J'ai grandi dans le Wisconsin, je passais beaucoup de temps dehors.
Au printemps, je sentais le parfum enivrant des lilas.
En été, j'aimais les points lumineux des lucioles
qui virevoltaient lors des nuits humides.
En automne, les marais débordaient de canneberges rouge vif.
Même l'hiver avait ses charmes,
avec ses pins aux bouquets qui évoquent Noël.
Pour moi, la nature a toujours été source d'émerveillement et d'inspiration.
Lors de mes études supérieures en chimie et par la suite,
j'ai mieux compris l'environnement naturel au niveau moléculaire.
Tout ce que je viens de mentionner,
depuis le parfum des lilas et des pins
au rouge vif des canneberges et aux lueurs des lucioles,
a au moins quelque chose en commun :
c'est fabriqué par des enzymes.
J'ai grandi dans le Wisconsin, donc j'aime le fromage
et l'équipe de foot des Green Bay Packers.
Mais parlons de fromage.
Depuis au moins 7 000 ans,
les humains ont extrait un mélange d'enzymes
de l'estomac des vaches, des brebis et des chèvres
et l'ont ajouté au lait pour faire du fromage ;
cela fait cailler le lait.
L'enzyme clé de ce mélange est la chymosine.
Je vais vous montrer comment ça marche.
Ici, j'ai deux tubes.
Je vais ajouter de la chymosine dans l'un d'eux.
Attendez une seconde.
Mon fils, Anthony, qui a huit ans,
voulait absolument m'aider à trouver une démo pour ma présentation.
Nous étions dans la cuisine à découper des ananas,
à extraire des enzymes de pommes de terre rouges
et à faire toutes sortes de démos.
Enfin, nous avons choisi
la démo très cool de la chymosine.
Voici ce qu'il se passe :
la chymosine nage dans le lait
et se lie à une protéine appelée caséine.
Elle coupe alors la caséine,
comme des ciseaux moléculaires.
Cette action de couper fait cailler le lait.
Nous voici donc dans la cuisine, à y travailler.
OK.
Laissez-moi mélanger cela.
Ensuite nous allons les mettre de côté, à mijoter pendant une minute.
OK.
Si l'ADN est le modèle de la vie,
les enzymes sont les ouvriers qui exécutent ses instructions.
Une enzyme est une protéine qui catalyse,
accélère un processus ou accélère une réaction chimique,
tout comme la chymosine ici accélère le caillage du lait.
Il ne s'agit pas que du fromage.
Si les enzymes jouent un rôle important dans nos aliments,
elles sont également impliquées dans tout, de la santé d'un nourrisson
au combat contre les défis environnementaux d'aujourd'hui.
Les éléments de base des enzymes sont appelés acides aminés.
Il y a 20 acides aminés courants
généralement désignés par une abréviation d'une seule lettre,
et c'est donc un alphabet d'acides aminés.
Dans une enzyme, les acides aminés sont liés ensemble,
comme les perles d'un collier.
L'identité des acides aminés, qui est déterminée
par les lettres dans ce collier,
l'ordre des lettres et ce qu'elles épellent,
donne à l'enzyme ses propriétés uniques et la différencie des autres enzymes.
Cette chaîne d'acides aminés,
ce collier,
se plie en une structure d'ordre supérieur.
Si vous zoomez au niveau moléculaire
et regardez la chymosine, l'enzyme qui est à l'œuvre ici,
elle ressemblerait à ceci -
des brins, des boucles, des hélices, et des tours et détours
qui doivent être dans cette conformation pour fonctionner correctement.
On peut maintenant créer des enzymes dans les microbes,
ce qui donnerait une bactérie ou une levure, par exemple.
Nous le faisons en prenant un morceau d'ADN
qui fournit le code de l'enzyme qui nous intéresse,
nous l'insérons dans le microbe
et nous laissons le microbe utiliser ses propres moyens
pour produire cette enzyme pour nous.
Donc si vous voulez de la chymosine, vous n'avez pas besoin d'un veau,
vous pouvez l'obtenir d'un microbe.
Encore plus cool,
on peut composer des séquences d'ADN personnalisées
et avoir des enzymes spécifiques,
qui ne sont pas dans la nature.
Pour moi, la partie la plus amusante
est d'essayer d'en créer une pour un emploi nouveau,
en organisant les atomes comme ceci.
Prendre une enzyme de la nature et jouer avec ses acides aminés,
en bricolant les lettres,
en ajoutant des lettres, en retirant d'autres,
peut-être en les réorganisant,
c'est un peu comme trouver un livre
et modifier des chapitres ou changer la fin.
En 2018, le prix Nobel de chimie
a été remis pour cette approche de développement, l'évolution dirigée.
Aujourd'hui, nous pouvons exploiter la capacité de l'évolution dirigée
pour créer des enzymes spécifiques,
pour les utiliser dans de nouveaux domaines,
comme la lessive.
Tout comme les enzymes du corps
aident à décomposer la nourriture que vous mangez,
celles du détergent de lessive
aident à décomposer les taches sur vos vêtements.
Il s'avère qu'environ 90% de l'énergie
utilisée pour faire la lessive
sert à chauffer l'eau.
Et ce, pour une bonne raison -
l'eau plus chaude rend les vêtements propres.
Et si vous étiez capable de faire la lessive à l'eau froide ?
Vous feriez des économies,
et, en plus,
selon des calculs de Procter and Gamble,
si toutes les familles aux États-Unis utilisaient l'eau froide,
nous économiserions 32 tonnes d'émissions de CO2 chaque année.
C'est beaucoup,
c'est presque l'équivalent
du dioxyde de carbone émis par 6,3 millions de voitures.
Comment fait-on pour créer une enzyme
et réaliser ces changements ?
Les enzymes n'évoluent pas pour laver la linge sale,
encore moins dans l'eau froide.
Nous pouvons aller dans la nature et trouver un point de départ.
On trouve une enzyme ayant une capacité d'activité,
un peu d'argile pour commencer.
Voici un exemple d'une telle enzyme, ici même sur l'écran.
On peut commencer à jouer avec ses acides aminés,
en ajoutant des lettres, en enlevant d'autres,
en les réorganisant.
Et ce faisant, nous pouvons générer des milliers d'enzymes.
Nous pouvons prendre ces enzymes
et les tester dans des microplaques comme celles-ci.
Cette microplaque que je tiens ici
contient 96 puits,
et dans chaque puits, il y a un morceau de tissu avec une tache.
On peut mesurer à quel point chaque enzyme
est capable d'enlever les taches des morceaux de tissu,
et ainsi voir si ça fonctionne bien.
On peut le faire avec la robotique,
comme vous le verrez sous peu sur l'écran.
OK, on fait ça et il s'avère
que certaines des enzymes donnent des résultats
comme l'enzyme de départ.
Donc, rien d'impressionnant,
Certaines sont pires, on s'en débarrasse.
Certaines sont meilleures.
Celles qui sont meilleures deviennent la version 1.0.
On veut poursuivre notre travail avec ces enzymes
et nous répétons ce cycle plusieurs fois.
C'est en répétant le cycle que nous arrivons à une nouvelle enzyme,
quelque chose qui fait ce qu'on veut.
Après plusieurs cycles,
on a fini par obtenir du nouveau.
Donc vous pouvez aller au supermarché et acheter un détergent de lessive
qui permet de laver à l'eau froide grâce aux enzymes comme celles-ci.
Je veux vous montrer comment celle-ci fonctionne.
J'ai deux tubes ici,
et c'est encore du lait.
Que je vous montre.
Je vais ajouter cette enzyme dans ce tube
et je vais ajouter de l'eau dans l'autre,
qui sert de témoin,
donc rien ne devrait se passer ici.
Vous pouvez trouver étrange que je fasse ça avec du lait.
C'est parce que le lait contient beaucoup de protéines
et c'est très facile voir cette enzyme à l'œuvre dans une solution de protéines
parce qu'elle coupe les protéines,
c'est son travail.
Donc, laissez-moi mettre ceci ici.
Comme j'ai dit, elle est là pour couper des protéines.
Vous pouvez donc déduire
ce qu'elle est en train de faire dans ce lait
et ce qu'elle ferait à votre lessive.
C'est une façon de visualiser ce qu'il se passerait.
OK, les deux sont là-dedans.
Je vais aussi mélanger un peu cela.
On les laisse reposer avec l'échantillon de la chymosine,
j'y reviendrai vers la fin.
Quoi de neuf à l'horizon en termes de création d'enzymes ?
Ce sera certainement plus rapide.
Des approches pour des enzymes évolutives :
les chercheurs traitent beaucoup plus d'échantillons
que je viens de vous montrer.
En plus des essais avec des enzymes naturelles,
des scientifiques essaient de créer des enzymes à partir de rien,
avec l'apprentissage de la machine,
une approche de l'intelligence artificielle,
pour concevoir des enzymes.
D'autres encore ajoutent des acides aminés non naturels au mélange.
On a parlé des 20 acides aminés naturels, courants,
mais ils ajoutent des acides aminés non naturels
pour créer des enzymes différentes de celles que l'on trouve dans la nature.
C'est un domaine plutôt chouette.
Comment les enzymes créées vous concerneront-elles ?
Je veux me concentrer sur deux domaines :
la santé humaine et l'environnement.
Des sociétés pharmaceutiques
ont maintenant des équipes spécialisées dans la création des enzymes
pour rendre les médicaments plus efficaces et avec moins de catalyseurs toxiques.
Januvia, un médicament pour le diabète de type 2
est créé en partie avec des enzymes.
Le nombre de médicaments créés avec des enzymes ne va qu'augmenter.
Dans un autre domaine,
il y a certaines maladies
causées par une seule enzyme du corps qui ne fonctionne pas.
Un exemple est la phénylcétonurie,
ou la PCU.
Les personnes souffrant de PCU
ne peuvent pas métaboliser ou digérer la phénylalanine,
qui est l'un de 20 acides aminés courants dont nous avons parlé.
L'ingestion de la phénylalanine par les personnes atteintes de la PCU
peut entraîner des handicaps intellectuels permanents.
Donc, c'est effrayant d'avoir ça.
Ceux qui ont des enfants --
qui ici a des enfants ?
Beaucoup d'entre vous.
Vous connaissiez peut-être la PCU,
car tous les enfants en bas âge aux États-Unis doivent être testés.
Anthony, mon fils, s'est fait piquer le talon pour le test
Le grand défi de la PCU : que mangez-vous ?
La phénylalanine est dans tant d'aliments que c'est difficile à éviter.
Anthony est allergique aux noix et je pensais que c'était dur,
mais la PCU est d'un autre niveau.
De nouvelles enzymes pourraient permettre aux patients atteints de PCU
de manger tout ce qu'ils veulent.
Récemment, la FDA a approuvé une enzyme créée pour traiter la PCU.
Bonne nouvelle pour les patients
et excellente nouvelle
pour le domaine de la thérapie par remplacement d'enzymes
parce qu'il y a d'autres cibles où ce serait une bonne approche.
J'ai parlé de la santé.
Passons maintenant à l'environnement.
Le vortex de déchets du Pacifique nord
est cette immense île de plastique,
entre la Californie et Hawaï.
Les microplastiques sont à peu près partout.
C'est bouleversant.
Les plastiques ne disparaîtront pas.
Mais les enzymes peuvent nous aider ici aussi.
On a récemment découvert
des bactéries produisant des enzymes décomposant le plastique.
Des efforts sont en cours pour perfectionner ces enzymes.
Il y a aussi des enzymes nouvellement découvertes,
en cours d'optimisation
pour créer des plastiques biodégradables non dérivés du pétrole.
Les enzymes peuvent aussi aider dans la capture des gaz à effet de serre,
tels que le dioxyde de carbone, le méthane et le protoxyde d'azote.
Il n'y a pas de doute que ce sont des défis majeurs
et aucun n'est facile.
Notre capacité à exploiter les enzymes peut nous aider à y faire face à l'avenir.
Je pense que c'est un nouveau domaine à explorer.
Maintenant, je vais retourner à la démo,
c'est la partie amusante.
Voyons les échantillons de la chymosine.
Laissez-moi les mettre ici.
Vous pouvez voir ici,
c'est celui avec l'eau,
donc ce lait n'aurait pas dû changer.
Ici, c'est celui avec de la chymosine.
Vous voyez que tout est complètement clarifié ici.
Il y a du lait caillé ici, c'est du fromage.
On vient tout juste de faire du fromage.
Voici donc le procédé
que les gens utilisent depuis des milliers et des milliers d'années.
Je pense faire ça pour ma prochaine démo devant des élèves,
mais ils peuvent être difficiles, alors on verra.
(Rires)
Je veux maintenant regarder celui-ci.
Voici donc l'enzyme pour faire votre lessive.
Vous pouvez voir que c'est différent de celle avec de l'eau.
La clarification a eu lieu
et c'est ce qu'il faut pour une enzyme pour votre lessive
parce que vous voulez avoir une enzyme
capable de dévorer des protéines, de les digérer,
car vous aurez différentes taches de protéines sur vos vêtements,
comme le lait au chocolat ou des taches d'herbe,
et quelque chose comme ça vous aidera à les enlever.
Ça vous permettra de faire la lessive à l'eau froide,
réduire votre empreinte de carbone et faire des économies.
Nous avons fait un long chemin,
un voyage de 7 000 ans, à partir d'enzymes pour la fabrication du fromage
jusqu'à présent et la création d'enzymes.
Nous sommes à un carrefour créatif,
nous pouvons modifier ce que la nature a écrit avec des enzymes
ou écrire nos histoires avec des acides aminés.
La prochaine fois que vous êtes dehors lors d'une nuit humide
et voyez une luciole,
vous penserez aux enzymes.
Elles font des choses extraordinaires pour nous.
Grâce à notre conception,
elles pourraient faire des choses plus étonnantes.
Merci.
(Applaudissements)