L’industrie chimique n’a pas encore développé d’appétit pour la biocatalyse, selon une enquête

La plupart des laboratoires industriels, notamment dans le secteur pharmaceutique, n’utilisent pas systématiquement la biocatalyse. C’est le principal message à retenir d’une enquête menée auprès de hauts dirigeants d’entreprises de chimie fine. Elle a identifié le manque d’éducation appropriée au niveau universitaire et le manque d’infrastructures disponibles comme les principaux obstacles aux entreprises utilisant la biocatalyse et la catalyse chimioézymatique.

La biocatalyse diffère de la catalyse traditionnelle dans la mesure où elle utilise des enzymes isolées, ou parfois des cellules entières, pour initier, diriger et accélérer des réactions chimiques, généralement dans l’eau. Alors que Frances Arnold a remporté 50 % du prix Nobel de chimie 2018 pour ses travaux sur l’évolution dirigée, la prise de conscience de la manière dont la modification génétique peut optimiser les enzymes et en créer de nouvelles a contribué à faire progresser ce domaine. De plus, la biocatalyse s’est révélée supérieure à la chimiocatalyse en termes de capacité à produire sélectivement des molécules énantiomériquement pures en utilisant uniquement de l’eau comme milieu réactionnel, générant ainsi un flux de déchets inoffensifs. D’autres développements permettant d’effectuer la chimiocatalyse dans l’eau signifient que les processus chimiocatalytiques et biocatalytiques peuvent désormais être combinés en milieu aqueux et réalisés dans un seul récipient de réaction. En maximisant l’efficacité et en minimisant les déchets, les avantages écologiques et financiers de la réalisation de tels processus dans l’eau sont largement reconnus par les membres des laboratoires universitaires et industriels.

Alors pourquoi l’industrie met-elle autant de temps à adopter des procédés biocatalytiques ? C’est ce que Fabrice Gallou de Novartis Pharma en Suisse, Harald Gröger de l’Université de Bielefeld en Allemagne et Bruce Lipzhutz de l’Université de Californie à Santa Barbara aux États-Unis ont entrepris de découvrir.

Le trio a posé une enquête contenant trois questions ouvertes à plus de 40 représentants de l’industrie, notamment ceux travaillant dans des organisations pharmaceutiques, alimentaires et de parfumerie, des entreprises spécialisées dans les produits agrochimiques ainsi que des organismes de recherche sous contrat et des organisations de fabrication sous contrat. Ils garantissaient l’anonymat pour encourager des réponses franches ; 28 personnes ont répondu.

L’enquête a identifié de nombreuses raisons expliquant l’attitude réticente de l’industrie à l’égard de la biocatalyse et de la catalyse chimioenzymatique, mais la sensibilisation, le temps, les coûts et les ressources sont apparus comme des thèmes dominants.

«Je ne l’ai jamais appris», dit Gröger. «En tant que chimiste organique classique, j’ai été formé pour ne pas utiliser d’eau et j’ai été formé pour ne pas utiliser d’enzymes.» La biologie ne fait généralement pas partie des programmes universitaires pour ceux qui se spécialisent en chimie organique. « Si les gens ne le font pas au niveau universitaire, ils ne l’appliqueront pas à l’industrie », ajoute Gröger.

Les limites stratégiques et techniques comprenaient le manque d’infrastructure existante, nécessitant d’importants investissements initiaux, ainsi que des préoccupations concernant les performances, le temps nécessaire pour développer les nouveaux processus et l’incompatibilité avec les systèmes existants. Ces obstacles risquent d’être particulièrement insurmontables pour les petites ou moyennes entreprises.

« J’y vois aussi un aspect culturel », commente Gallou. « Il est très rare que les deux communautés (chimiocatalyse et biocatalyse) s’ouvrent mutuellement sur ce qui se passe dans leur monde. Ils travaillent toujours en exclusivité, alors qu’ils devraient travailler main dans la main. Plusieurs réponses à l’enquête ont souligné la perception selon laquelle la biocatalyse et la chimiocatalyse restent incompatibles car cette dernière se déroule toujours principalement dans des solvants organiques plutôt que dans l’eau.

Lipshutz a été surpris par les résultats : « Soyons réalistes, nous avons un peloton qui semble offrir des opportunités fantastiques. Nous avons reçu un prix Nobel en 2018. Je m’attendais à ce que tout le monde s’y mette, et en fait, c’était tout le contraire. Et même si le domaine ne s’est pas développé aussi rapidement qu’ils l’imaginaient, Gallou, Gröger et Lipzhutz restent optimistes quant aux opportunités qu’il présente.

L’inventeur du facteur électronique Roger Sheldon, qui occupe des postes à l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas et à l’Université de Witwatersrand en Afrique du Sud, est moins surpris par les résultats de l’enquête mais tout aussi optimiste quant aux changements à venir. «Les industries pharmaceutique et de chimie fine sont plutôt lentes à s’adapter à la nouveauté. Aujourd’hui, la plupart des gens ne réalisent probablement pas qu’avant les années 1990, l’industrie pharmaceutique et de chimie fine n’utilisait pas de procédés catalytiques. Ils utilisaient des procédés très insatisfaisants utilisant de grandes quantités de réactifs stœchiométriques, conduisant à d’énormes quantités de déchets.»

Sheldon affirme que les idées fausses entourant le prix élevé et la disponibilité limitée des enzymes restent une préoccupation pour ceux qui travaillent dans l’industrie qui ne sont pas au courant des progrès récents. «Avec la révolution génomique, nous disposons désormais de beaucoup plus d’enzymes, et grâce aux tests à haut débit, vous pouvez très facilement trouver une nouvelle enzyme que personne n’a jamais vue auparavant.»