D’ici à 2050, la production alimentaire devra augmenter de 60 % pour nourrir une population mondiale d’environ 9 milliards d’habitants. Un défi immense, d’autant plus difficile à atteindre dans un contexte de réchauffement climatique qui perturbe nos écosystèmes, les rendements agricoles et favorise la prolifération d’espèces d’insectes ravageurs. Pour faire face, la réduction de nos émissions de gaz à effet de serre pour limiter les impacts de ce réchauffement et l’adaptation en trouvant des solutions adéquates, sont les deux faces d’une même pièce. Mais comment repousser ces espèces nuisibles sans utiliser de produits agrochimiques qui contribuent encore un peu plus à alimenter le problème ? Depuis près d’un an, une équipe d’étudiants de l’INSA Lyon et de l’Université Claude Bernard travaillent d’arrache-pied pour mettre au point une solution écoresponsable appelée BIO Snare. Fin octobre, ils présenteront les résultats de leurs travaux lors de l’édition 2024 du grand concours international de biologie de synthèse iGEM (International Genetically Engineered Machine). Objectif : décrocher un titre. 

Les espèces nuisibles en pleine croissance 

En Europe comme ailleurs, depuis quelques décennies, l’effondrement des populations d’insectes est vertigineux. Dans certaines zones du globe comme en Allemagne, le déclin atteint près de 80 % pour la biomasse d’insectes volants entre 1989 et 2016 selon une étude¹ publiée en 2017. Dans le même temps, d’autres espèces nuisibles sont quant à elles en pleine croissance. Une prolifération favorisée par le réchauffement climatique avec des effets importants sur les rendements agricoles. Selon certaines études², le rendement global des cultures de blé, de maïs et de riz devrait diminuer de 10 % à 25 % pour chaque degré supplémentaire de réchauffement en raison des pertes causées par les insectes nuisibles. Pour faire face à cette problématique de taille, une urgence, réduire nos émissions de gaz à effet de serre pour limiter les impacts de ce réchauffement climatique, mais il est aussi nécessaire de s’adapter et trouver des nouvelles solutions pour éliminer ces nuisibles tout en protégeant les autres espèces dont celles menacées d’extinction et les pollinisateurs primordiaux pour l’équilibre de nos écosystèmes.

Une solution sans produits chimiques 

Plus aucun produit chimique. C’est ce que propose le dispositif BIO Snare, du même nom que l’équipe constituée il y a un an et composée de 16 étudiants du département Biotechnologies et Bioinformatique l’INSA Lyon et de l’Université Claude Bernard. BIO Snare, c’est « un patch collant et coloré, 100 % biosourcé, biodégradable et respectueux de l'environnement », comme l’indique son slogan. Comment ? En laissant la nature faire son travail ou presque : « On associe une bactérie qui produit naturellement de la cellulose en grande quantité et une levure génétiquement modifiée pour modifier cette cellulose et ainsi fabriquer un papier gluant capable de sélectionner les insectes », explique Marion Fiorucci, étudiante en 5ᵉ année du département Biotechnologies et Bioinformatique à l’INSA Lyon et membre de l’équipe BIO Snare.

L’équipe BIO Snare. Composée d’étudiants du département Biotechnologies et Bioinformatique de l’INSA Lyon et de l’Université Claude Bernard, en biochimie et biotechnologie,
en bioinformatique et modélisation, mais aussi en microbiologie, cancérologie, ingénierie de la santé, santé publique et biologie moléculaire et cellulaire. Crédits : Graines d’image.

Au début du projet, l’équipe embrasse un objectif ambitieux qui répond à une problématique locale : limiter la prolifération du moucheron asiatique ou drosophile du cerisier (Drosophila suzukii), un ravageur apparu en 2009 en France. Ce moucheron est redoutable, en particulier pour les framboises et les cerises dont le bassin lyonnais et reconnu comme le premier producteur. Selon les chiffres de l’AOP « Cerises de France » qui fédère plus de 600 producteurs français de cerises, la production des adhérents en 2023 a ainsi chuté de 35% par rapport à la moyenne des cinq années précédentes. « Placé directement sur les arbres, le patch attirera des insectes ciblés en fonction de sa couleur spécifique. Et il est complètement biodégradable, ce qui signifie qu'il se décompose naturellement sans laisser de résidus nocifs dans l'environnement », indique l’équipe à son lancement. « Nous avons finalement dû revoir notre projet, car il nous manquait un moyen de rendre notre piège sélectif pour que ce patch une fois installé n’attire que les insectes nuisibles. Aujourd’hui, on se concentre davantage sur la thématique domestique (magasins alimentaires) qu’agricole », détaille Marion Fiorucci. Ce piège serait par exemple très utile dans les rayons vrac des supermarchés et marchés BIO qui sont la cible de nombreux insectes comme les mites, entraînant beaucoup de gaspillage. 

Décrocher la lune 

Du 23 au 26 octobre prochain, l’équipe de Bio Snare a rendez-vous pour la finale du grand concours IGEM. Créée il y a 20 ans, il s’agit de la plus grande compétition internationale de biologie de synthèse. Elle regroupe chaque année plus de 350 équipes issues des meilleures universités du monde pour repousser les limites de la biologie afin de répondre aux enjeux contemporains. « Nous sommes très fiers d’avoir pu établir les preuves de notre concept et de présenter nos travaux lors de cette finale. C’est la concrétisation d’un an de travail que nous avons réalisé, en plus de mener nos études, nous avons tout géré de A à Z, l’administratif, le financier, la communication, les liens avec les partenaires. C’est une expérience scientifique et humaine très enrichissante », insiste Marion Fiorucci de l’INSA Lyon. 

Accompagnée par le laboratoire MAP (microbiologie, adaptation et pathogène) et soutenue financièrement notamment par la Fondation INSA de Lyon et la société bioMérieux, l’équipe attend avec impatience ce moment : « gagner nous ouvrira forcément des portes, mais nous verrons après la finale si l’idée de monter une startup est viable et si des débouchés industriels sont possibles. Il reste encore du travail et de la recherche, mais on a déjà pris contact avec des entreprises qui sont intéressées », conclut Marion Fiorucci. En attendant de décrocher la lune, l’équipe peut compter sur sa bonne étoile, Agnès Rodrigue, maître de conférences au sein du département Biotechnologies et Bioinformatique de l’INSA Lyon qui a déjà reçu la médaille des « Distinctions scientifiques » de l’INSA Lyon pour les récompenses obtenues lors de la compétition IGEM de 2022. 

[1] More than 75 percent decline over 27 years in total flying insect biomass in protected areas. Plos One - 2017

[2] Increase in crop losses to insect pests in a warming climate. Science - 2018
 

Equipe la plus récompensée lors de la plus grande compétition internationale étudiante en biologie de synthèse, le concours iGEM, FIAT LUX a tout raflé : 2^e place générale au concours dans la catégorie undergraduate ; sélectionnée parmi les 7 meilleures équipes sur les 370 participantes ; élue meilleur projet dans le domaine de la nutrition et de l’alimentation ; meilleur hardware ; meilleur assemblage de pièces d’ADN ; meilleure présentation au public ; meilleur site internet et meilleure vulgarisation… 
Pourquoi un tel engouement ? Leur nouvel outil de suivi de bactéries phytopathogènes basé sur la luminescence, permet de mieux comprendre les infections de plantes en temps réel sans méthodes intrusives.

Pendant près d’un an, quatorze élèves-ingénieurs du département biosciences de l’INSA Lyon et une étudiante de l’Université Lyon 1, ont travaillé à rendre des bactéries luminescentes afin de visualiser en direct leur développement sur les plantes. Si l’objectif initial était de participer au concours international, au gré des rencontres et des expérimentations, les étudiants sont allés jusqu’à développer un système clé en main : l’outil FIAT LUX. 

 
Annonce de la deuxième place du classement général du concours
dans la catégorie undergraduated (sur 180 équipes) - Paris Expo Porte de Versailles

"Repousser les limites de la biologie de synthèse pour construire des systèmes biologiques capables de faire face aux défis du quotidien" constitue la ligne directrice de la compétition iGEM¹. Créée par le MIT, elle rassemble chaque année des étudiants du monde entier pour faire avancer la recherche sur les biotechnologies. Lorsque l’équipe lyonnaise se forme en novembre 2021, c'est d'abord pour « participer à la recherche de solutions alternatives et avoir un impact positif sur le monde agricole », introduit Mathilde Cecchi, en 5^e année du parcours biochimie et biotechnologies. « Notre projet était de permettre une meilleure compréhension de l’infection des plantes par des bactéries. Nous espérions pouvoir observer ces pathogènes directement grâce à leur luminescence. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur le travail précédent d’une équipe qui s’était appliquée à développer un outil de bioluminescence. » 

C’est ainsi qu’une partie de l’équipe entame le travail de génétique. À partir d’une pièce d’ADN provenant d’une bactérie vivant dans les fonds marins, le Photorhabdus luminescens, elle réussit à faire briller leurs bactéries phytopathogènes en les transformant par un assemblage de séquences génétiques spécifiques. Les travaux se concentrent principalement sur deux types de bactéries, les E. coli et les Dickeya solani. « Rendre nos bactéries luminescentes a été le plus long du travail. Nous avons dû fragmenter ce qui existait déjà dans la nature pour le reconstruire, avec le risque que les organismes ne soient plus viables. D’ailleurs, c’est ce qui a été le plus difficile : comme nous faisions quelque chose d’inédit, lorsque ça ne fonctionnait pas, nous ne pouvions pas savoir si c’était dû à nos transformations ou aux conditions dans lesquelles nous les effectuions », indique Théo Mathieu, en 4^e année de biosciences.

Ainsi, les étudiants se transforment en apprentis chercheurs, construisant, déconstruisant, reconstruisant. Jusqu’au moment, un jour d’été : « par miracle, nous avions parmi nos colonies de bactéries transformées, une seule qui faisait vraiment beaucoup plus de lumière. On l’a prise en photo avec un smartphone en exposition longue et on a pu observer son comportement en suivant les traces dessinées par sa lumière. Il ne nous restait plus qu’à peaufiner l’outil génétique pour être sûr que la luminescence ne modifiait pas son comportement initial », ajoute Mathilde.

En parallèle, une autre partie de l’équipe est chargée de comprendre le contexte dans lequel la future innovation peut évoluer. « Nous voulions nous inscrire dans la réalité et vérifier comment notre projet allait impacter le monde agricole. Pour que les professionnels soient en mesure de s’emparer de nos outils, nous sommes allés à la rencontre d’acteurs de la filière. Nous avons ainsi compris les besoins et les challenges des agriculteurs, rencontrés des entreprises agro-alimentaires, le ministère de l’agriculture... Plus on avançait dans ces rencontres, plus elles se spécifiaient sur la bactérie Dickeya solani, qui attaque les tubercules de pommes de terre. C’est celle que nous avons utilisée pour notre preuve de concept », explique Élise Piette. 

Sur les paillasses du laboratoire MAP² mises à disposition de l’équipe, les échanges entre étudiants, techniciens et chercheurs élargissent les contours du projet. D’abord avec la conception d’un équipement pour observer le comportement des bactéries, puis la création d’un logiciel d’analyse d’images. « Une fois l’outil génétique fonctionnel, nous avons dû concevoir un hardware pour pouvoir observer le comportement des bactéries luminescentes. Concrètement, c’est une petite chambre noire couplée à une caméra pilotée qui permet de récolter des données précises », ajoute Madeleine Bourseul. « Puis, en discutant avec les biologistes du labo, nous avons remarqué que les possibilités ouvertes par la luminescence n’étaient pas forcément connues. Il n’existait pas de logiciel d’analyse de la luminescence simple, alors nous avons décidé d’en créer un. Nous l’avons imaginé pour les chercheurs avec qui nous étions en contact mais il est aujourd’hui en open source et facilement améliorable », ajoute l’étudiante.

L’open source, c’est le principe qui anime le challenge iGEM. La connaissance créée par les étudiants de l’INSA Lyon et de l’Université Lyon 1 est ainsi accessible aux prochaines équipes et à tous les chercheurs du monde. Pour l’heure, les quinze étudiants ne comptent pas s’arrêter là. Si certains membres poursuivent l’aventure en stage pour en faire un protocole standardisé, tous ont envie d’étendre le champ des possibles. « Nous avons envie de voir si les travaux peuvent aller plus loin, avec une publication scientifique notamment. Nous voudrions faire en sorte que les retombées du projet dépassent le cadre du concours, pour aller sur le terrain », confie l’équipe.

Au terme de cette année d’aventures scientifiques, les étudiants ne retiennent pas seulement leurs capacités à réaliser des prouesses techniques, mais l’importance de la curiosité et du partage. « Nous avons su aller chercher de l’aide un peu partout et s’auto-former sur des sujets très précis selon nos envies personnelles. Par exemple, nous avons reçu de l’aide d’un étudiant de génie mécanique pour construire notre hardware ; nous avons été coachés par le responsable de la section théâtre-études ; et notre contenu graphique a même été réalisé par une diplômée de l’INSA Lyon ! », ajoute Théo. « Au-delà de la magie de cette synergie pluridisciplinaire, il y a un enrichissement personnel qui dépasse toute récompense : le partage des sciences et la richesse des rencontres », conclut Madeleine.

 
L’équipe FIAT LUX au complet

[1] International Genetically Engineered Machine Competition
[2] Microbiologie Adaptation Pathogénie (INSA Lyon/CNRS/Lyon 1/UdL)

Avec une nouvelle médaille d’or, le prix « Information processing », le prix « Meilleur design appliqué » et des nominations dans 6 autres catégories, l’équipe iGEM INSA-UPS se positionne dans le top 5 des 173 équipes « undergraduate » !

Son sujet 2017 : la détection et traitement du choléra dans l’eau contaminée

Cette année, l’équipe composée d’étudiants INSA Toulouse, de l’Université Paul Sabatier et de l’INSA Lyon s’est engagée dans la lutte contre le choléra. Cette maladie due à la bactérie Vibrio choleræ se manifeste par une infection intestinale aiguë, provoquant des milliers de décès chaque année. Elle se propage de façon épidémique par la contamination de l’eau, notamment dans les pays en voie de développement, victimes de catastrophes naturelles ou de conflits (comme actuellement au Yémen).

Les très beaux résultats du projet témoignent de la capacité de l’équipe iGEM 2017 à répondre aux exigeants critères de la compétition internationale. La qualité du travail effectué a été soulignée par 8 nominations à des prix spéciaux, dans les catégories suivantes :

• Meilleur projet dans la catégorie "Information Processing"
• Meilleur site web
• Meilleure présentation
• Meilleur design appliqué
• Meilleur engagement public
• Meilleur intégration d'expertises dans le projet (Integrated Human Practice)
• Meilleure nouvelle séquence d'ADN
• Meilleure démarche entrepreneuriale

Deux trophées ont ensuite été remportés, pour le meilleur projet dans la catégorie « Information Processing » et pour le « Meilleur design appliqué », ainsi qu’une médaille.

Ces deux prix rejoignent le prix « Best Measurement » obtenu en 2014. Cette équipe française multi-établissement rassemble toutes les forces du double éco-système national/local à travers un partenariat entre 2 écoles du Groupe INSA et l’Université Toulouse III Paul Sabatier. L’équipe INSA-UPS a ainsi réussi le tour de force de se hisser à la quatrième place sur 173 équipes en compétition qui représentent les meilleures écoles et universités du monde. C'est un résultat remarquable tant l’équipe fait office de « Petit Poucet » en comparaison d'autres grosses écuries aux moyens humains et financiers bien supérieurs. L’équipe se plaçant également en tête des équipes françaises, ce résultat souligne la qualité de la formation et de la recherche sur Toulouse et à l’INSA Lyon dans le domaine de la biologie moléculaire et des biotechnologies.

Plus d’informations :

• http://2017.igem.org/Giant_Jamboree
• http://2017.igem.org/Results
• http://2017.igem.org/Team:INSA-UPS_France

iGEM Toulouse :

• Facebook : https://www.facebook.com/IGEM-Toulouse-1604834019761538/
• Twitter : @iGEM_Toulouse 

C’est une première dans l’aventure iGEM, des étudiants de l’INSA Toulouse et de l’université Toulouse III – Paul Sabatier sont rejoints par deux étudiants de l’INSA Lyon pour participer à ce concours international de biologie synthétique, de brillante renommée.

Boston est dans le viseur pour les INSA de Toulouse et Lyon, qui unissent pour la première fois leurs forces dans le concours iGEM (international Genetically Engineered Machine). Les deux écoles ont déjà brillé par le passé dans cette compétition incontournable de la biologie de synthèse et espèrent décrocher une fois de plus une médaille d’or. L’heure est au développement de leur projet : détecter et tuer la bactérie du choléra dans l’eau contaminée.

« Nous nous sommes engagés dans cette lutte qui fait encore rage dans certaines parties du monde, comme actuellement au Yémen. Le choléra touche sévèrement des pays où la saison des pluies, qui revient chaque année, inonde les points d’eau environnants, permettant une recrudescence de l’épidémie en favorisant la prolifération des bactéries vecteurs de la maladie » explique Margaux Poulalier Delavelle, étudiante en 4^e année au département Biochimie et Biotechnologie de l’INSA Lyon.

Avant d’aller plus loin dans leur projet scientifique, les étudiants ont échangé avec Médecins Sans Frontières pour affiner le champ d’action.

« MSF intervient déjà aux premiers symptômes de la maladie en installant immédiatement un camp dans les zones touchées et en traitant les populations. Mais nous, nous nous orientons vers les localisations difficiles d’accès, les villages isolés par exemple, parce que les personnes qui ne survivent pas au choléra sont souvent celles qui sont trop éloignées des centres de soins » précise Margaux.

Comment détecter et traiter le choléra dans l’eau contaminée ?
Pour pouvoir détecter le choléra, l’équipe iGEM 2017 planche donc sur un système élaboré de biologie de synthèse permettant de modifier une bactérie non pathogène, appelée Vibrio harveyi, pour la rendre capable de détecter la bactérie qui cause le choléra, appelée, elle, Vibrio cholerae.

« Ce message de détection pourra ensuite être transmis à une levure Pichia pastoris, qui produit des peptides anti-microbiens issus du crocodile, sous forme de message moléculaire. L’épidémie pourra ainsi être mieux détectée et traitée » complète Margaux.

Pour développer ce projet, l’équipe INSA iGEM 2017 peut compter sur l’aide du Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés basé à l’INSA Toulouse, qui l’accueille tout au long du développement du projet, et sur l’encadrement de huit enseignants-chercheurs.

« Nous sommes très heureux de vivre cette expérience ensemble, et notre mélange avec des INSA Toulouse ainsi que des étudiants de l’université Toulouse III - Paul Sabatier nous apporte beaucoup car nous pouvons compléter nos connaissances en biologie. Nous allons apprendre beaucoup les uns des autres » ajoute Margaux, qui précise que, hormis la médaille d’or en ligne de mire, l’équipe souhaite se distinguer sur d’autres champs de compétences, comme l’entrepreneuriat et la responsabilité sociétale.

L’équipe d’étudiants de l’INSA Lyon a placé la barre très haut cette année. Avec son projet de diagnostic rapide des infections sexuellement transmissibles, elle a raflé de nombreuses récompenses au concours international de biologie de synthèse iGEM, dont le prix du meilleur projet diagnostic. Retour sur une fabuleuse aventure.

« Après trois jours de compétition, notre équipe a remporté une médaille d’or et a été distinguée par cinq nominations pour des prix spéciaux : Best Model, Best Software Tool, Best Applied Design, Best Integrated Human Practices et Best Education and Public Engagement. Pour la première fois depuis son engagement en 2010 dans cette compétition mondiale qui réunit les meilleures universités du monde, l’équipe INSA-Lyon a remporté le prix spécial du Meilleur Projet Diagnostic, dans la catégorie des moins de 23 ans, et face à 300 équipes en compétition ! »

Gianina Ungurean est aux anges. Elève-ingénieure INSA Lyon au département Biosciences et Biochimie, et responsable de la communication du projet, elle fait partie de l’aventure iGEM 2016. Après 3 jours passés à Boston dans une ambiance de folie, elle a pu, avec toute son équipe, monter sur le podium d’un concours mondialement reconnu.

« On s’est préparé toute l’année pour vivre ce moment et c’est extrêmement valorisant pour nous d’avoir obtenu autant de distinctions ! Nous avons concouru avec un projet qui répond à un phénomène de société, auquel ont cru beaucoup de gens et nous sommes fiers d’avoir abouti »

précise Gianina. L’équipe candidate, composée d’étudiants issus de divers départements de l’INSA Lyon et de la filière Arts Appliqués Design de Produits de La Martinière Diderot, a pu bénéficier tout au long de sa préparation de l’encadrement d’enseignants-chercheurs aux compétences complémentaires : sciences humaines et sociales, chimie, biochimie, génie génétique ou encore théâtre. Elle a aussi profité d’un formidable atout : la plate-forme de chimie et biologie de synthèse installée sur le campus de l’INSA Lyon.

L'équipe INSA Lyon progresse d'année en année dans la conquête des titres de noblesse iGEM grâce à un soutien financier sans faille de son partenaire bioMérieux, engagé depuis 2010 au travers de la Fondation INSA.

L’école sera représentée à l’édition prochaine pour, une fois de plus, porter haut les couleurs françaises de la biologie de synthèse outre-Atlantique.

Plus d’information : 

• Le projet
• Le concours iGEM 2016
• L'équipe INSA ADN Concept Club