Transition verte : Comment l’agriculture peut-elle être le moteur des solutions au changement climatique ?
Il est largement reconnu que nous devons faire évoluer nos économies d’énergie vers un état plus vert et plus durable. Cela ne sera possible que grâce au développement de technologies innovantes et, en tant qu’élément de l’économie de marché, à la mise en place d’un système de gestion de l’énergie. rapport récent de la Fondation pour les technologies de l’information et l’innovation (ITIF), tenter de forcer la transition verte par des réglementations gouvernementales, des subventions et des exhortations ne fonctionnera pas. La réalité économique est que les technologies d’énergie propre doivent atteindre la parité prix/performance avec l’énergie sale (P3).
Pourtant, la plupart des recommandations en matière de politique climatique ignorent ce qui pourrait bien être la source la plus prometteuse d’innovations permettant d’atteindre la parité prix/performance : la biologie. Nous l’avons dit avantmais cela mérite d’être répété : roman applications de la biologie synthétique ont potentiel considérable de réduire les émissions de carbone solutions aux défis climatiques. C’est une évidence pour les biomédecinemais pour diverses raisons, ce n’est pas le cas dans d’autres domaines.
Il est utile de rappeler que le fondement de toutes les économies humaines est l’agriculture. Seule l’agriculture fournit de manière fiable un surplus de production alimentaire suffisant pour permettre la spécialisation et, par conséquent, la création d’emplois. civilisation. Et l’agriculture dépend en fin de compte de la capacité des plantes à transformer la lumière du soleil en nourriture…photosynthèse. Cette processus n’est ni simple ni particulièrement efficace, et le différents types-C3, C4, Cam- fonctionnent mieux dans des conditions différentes. Mais il est généralement admis que l’efficacité théorique maximale de la photosynthèse telle que nous la connaissons est d’environ 11 %.
Nous pouvons améliorer sur ce point. La photosynthèse comporte de nombreuses étapes individuelles, comme l’illustre le diagramme ci-dessous, tiré d’une étude sur la photosynthèse. article de recherche par Yu Wang et ses collègues pour l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Chaque flèche de cette figure indique une réaction chimique, et chaque réaction est exécutée par une enzyme, une protéine codée par l’ADN des plantes. Grâce aux méthodes modernes d’édition et d’ingénierie génétiques, chaque enzyme/étape/flèche offre des possibilités de manipulation et d’adaptation. d’amélioration.
Les progrès réalisés par les équipes de recherche au cours des dernières années ont permis de comprendre la chimie de la photosynthèse à un niveau de détail si fin qu’il est possible d’en tirer des leçons pour l’avenir. manipuler les réactions individuelles pour les améliorer est à notre portée. Les chercheurs peuvent désormais concevoir de nombreuses façons différentes de modifier les séquences d’ADN codant pour ces enzymes afin qu’elles fonctionnent mieux, améliorant ainsi l’efficacité de la photosynthèse et donc la productivité de la plante.
La faculté de médecine de Harvard Silver Lab étudie une myriade de formes de l’enzyme la plus importante de la photosynthèse (RuBisCO) afin d’identifier les plus efficaces. Celles-ci pourraient alors être installées dans une usine pour la rendre plus productive. La chercheuse principale Pam Silver travaille également avec Dan Nocera à Harvard pour incorporer des enzymes RuBisCO améliorées dans sa plateforme synthétique afin de produire une enzyme RuBisCO de qualité supérieure. feuille artificielleLa feuille artificielle est un système qui peut faire fonctionner la photosynthèse sur une puce de silicium avec un rendement (dans des conditions de laboratoire) atteignant 80 %. D’autres équipes de recherche adoptent des approches différentes avec des résultats tout aussi prometteurs.
Mais dans un domaine marqué par de brillantes innovations comme celles-ci, la plus ambitieuse est peut-être l’approche adoptée par Tobias Erb de l’Institut Max Planck. Son équipe a étudié des populations de microbes et d’extrêmophiles du monde entier afin de découvrir le plus grand nombre possible de variations étranges et inhabituelles du métabolisme photosynthétique. Erb et son équipe s’appuient sur la compréhension du fonctionnement détaillé de ces chimies pour élaborer une approche combinant leurs aspects les plus efficaces afin de produire une nouvelle voie photosynthétique supérieure. Le potentiel de cette approche est énorme.
Les biocarburants, c’est-à-dire l’énergie de la biomasse, semblent également avoir un potentiel important et direct pour nous aider à nous sevrer des combustibles fossiles. Si les audits de cycle de vie ont mis en lumière un compliqué et ambivalent réalitéet casting doute sur certaines des affirmations concernant l’atteinte ou l’approximation de P3, il reste un potentiel évident. Quel que soit l’état actuel des choses, il ne fait aucun doute que les progrès réalisés dans le domaine de la photosynthèse pourraient améliorer les aspects économiques et pratiques des biocarburants.
Les chercheurs modifient la biologie pour améliorer les plantes, les microbes et les animaux dans d’autres domaines également. Déchets alimentaires est également un problème important et une opportunité à saisir. Les différentes façons dont les aliments peuvent être perdus entre la ferme et l’assiette se combinent pour éliminer près de la moitié de ce qui est produit. De meilleures méthodes de production, emballageLe conditionnement, la distribution et la préparation peuvent tous réduire ces pertes, fournissant au capital d’investissement de nombreux avantages. riches opportunités.
Julie Gray à l’Université de Sheffield, manipule le métabolisme des plantes afin de réduire la consommation d’eau en modifiant le métabolisme de l’eau. nombre de stomates-Les stomates sont les pores des feuilles des plantes par lesquels elles échangent de l’oxygène, du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau avec l’environnement. Pam Ronald de l’Université de Californie à Davis travaille à l’allongement de la durée de survie des plantes. immergées dans les eaux de crue. De telles modifications pourraient réduire les émissions de gaz à effet de serre tout en améliorant la productivité de l’agriculture. riz (ou d’autres plantes) en réduisant le besoin d’irrigation et en améliorant la capacité des plantes à faire face à l’excès d’une bonne chose. Il en résulte une augmentation de la productivité et de l’efficacité, qui sont toutes deux indispensables.
Mary Lidstrom de l’université de Washington capture le méthane de l’air – un gaz à effet de serre (GES) jusqu’à 80 fois plus puissant que le CO2 – en utilisant un type de bactérie connu sous le nom de méthanotrophes aérobies.. Les producteurs laitiers sont de l’eau. pour réduire les émissions de méthane, tandis que les éleveurs de bétail sélectionnant pour les troupeaux laitiers dont le tube digestif héberge une faune microbienne produisant beaucoup moins de méthane. L’une ou l’autre de ces approches permettrait de réduire considérablement, voire d’éliminer, les gaz à effet de serre émis par le bétail.
L’explosion de l’utilisation d’engrais azotés synthétiques au cours du siècle dernier, rendue possible uniquement grâce à l’aide de l’Union européenne, n’a pas eu d’impact sur l’environnement. chimie de synthèsea inondé les microbes du sol d’une superfluité d’azote sans précédent. Ils réagissent à cette surabondance déséquilibrée par des réactions biologiques (nitrification) qui produisent de puissants gaz à effet de serre (oxyde nitreux). Lisa Stein (Université de l’Alberta) développe des inhibiteurs pour réduire ces émissions.
Société Forest Biotech FuturaGene (société mère Suzano SA, Brésil) se concentre sur l’utilisation d’approches génétiques modernes pour améliorer durablement les plantations d’arbres forestiers renouvelables. L’objectif est d’accroître la disponibilité du bois pour toutes ses utilisations et d’augmenter le potentiel des arbres en tant qu’agents de capture et de séquestration du carbone. L’un des principaux effets secondaires serait de favoriser la biodiversité en réduisant les pressions exercées sur les forêts indigènes.
Projet VestaLe projet Vesta, conçu par Ken Nealson, professeur émérite de l’USC, utilise des microbes (sélectionnés et modifiés) pour accélérer le processus de production de l’énergie solaire. naturel processus géologique d’altération des minéraux silicatés et carbonatés en tant que méthode d’absorption du CO2 l’abaissement de la nappe phréatique. Les taux naturels de ces réactions d’altération sont très lents, mais le projet Vesta développe des catalyseurs microbiens vivants qui améliorent considérablement le taux de cette altération. Les travaux préliminaires ont montré une ou plusieurs améliorations importantes de la vitesse, et le projet est maintenant prêt à commencer le criblage et l’ingénierie génétique des microbes pour maximiser la ou les vitesses auxquelles ils accélèrent l’altération des silicates. Après la mise à l’échelle, Vesta prévoit environ 5 millions de tonnes d’élimination du carbone par an avec les partenaires fournisseurs actuels, et il y a suffisamment de réserves minérales et de résidus miniers pour dépasser le niveau de la gigatonne en moins d’une décennie. Leur approche englobera l’amélioration des minéraux côtiers, terrestres (sol) et d’eau douce, et comprendra des systèmes basés sur des réacteurs et des systèmes in situ. À elle seule, cette approche pourrait changer la donne.
Non seulement peu de gouvernements ont des politiques offrant le degré de soutien que des possibilités comme celles-ci justifient, mais beaucoup ont des politiques et des réglementations qui discriminent spécifiquement les innovations biologiques. Cela ne sert à rien. L’expérience a montré que les préoccupations initiales, qui visaient à l’origine à garantir la sécurité, n’étaient pas fondées. injustifiéeset il est maintenant clair que les cultures et le bétail modifiés et édités génétiquement le sont, si tant est qu’il y en ait, plus sûrs que leurs homologues élevés de manière conventionnelle. En outre, l’opinion publique que ces réglementations étaient censées apaiser a clairement décalé. L’Union européenne et ses membres états (actuels et ancien) ont proposé des modifications aux règlements existants pour y remédier, mais elles sont largement perçues comme étant des mesures d’urgence. insuffisantes. Mais malgré l’albatros injustifié que ces réglementations ont placé autour du cou des technologies d’amélioration des semences, elles ont déjà donné des résultats. d’énormes avantages au niveau mondial. Il existe une répandue. et l’impatience croissante de libérer ces technologies et d’exploiter les avantages qu’elles recèlent.
Les investissements dans la recherche agricole fondamentale de la recherche agricole de basequi a historiquement produit des retours sur investissement d’au moins 10:1, et qui, dans le cadre d’un programme d’aide à la création d’entreprise, est en train de se développer. la plupart des comptes plus proche de 20:1. Malgré cela, le soutien des pouvoirs publics n’a cessé de diminuer depuis des décennies. Il s’agit d’une tendance à l’égoïsme suggère doit être immédiatement et catégoriquement annulée.
Que doivent faire les gouvernements pour remédier à cette situation ? L’administration Biden a pris louable étapes de la dans la bonne direction avec de nouveaux programmes concrets pour renforcer la biofabrication. Mais réformes réglementaires produiront des bénéfices importants à des coûts très faibles et devraient être une priorité absolue. Les antécédents historiques cités ci-dessus plaident aussi fortement en faveur d’une augmentation substantielle du soutien à la recherche biologique fondamentale dans tous les domaines.
La grande disponibilité et le faible coût de la lumière solaire confèrent aux biotechnologies un énorme avantage sur la voie de la parité prix/performance. C’est la voie à suivre.
Val Giddings est titulaire d’un doctorat en génétique et en biologie évolutive de l’université d’Hawaï. Il est également président-directeur général de PrometheusAB, Inc. et chercheur principal à la Fondation pour les technologies de l’information et l’innovation. Vous pouvez suivre Val sur X @prometheusgreen
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