. Le projet Mer-Veille : biotechnologies et ingrédients marins partenariat et veille stratégique a été soutenu par le ministère des Relations internationales du Québec et le ministère des Affaires étrangères et européennes de la République française (Consulat général de France à Québec), dans le cadre du Fonds franco-québécois pour la coopération décentralisée et du Service de coopération et d action culturelle du Consulat général de France à Québec.