Les biofonderies, pilier de la défense et de la bioéconomie du Canada

Introduction

Les investissements stratégiques dans la bioproduction jouent un rôle clé dans la défense depuis de nombreuses années, influençant même parfois des conflits mondiaux. Pendant la Première Guerre mondiale, les Alliés ont été confrontés à une grave pénurie de matières premières, comme le caoutchouc naturel, importé de régions vulnérables aux attaques des sous-marins allemands. En réponse, le gouvernement britannique a financé la recherche sur le caoutchouc synthétique, qui a conduit au développement des premières souches microbiennes produisant des substances chimiques de valeur à l'échelle industrielle.

À l'époque, le Dr Chaim Weizmann travaillait sur l'utilisation de microbes pour produire du caoutchouc synthétique lorsqu'il a découvert que la bactérie Clostridium acétobutylicum On pouvait l'utiliser pour transformer le grain en acétone grâce au procédé connu sous le nom de procédé Weizmann. L'acétone était essentielle à la fabrication de la poudre à canon de cordite, et Winston Churchill et David Lloyd George ont contacté Weizmann pour augmenter la production., Cela a permis de produire environ 30 000 tonnes d’acétone par fermentation à la fin de la guerre, dont 2 450 tonnes produites à partir de maïs au Canada, donnant un avantage concurrentiel aux Alliés.

Cet exemple historique illustre comment la recherche et développement (R&D) axée sur la défense a exploité la biologie pour transformer la production industrielle de manières jusqu'alors inimaginables. L'initiative DARPA est une version contemporaine de ce type d'investissement transformateur. Fonderies vivantes : 1000 molécules, qui a financé des recherches visant à utiliser des cellules génétiquement modifiées pour produire de nouvelles molécules ayant des applications militaires directes ou à double usage. Le financement a été spécifiquement destiné à biofonderies : installations qui exploitent des systèmes automatisés et vivants pour accélérer le cycle de conception-construction-test-apprentissage de l'ingénierie biologique. Tout comme la robotique sur chaîne de montage a révolutionné la fabrication automobile, la combinaison de l'automatisation en laboratoire et des talents dévoués d'une biofonderie permet de réaliser des milliers d'expériences quotidiennement, obtenant des résultats plus rapidement que les méthodes manuelles seules. Le programme de la DARPA a dépassé son objectif, démontrant la production biosourcée de plus de 1 600 molécules pour répondre aux besoins de la défense grâce à une infrastructure automatisée et évolutive, tout en servant des objectifs sociétaux plus vastes. Alors que le Canada augmente considérablement son budget de défense, de plus de 100 milliards de dollars par an, il est essentiel d'associer l'approvisionnement en matière de défense à une solide stratégie scientifique et d'innovation. À cette fin, nous proposons un réseau national de biofonderies au Canada pour libérer l’innovation transformatrice, avec des partenaires couvrant le milieu universitaire, l’industrie et le secteur de la défense.

La promesse de la biofabrication avancée et de la fermentation de précision

La stratégie de biofabrication du Canada, élaborée en réponse à la COVID-19, s’est concentrée sur le renforcement de la production nationale de vaccins et de thérapies cellulaires. Cela pose les bases d'applications plus vastes, telles que la sécurité alimentaire, les produits chimiques industriels et les molécules à haute valeur ajoutée, notamment les enzymes, les produits pharmaceutiques, les nouveaux matériaux et les produits chimiques de spécialité. Ces applications mobilisent des talents et des équipements similaires et présentent un intérêt pour la défense, allant du développement d'aliments riches en nutriments et à longue conservation (adaptés aux déploiements militaires et aux secours en cas de catastrophe) à la production de polymères, d'adhésifs et de revêtements ultra-légers et ultra-résistants pour l'équipement militaire. Le double usage offre également de nombreuses possibilités, comme l'exploitation de plateformes de fermentation principalement utilisées pour la production alimentaire, puis le passage à des applications de biodéfense telles que la production d'antimicrobiens ou de microbes génétiquement modifiés pour détecter les résidus d'explosifs selon la demande. 

Les biofonderies offrent des avantages tels que la polyvalence et l'évolutivité grâce à leur conception modulaire et personnalisable et à leur automatisation. Elles constituent également des pôles de talents clés dans les domaines de l'intelligence artificielle, de l'apprentissage automatique, de la biologie moléculaire, de l'automatisation des laboratoires et de la fermentation de précision – des disciplines offrant des avantages concurrentiels sur les plans économique et de la défense. Cette expertise et cette infrastructure concentrées sont directement applicables à l'agriculture, ce qui peut permettre au Canada d'améliorer sa productivité et sa compétitivité mondiale tout en générant des avantages économiques et sociétaux. La fermentation utilise moins de terres et d’eau et produit moins d’émissions que les produits pétrochimiques traditionnels, ce qui stimule la croissance économique et maintient les engagements du Canada en matière de zéro émission nette. Cela s’harmonise avec les programmes qui soutiennent les technologies propres dans de nombreux secteurs industriels, tels que le Fonds pour une économie à faibles émissions de carbone, le programme Solutions innovatrices Canada et l’Initiative d’accélération net zéro.9 De même, le Plan stratégique 2024-2029 du Conseil national de recherches met en évidence l’accroissement de la capacité de biofabrication comme moyen d’accélérer le déploiement de nouveaux médicaments, en les produisant à grande échelle au profit de tous les Canadiens. 

Un réseau national de biofonderies

Des biofonderies de capacités et d'envergure variées existent déjà dans plusieurs installations financées par des fonds publics au Canada. Cependant, cette infrastructure de recherche de pointe et les talents nécessaires à son fonctionnement dépendent continuellement de fonds publics, se disputant les mêmes subventions de recherche au lieu de collaborer de manière coordonnée et à long terme. Comme le développement de produits biotechnologiques peut prendre plus de dix ans, de la découverte à la commercialisation, et que la production doit s'étendre de la taille d'une goutte d'eau à des centaines de milliers de litres, un soutien continu et l'accès à une infrastructure diversifiée sont essentiels. L'Alliance pour la recherche numérique du Canada a démontré qu'en centralisant le soutien aux nœuds d'infrastructure de recherche numérique, hébergés dans des instituts partout au Canada, les chercheurs et les entreprises canadiens ont accès à une puissance de calcul de calibre mondial sans avoir à investir massivement dans la construction et la maintenance de leur propre infrastructure. Ainsi, l’impact d’un investissement ponctuel dans les infrastructures peut être multiplié plusieurs fois si ces infrastructures sont entretenues, accessibles et disposent d’une stratégie claire de mise en œuvre à l’échelle nationale.

En nous appuyant sur cet exemple, nous affirmons que le Canada devrait établir un réseau national de biofonderies servant de pôles d'innovation régionaux décentralisés pour la biofabrication, dotés d'infrastructures partagées, d'une coordination centralisée et d'un financement axé sur les missions. Il s'agirait d'installations multipartites, cofinancées par les gouvernements fédéral et provinciaux, réunissant des acteurs clés du milieu universitaire, de l'industrie, des jeunes entreprises et des organismes de défense. Cette vision s'inscrit dans la lignée d'une récente proposition visant à créer le Alliance de recherche en biologie ouverte, un réseau de laboratoires produisant et partageant des réactifs validés pour l'ingénierie biologique, notamment des parties d'ADN et des souches microbiennes. Comme le succès 1000 molécules Dans le cadre de ce programme, un financement axé sur la mission ciblerait des secteurs clés comme la santé, l'agriculture, l'environnement, les matériaux, l'énergie propre et la défense, le renouvellement étant lié à l'atteinte d'objectifs précis. Il permettrait une mise à l'échelle plus efficace des systèmes biologiques modifiés, ce qui nécessite un partage efficace des connaissances et des infrastructures compte tenu de la diversité des échelles physiques et des disciplines concernées. Grâce à un soutien dédié et centralisé, le Canada peut jouer un rôle de premier plan dans l'innovation biotechnologique, en créant des perspectives de carrière qui vont bien au-delà des subventions de recherche à court terme et en renforçant la capacité nationale de biofabrication et les industries qu'elle soutient.

Pertinence pour le Canada et avantages stratégiques

Dans un climat géopolitique marqué par la fragilité des chaînes d'approvisionnement et les conflits commerciaux, la dépendance du Canada à l'égard des matériaux essentiels produits à l'étranger peut être considérée comme un risque croissant pour la sécurité nationale. Investir dans des solutions nationales pour résoudre ces problèmes constitue donc une réponse stratégique et prospective du point de vue de la défense. Un réseau de biofonderies robuste permettrait la production décentralisée et à la demande de molécules essentielles, telles que des médicaments, des produits chimiques, des matériaux et des aliments de substitution, en temps de crise, grâce à des nœuds régionaux. Il permettrait également le déploiement rapide d'innovations prêtes à l'emploi, telles que des matériaux autocicatrisants, des gels de cicatrisation des plaies, des trousses de biocapteurs ou des agents de décontamination qui répondent aux menaces émergentes. Il est important de noter que la souveraineté nationale sur les matériaux et les données essentiels serait préservée, ce qui réduirait la dépendance du Canada envers les plateformes étrangères touchées par les perturbations des chaînes d'approvisionnement, les tarifs douaniers ou l'ingérence de gouvernements étrangers. Ces avantages à court terme s’accompagnent d’avantages à plus long terme, notamment les capacités de double usage de l’infrastructure de biofonderie et les retombées économiques des technologies liées à la défense dans les applications civiles, comme on l’a vu à maintes reprises avec des matériaux tels que le Téflon, le ruban adhésif, les innovations en matière de communication telles que les micro-ondes, le GPS et Internet, et (le plus pertinent ici) une myriade d’innovations biologiques allant des produits chimiques de spécialité aux nouveaux vaccins. 

Conclusions et recommandations

Alors que le Canada accroît ses dépenses de défense pour atteindre l'objectif de 5 % du PIB fixé par l'OTAN, l'approvisionnement en matière de défense doit être intégré à une solide stratégie de science et d'innovation afin de garantir que cet investissement profite aux Canadiens en temps de paix comme en temps de guerre. Nous proposons qu'un réseau de biofonderies constitue le moyen le plus efficace de coordonner, de développer et d'utiliser la biotechnologie comme moteur de la sécurité économique et nationale. Des éléments dispersés de ce réseau existent, et ils peuvent avoir un impact bien plus important grâce à un soutien coordonné et axé sur la mission, avec des objectifs précis pour renforcer la défense et la sécurité de la chaîne d'approvisionnement. Nous recommandons aux décideurs politiques, aux organismes de financement et aux chefs de file de la recherche publique et privée d'établir un réseau national de biofonderies afin de garantir la capacité nationale en génie biologique et en biofabrication. Les précédents internationaux et les priorités nationales orientent la communauté canadienne du génie biologique dans la même direction, ce qui permettra au Canada de maintenir sa souveraineté en matière de données et de ressources tout en bâtissant une bioéconomie forte, résiliente et innovante. Le Centre canadien de la politique scientifique a appelé à une réflexion audacieuse sur l'utilisation des investissements de la défense pour soutenir les écosystèmes d'innovation à long terme, ce qu'un réseau national de biofonderies permettra de réaliser.