(Bio)synthèse et étude des propriétés physico-chimiques et biologiques d’analogues du malate de sinapoyl: de nouvelles molécules anti-UV non-toxiques et biosourcées pour l’industrie cosmétique – SINAPUV

Ce projet public-privé se distingue des approches académiques et industrielles actuelles en ce qu'il proposait d'étudier simultanément (1) une stratégie de biologie synthétique pour l'ingénierie de microorganismes capables de produire des intermédiaires chimiques – les acides coumarique (AC), férulique (AF) et sinapique (AS) - à partir de sucres, (2) le développement des procédés intégrés de fermentation et de purification permettant la production des intermédiaires, (3) le développement de voies (chimio-)enzymatiques durables vers des analogues de malate de sinapoïle à partir des acides précédents (ou leurs dérivés), (3) l'étude de leurs propriétés spectrales/biologiques tant au niveau moléculaire que au niveau de la formulation, (4) la détermination de la toxicité des composés les plus prometteurs, et (4) une analyse du cycle de vie permettant d'identifier le(s) procédé(s) intégré(s) le(s) plus économique(s) et durable(s). A notre connaissance, une telle chaîne de valeur allant de la biomasse au composé actif final impliquant la biologie de synthèse, la microbiologie, le génie des procédés, la chimie verte, et l’étude des propriétés spectrales/biologiques/la toxicité restait inexplorée. La combinaison de toutes ces compétences au sein d'un même consortium public-privé présentait un fort potentiel de rupture car il proposait une approche intégrée pour accéder à de composés anti-UV plus sûrs et plus durables pour l'industrie cosmétique.

De nouvelles voies métaboliques permettant la biosynthèse de AC et AF ont été optimisées et insérées dans des microorganismes dont la mise en œuvre dans des procédés de fermentation couplés à de l’extraction en continue, a permis la production des acides avec des titres très prometteurs. A partir de ces derniers, et des aldéhydes correspondants, la production de nouvelles familles de molécules anti-UV (plus de 150 composés) via des procédés durables a été réalisée avec succès. Plusieurs candidats ont été identifiés par Givaudan et font aujourd’hui l’objet de derniers tests avant d’envisager leur commercialisation. D’autres grands acteurs de la cosmétique testent actuellement plusieurs molécules, élargissant ainsi davantage leur potentiel de commercialisation.

Les souches productrices d’AF, les nouvelles molécules anti-UV et les nouveaux procédés de synthèse durables associés ont tous fait l’objet d’un dépôt de brevet pour d’éventuelles cessions de licences dans le cas de leur exploitation industrielle et commerciale. Tout nouveau résultat scientifique a été publié dans des journaux scientifiques de premier quartile (Q1) et a fait l’objet de présentations dans le cadre de conférences scientifiques (inter)nationales, d’actes de vulgarisation auprès du grand public mais aussi de séminaires et colloques organisés par les industriels de la cosmétique.

L’approche multidisciplinaire développée dans le cadre de SINAPUV (biomasse -> synthons -> molécules anti-UV) a non seulement été validée au travers des nombreux brevets et de publications, mais devrait également déboucher sur la commercialisation de plusieurs des 150 analogues synthétisés dans le cadre du projet. Un autre atout majeur du projet réside dans le fait que cette approche pourra être déclinée à loisir pour tout autre molécule d’intérêt et tout autre marché. SINAPUV a ainsi fait la démonstration de la pertinence d’une approche intégrée multidisciplinaire dans le contexte de la bioraffinerie.

Cinq familles de brevets - couvrant les microorganismes et les voies métaboliques, ainsi que les molécules et leur procédé de synthèse – ont été déposés. une trentaine d'articles scientifiques ont été publiés et portent sur toutes les étapes de la chaine de valeur développée dans le cadre du projet : biologie de synthèse, fermentation et couplage à un procédé d’extraction, synthèses durables, détermination des propriétés physico-chimiques et biologiques de molécules anti-UV etc…

Les anti-UV est un immense marché dans l’industrie cosmétique du fait de leur capacité à nous protéger des dommages du soleil. Malheureusement, ils sont aujourd’hui décriés à cause de leur allergénicité et de leur toxicité vis-à-vis du système endocrinien de l’Homme et de la faune sauvage; les remplacer est donc une question de santé publique et de préservation environnementale. De plus, de par leur origine pétrolière, leur prix est extrêmement fluctuant, et leur dégradabilité limitée dans la Nature. Il existe donc aujourd’hui une forte demande industrielle et sociétale pour des technologies de pointe permettant la production d'alternatives renouvelables et plus sûres.

Ceci nécessite de lever plusieurs verrous: (1) il faut des matières premières naturelles à faible coût et en quantité, (3) les anti-UV doivent avoir d’autres activités biologiques car l'autorisation de mise sur le marché des composés présentant uniquement des propriétés anti-UV est un processus long et couteux, (4) les molécules doivent être non toxiques pour les consommateurs et respectueuses de l'environnement, (5) les molécules doivent (i) posséder les propriétés physico-chimiques requises pour être efficacement incorporées dans la formulation cosmétique (balance hydrophile-lipophile HLB), et (ii) être photostables sur une période compatible avec la destination du cosmétique.

SINAPUV s'appuie sur le travail pionnier de la Chaire ABI et ses partenaires de Purdue et Warwick qui ont démontré que le maléate de sinapoyle naturel présente une activité anti-UV élevée due à un mécanisme très particulier permettant l'absorption de toutes les longueurs d'onde des UV-B. Malheureusement, l'extraction du malate de sinapoyle des plantes n'est pas réalisable car il est présent en très petites quantités. SINAPUV est précisément conçu pour surmonter non seulement ce problème d’approvisionnement mais aussi les obstacles précités en proposant une approche intégrée durable qui vise à produire des analogues de maléate de sinapoyle biosourcés directement à partir de sucres et identifier ceux qui peuvent avantageusement remplacer les anti-UV actuels. Pour atteindre cet objectif ambitieux, le projet repose sur l'exploration simultanée (1) d’une stratégie de biologie synthétique pour l'ingénierie de bactéries et levures capables de produire deux intermédiaires chimiques, l’acide sinapique et le maléate de sinapoyle, (2) d'une fermentation utilisant les souches optimisées et des sous-produits agro-industriels comme milieu, et de son couplage avec des procédés de purification permettant l'intensification de la production des intermédiaires, (3) de voies chimio-enzymatiques durables pour la synthèse d’analogues de malate de sinapoyle à partir de ces intermédiaires tout en jouant sur leur balance HLB, (3) de l'étude de leurs propriétés spectrales/biologiques au niveau moléculaire et au niveau de la formulation, (4) de la détermination de la toxicité des analogues les plus prometteurs, et (5) d’une étude de cycle de vie permettant l’identification des analogues et des procédés intégrés les plus durables. Enfin, les analogues présentant les activités anti-UV/biologiques les plus élevées et la toxicité la plus faible seront validés comme preuve de concept avant leur industrialisation.

Pour relever ce défi, des acteurs académiques et industriels ont décidé de construire un partenariat public privé regroupant l'expertise scientifique et industrielle nécessaire pour aborder pleinement ce projet pluridisciplinaire. Des laboratoires français internationalement reconnus en biologie synthétique (MICALIS), en fermentation/génie des procédés/chimie verte/analyse de cycle de vie (Chaire ABI) et en perturbation endocrinienne (HSC) travailleront main dans la main avec une start-up spécialisée dans la construction de microorganismes optimisés pour l’industrie (Abolis) et une société de rang mondial spécialisée dans la production d'ingrédients cosmétiques biosourcés (Givaudan Active Beauty).