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La population mondiale devrait compter 10 milliards d’individus d’ici 2050. Pour pouvoir convenablement nourrir un tel nombre de bouches, il est indispensable de multiplier par deux le rendement des cultures mondiales. Cela signifie doubler notre production en moins de 30 ans.
Et comme si cela n’était pas assez décourageant, il faut également prendre en compte la question de la durabilité. Sur les 13 milliards d’hectares de terres que compte notre planète, seuls 38 % sont disponibles pour l’agriculture. Le reste étant constitué de forêts, de zones aménagées ou ne convenant pas à la production alimentaire, il serait extrêmement difficile – et non durable – d’augmenter la superficie des terres arables. Nous avons plutôt besoin de méthodes agricoles plus performantes, plus efficaces et plus productives.
«Nous devons mieux exploiter les ressources disponibles afin de produire davantage de nourriture avec les terres agricoles dont nous disposons», explique Tobias Erb, directeur et chef de groupe de recherche à l’Institut Max Planck de microbiologie terrestre de Marbourg, en Allemagne.
C’est dans ce cadre qu’intervient le projet FutureAgriculture, financé par l’UE.
«Actuellement, les cultures exploitent la photosynthèse naturelle pour se développer, un processus qui consiste à absorber la lumière du soleil pour récupérer de la nourriture à partir du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau», explique Tobias Erb, qui est également le coordinateur officiel du projet. «Hélas, ce processus n’est pas assez efficace pour produire durablement la quantité de nourriture dont nous avons besoin.»
Pour combler cette lacune, le projet FutureAgriculture dirige une initiative paneuropéenne visant à augmenter les rendements agricoles en réorganisant le processus naturel de photosynthèse. «En recourant à la biologie synthétique pour stimuler l’efficacité de la photosynthèse, nous cherchons à améliorer la capacité des plantes à capter le CO2 de manière efficace, et ainsi améliorer la formation de leur biomasse», ajoute Tobias Erb.
Améliorer le processus de photosynthèse
Pour ce faire, les chercheurs ont adopté une approche en plusieurs étapes. «Tout d’abord, nous avons analysé les limitations de la photosynthèse naturelle», explique Tobias Erb. «Nous avons ensuite utilisé une approche informatique pour rechercher systématiquement de nouvelles solutions biologiques capables d’augmenter la quantité de CO2 capturée au cours de la photosynthèse.»
De retour au laboratoire, les chercheurs ont développé des enzymes inexistantes dans la nature qu’ils ont ensuite assemblées avec des enzymes déjà existantes pour créer de nouvelles voies métaboliques permettant une meilleure conversion du carbone. «Cela nous a permis de trouver – et de développer – des solutions totalement nouvelles que même la nature n’a pas encore inventées», fait remarquer Tobias Erb.
Les chercheurs sont allés encore plus loin en démontrant que ces voies sont actives dans les plantes vivantes. Plus important encore, le projet a démontré que ces voies sont capables d’améliorer l’activité photosynthétique sous certaines conditions.
«Ce projet a permis de faire considérablement progresser l’état de préparation technologique des solutions biologiques synthétiques», souligne Tobias Erb. «En seulement 5 ans, nous avons prouvé qu’il était possible d’améliorer la photosynthèse à l’aide de la biologie synthétique.»
Prêt à prospérer dans la nouvelle normalité
Selon Tobias Erb, FutureAgriculture jouera un rôle important pour permettre à la société de répondre à ses besoins croissants en matière de production alimentaire. «La photosynthèse naturelle est incapable de faire face aux exigences fluctuantes liées au changement climatique, notamment à la hausse des températures et aux graves sécheresses provoquées par l’augmentation des niveaux de CO2», explique-t-il.
Tobias Erb est convaincu que, même si d’autres tests sont encore nécessaires, les plantes dotées des voies synthétiques de FutureAgriculture seront capables de s’adapter – et de prospérer – dans cette nouvelle normalité.
«En théorie, notre conception devrait permettre d’améliorer de quelque 30 % le rendement photosynthétique», conclut-il. «Cela illustre clairement ce que la science peut accomplir lorsque les meilleurs chercheurs d’Europe travaillent ensemble et bénéficient des excellents mécanismes de financement de l’UE.»