Voilà comment la poussière et l’ADN permettent désormais de savoir d’où viennent les produits que nous consommons

Atlantico : Comment fonctionne la traçabilité ADN des produits de consommation fabriqués à partir de matières premières ?

Stéphane Gayet : L’acide désoxyribonucléique ou ADN est une macro molécule (molécule de taille considérable) linéaire, une sorte de fil ou plutôt de filament, énormément long et extrêmement pelotonné. Ce très long filament est en réalité double, car il est constitué de deux filaments (ou « brins ») complémentaires l’un de l’autre (si l’on connaît la conformation exacte de l’un des deux brins, on peut en déduire la conformation exacte de l’autre brin : ceci revient à dire que chacun des deux brins comporte la même information). L’ADN est une molécule particulièrement résistante ; ses deux brins sont intimement liés l’un à l’autre et ce long filament double est de surcroît torsadé, autant de facteurs de solidité, auxquels s’ajoutent le caractère extrêmement pelotonné de la macro molécule, sa protection par de nombreuses protéines basiques (histones et protamines), ainsi que des mécanismes de réparation en cas de modification accidentelle. De surcroît, l’ADN d’une cellule vivante est protégé dans le noyau de celle-ci (sauf chez les bactéries).

Schématiquement, la molécule d’ADN a la forme d’une très longue échelle, à la fois torsadée (vrillée) et enroulée sur elle-même (pelotonnée). Ces schémas ci-dessous sont trop limités pour pouvoir montrer ce pelotonnement.

On pourra trouver ici des précisions utiles sur les nucléotides, l'ADN, l'ARN, les codons, les gènes et le génome.

L’ADN d’un être vivant est sa carte d’identité biologique, ainsi que sa bibliothèque et son gouverneur

Aujourd’hui, l’ADN est devenu une molécule emblématique. Tout le monde connaît ce terme, car il est suremployé. On va même jusqu’à parler de l’ADN d’une enseigne, d’une entreprise, d’une association, d’un réseau, d’un club…

On peut distinguer trois principales fonctions à l’ADN : la fonction de carte d’identité, la fonction de bibliothèque et la fonction de gouverneur.

L’ADN est présent chez tous les êtres vivants (les êtres vivants sont constitués de cellules) ; toutes les cellules d’un être vivant donné ont le même ADN qui se trouve protégé dans le noyau cellulaire (à part les cellules procaryotes qui n’ont pas de noyau et chez lesquelles l’ADN est dans le cytoplasme : cas des bactéries).

L’ADN a une fonction de carte d’identité biologique, parce qu’il n’y a pas deux êtres vivants qui ont le même ADN, sauf si on a affaire à un clone. Un clone résulte d’une reproduction ou plutôt d’une multiplication asexuée, c’est-à-dire sans combinaison entre les gènes d’une femelle et ceux d’un mâle. Le clonage n’existe que chez des êtres vivants très inférieurs et il est la règle chez les bactéries et les champignons microscopiques.

L’ADN a une fonction de bibliothèque, parce qu’il contient tout le patrimoine génétique d’un individu, c’est-à-dire ce qui le caractérise et qui sera transmis (le plus souvent partiellement) à sa descendance. On peut comparer chaque livre de cette bibliothèque à une famille de gènes agissant dans le même domaine et chaque chapitre de livre à un gène, c’est-à-dire un ensemble d’instructions concernant une action précise.

L’ADN a une fonction de gouverneur, parce qu’il dirige la cellule. Lorsqu’un nouvel être vivant est généré à la suite d’une fécondation (reproduction sexuée), l’ADN des premières cellules dites totipotentes, gouverne le programme de division et de différenciation (spécialisation) des cellules filles à venir. L’ADN d’une cellule différenciée (c’est-à-dire une cellule fonctionnelle : cellule du foie, cellule nerveuse, cellule muqueuse, leucocyte ou globule blanc, etc.) gouverne le fonctionnement de cette cellule (si l’on enlève l’ADN d’une cellule, elle meurt rapidement, car elle n’a plus de gouverneur et la synthèse des protéines s’arrête, conduisant à sa mort).

Comment utiliser l’ADN pour tracer des produits fabriqués à partir de matières premières ?

Prenons l’exemple de l’ananas qui est un fruit se conservant bien (il est naturellement protégé), supportant bien les manipulations, l’entassement et les transports ; de plus, il est bon pour la santé.

Beaucoup de pays produisent des ananas : les Antilles, l’Afrique de l’Ouest, le Brésil, le Costa Rica, l’Inde, la Thaïlande, la Chine, les Philippines, et d’autres encore.

On sait par expérience que tous les pays producteurs d’ananas ne donnent pas des fruits de qualité identique ; il y a plusieurs raisons à cela et ce n’est pas forcément lié à la variété génétique de l’ananas. Toujours est-il que, si un grossiste souhaite proposer à ses détaillants des ananas de Côte d’Ivoire, parce qu’ils sont réputés, il est légitime que des garanties lui soient données qu’il ne s’agit pas d’ananas du Brésil.

Il y a deux approches possibles : la première consiste à analyser l’ADN des ananas ; mais il est possible qu’en Côte d’Ivoire et au Brésil, on cultive les mêmes variétés d’ananas et dans ce cas, les ADN ne devraient pas être très différents ; la deuxième approche consiste à analyser l’ADN des microorganismes qui accompagnent les ananas (bactéries et champignons microscopiques), et c’est cette approche microbienne qui est finalement vraiment discriminante, elle est appelée l’étude du microbiome.

Le microbiome et ses applications dans la caractérisation et la traçabilité de produits de consommation

Tous les êtres vivants sont accompagnés de microorganismes, avec lesquels ils vivent habituellement. Ces microorganismes vivants (bactéries et champignons microscopiques) sont commensaux de leur hôte (ils profitent de son environnement nutritif, mais sans l’agresser, ni même lui nuire) et souvent bénéfiques à la vie de leur hôte.

Notre microbiote digestif est l’ensemble des bactéries et champignons microscopiques qui vivent en permanence dans nos intestins (plus d’un kilogramme de microorganismes) ; notre microbiome est l’ensemble des ADN de notre microbiote.

On sait aujourd’hui que le microbiome d’un individu le distingue des autres individus, pratiquement avec autant de précision que son génome (mais son étude est beaucoup plus complexe que celle de son génome). On pense qu’il sera possible, dans un avenir plus ou moins proche, de détecter le passage d’un individu dans un endroit clos, par la recherche de son microbiome dans l’air (gaz intestinaux), et donc même s’il n’a eu aucun contact physique avec des objets.

L’utilisation du microbiome pour le traçage ne s’arrête pas là. On décrit aujourd’hui les microbiomes des habitations : quand une ou quelques personnes vivent de façon habituelle dans une habitation, elles y laissent l’empreinte de leurs microbiomes auxquels se mêle un microbiome purement environnemental ; ainsi, on peut caractériser le microbiome du logement où vit habituellement une famille et il est unique.

Mais on a été encore plus loin : des études ont montré que les locaux d’entreprise avaient eux aussi un microbiome, que l’on pouvait caractériser avec précision. Et c’est ce qui est utilisé pour tracer la fabrication de produits destinés à la vente.

Les prestations de la société Phylagen, basée à San Francisco (côte ouest de la Californie)

le Dr Jessica Green, co-fondateur et directeur général de la société Phylagen, affirme que chaque usine de fabrication a son propre microbiome et qu’il est possible, grâce aux traces de ce microbiome laissées sur les produits finis, de déterminer où a été fabriqué ce produit destiné à la vente. La société Phylagen est la seule au monde à s’être lancée dans cette prestation qui paraît un peu folle : à partir de produits finis, déterminer, par l’analyse des microbiomes qui les accompagnent, le lieu précis où ils ont été fabriqués et emballés (emballage primaire). Actuellement, une seule autre société propose une prestation un peu similaire, mais qui ne repose par sur le microbiome (société Oritain basée en Nouvelle-Zélande : son approche est purement chimique).

En pratique, comment procède la société Phylagen ?

Prenons le cas d’un grossiste en tee-shirts. Ce grossiste est client de la société Phylagen, qu’il paie pour qu’elle lui certifie la provenance exacte des tee-shirts qu’il revend à des semi-grossistes et à des détaillants. Il travaille avec un importateur qui lui vend des lots de tee-shirts en lui affirmant qu’ils ont été fabriqués en Norvège, dans telle ou telle usine ; mais ce grossiste sait qu’il ne peut pas accorder une confiance aveugle à cet importateur et se méfie : il craint que ces tee-shirts n’aient été fabriqués par des enfants en Inde ou au Bengladesh. Dans ce cas, la société Phylagen doit déjà obtenir des prélèvements d’air et de surfaces dans les usines de Norvège qui fabriquent des tee-shirts, ainsi que dans celles d’Inde et du Bengladesh (mais il n’est pas tout à fait indispensable qu’elle ait des prélèvements de l’usine précise où les tee-shirts auraient pu être fabriqués : il suffit qu’elle en ait d’usines de la région, car cela suffira à faire la différence avec la Norvège ; il existe en effet une forte influence climatique - et peut-être ethnique ? - sur le microbiome environnemental).

Ainsi, au fur et à mesure des demandes de ses clients, la société Phylagen se constitue une base de données portant sur les microbiomes des usines de production, base de données ayant pour vocation de devenir gigantesque. Du reste, cette société affirme qu’elle est en train de construire la plus grande base de données de microbiomes environnementaux au monde.

Comment se procure-t-elle des échantillons de microbiomes environnementaux des entreprises ? C’est grâce à un réseau de correspondants dans les différents pays concernés (ce n’est certainement pas la partie la plus difficile de ce travail).

Ensuite, à l’aide de capteurs, d’analyseurs et d’un logiciel expert, la société peut répondre à la question posée par son client : soit « Oui, les tee-shirts ont bien été fabriqués en Norvège » ; soit « Non, les tee-shirts ont été fabriqués en Inde ou au Bengladesh ». Un certificat est remis au client, qui pourra ensuite poursuivre son importateur si celui-ci a menti.

Il est certain que cette prouesse technologique a été permise grâce aux avancées spectaculaires de la biologie moléculaire et dans le domaine des outils numériques (en particulier, des outils d’analyse statistique des bases de données gigantesques).

Béatrice de Reynal : L'analyse de l’ADN, tout le monde connaît : dans tous les films policiers depuis 40 ans, il sauve les scenarii les plus banaux et permet de démasquer le vrai coupable. Les scientifiques l’utilisent aussi dans de multiples domaines  où l’enjeu de santé, d’hygiène ou de sécurité sont importants : la nourriture, mais aussi tous les domaines où la provenance et l’origine du produit sont impactant sur sa qualité ou son prix.

Par exemple, l’origine d’un miel ou la pureté du safran, le safran étant la denrée la plus chère du monde et donc, la plus fraudée.

C’est aussi la technique qui a été utilisée pour débusquer la viande de cheval dans les lasagnes supposés au boeuf. Quelle autre méthode aurait su le faire ?

Des bactéries, du pollen, de minuscules champignons et, comme on ne le sait que trop bien, des virus peuvent être retrouvés sur ou dans des denrées alimentaires, au point que l’on peut repérer dans quel environnement atmosphérique l’aliment a été en contact. Ce que vous ne réalisez peut-être pas, c'est que chaque endroit sur la planète a sa propre signature composée de différents types, quantités et combinaisons de microorganismes et de pollen. L’analyse ADN peut donc être un révélateur précis. 

Autrement dit, si je prends un coton-tige et que j’essuie vote table de nuit, le séquençage de l'ADN des microbes qu'il recueille dévoilera un mélange d'éléments microscopiques qui indiquera avec certitude que vous habituez la France, telle ville ou telle campagne, que vous êtes, ou non, végétarien, la saison, etc.

Une compagnie - Phylagen - a construit la plus grande base de données de microbiomes environnementaux au monde, en travaillant directement avec les partenaires commerciaux de ses clients, généralement situés dans la région d'origine des produits. Les tests consistent à obtenir des échantillons de l'air et des surfaces à l'intérieur de l'usine d'un fournisseur, en début de la chaîne d'approvisionnement. Les échantillons sont renvoyés à Phylagen pour séquençage et analyse d'ADN par des algorithmes.

À la fin de la chaîne d'approvisionnement (l'entrepôt du client), l'emballage est ouvert et l'intérieur est analysé pour vérifier qu’il provient bien de l’usine du fournisseur. Si les échantillons correspondent, tout va bien. Sinon, le client sait que quelque chose ne va pas.

Cette technique peut-elle être appliquée aux aliments ?

Stéphane Gayet : Cette technique ne fonctionne actuellement qu’avec les aliments, les produits pharmaceutiques et les fibres naturelles comme le coton et la laine. C’est déjà très utile. On conçoit que les prestations soient très onéreuses. Mais les clients de la société Phylagen disent qu’aujourd’hui, on ne peut pratiquement plus faire confiance à personne et que la traçabilité numérique (codes-barres…) ne suffit plus, étant donné la complexité des circuits et les réelles possibilités de falsification.

Les clients de cette société justifient le recours à cette prestation de la façon suivante : il n’est pas acceptable de mentir aux détaillants et aux consommateurs sur l’origine d’un produit et sur les conditions de sa production ; c’est une question de qualité de fabrication, de droits de l’homme (travail d’enfants et de femmes enceintes) et de droit du travail, mais aussi d’écologie (certains pays ne traitent pas leurs déchets) et bien sûr d’éthique.

Béatrice de Reynal : Bien sûr, cette technique est - on le comprend tout de suite - une aubaine pour les entreprises qui veulent garantir une provenance ou une qualité d’origine spécifique (Safran d’Etampes, Caviar de la Caspienne, Truffe du Périgord) ou pour les consommateurs qui veulent être certains de ne pas manger de porc (bonbons gélifiés sans gélatine de porc) ou de cheval. C’est une façon scientifiquement pertinente de garantir la « blockchain » ou « chaîne de responsabilité et d’information » qui va peu à peu s’établir dans toute la chaîne alimentaire. Grâce à un système d’enregistrement infalsifiable des données enregistrées depuis le champ jusqu’à l’étal, chacun d’entre nous pourra savoir précisément quel champ, cultivé par quel exploitant, a produit tel produit, à telle date, qui’l’apporte à tel atelier de telle usine, pour être ensuite acheminé dans votre magasin. 

Compte tenu de la sensibilité croissante des consommateurs à la crise climatique, à la préservation de l'environnement et aux pratiques de travail illégales, cette garantie va devenir  de plus en plus populaires.
Cependant, ce système ne peut ne pas être aussi facile pour vérifier des denrées qui sont issues de mélanges de lots de différentes provenances comme par exemple, le cacao ou le café.Les méthodes de vérification de Phylagen seraient difficiles pour ses produits, car les fèves de cacao - comme l'huile de palme et d'autres cultures - proviennent de différentes exploitations et sont mélangées près de leur point d'origine. 

Pour les entreprises dont la responsabilité est enchaînée, la technique ADN pourra leur permettre de faire des contrôles sûrs sur la qualité des denrées qu’elles transforment.

Ce mode de contrôle des produits de consommation est-il fiable sur le long terme ou est-il facilement contournable par les industriels ?

Stéphane Gayet : Il est en principe fiable, mais c’est extrêmement complexe. Etant donné que la société Phylagen n’a pas de réel concurrent, elle est peu contrôlable actuellement. Néanmoins, elle semble sérieuse et digne de confiance, mais attendons.

Quand un grossiste épingle un importateur, certificat en mains, parce qu’il lui a menti sur le lieu de production exact d’un lot de biens de consommation, cet importateur peut se défendre et entamer un contentieux ; si l’affaire était portée en justice, cela pourrait donner lieu à un combat juridique inédit.

Quant à la possibilité pour les importateurs de contourner ces contrôles, en se procurant des microbiomes de divers lieux de production, ou en essayant de dénaturer les microbiomes (altération des ADN) qui accompagnent les produits finis et conditionnés pour la vente, cela paraît vraiment peu réalisable et donc fort peu probable.

Aujourd’hui, on accomplit des prouesses technologiques pour combattre la fraude et c’est admirable. Mais dans tout cela, il faut faire attention à ne pas perdre de vue que ces prestations de contrôle - permises par les nouvelles technologies - sont très coûteuses et que, de toute façon, certains importateurs vont chercher coûte que coûte à échapper à ces contrôles ; Et y arriveront-ils ?

Béatrice de Reynal : A l'évidence, les entreprises alimentaires cherchent de meilleures façons de rendre les chaînes d'approvisionnement plus transparentes, et elles sont parfois inquiètes de leurs fournisseurs lorsque, par exemple, un aléa climatique perturbe les approvisionnements, et que des alternatives se présentent. Pénurie de fraise et un grossiste propose des fraises bon marché ? Mais d’où viennent-elles ? De Chine? Louche. 

Comme elles sont co-responsables non seulement de leurs fournisseurs, mais de leurs chaînes d’approvisionnement et qu’elles ne peuvent pas toujours faire confiance à ce types de partenaires à l’étranger, la technologie de suivi et de traçabilité impliquant des codes à barres scannés et des étiquettes d'identification par radiofréquence permettent de surveiller les conteneurs d'expédition lorsqu'ils se dirigent vers l'entrepôt. Mais à mesure que les chaînes d'approvisionnement se démultiplient, le risque d'avoir des produits contrefaits doit impérativement être réduit. Un des  principaux atouts de la technique est de pouvoir détecter la sous-traitance non autorisée, qui peut être liée au travail forcé ou à des pratiques environnementales préjudiciables.

La demande pour des méthodes plus résistantes augmente.. Or, le suivi et la traçabilité représentent une industrie de 2,2 milliards de dollars, selon Grandview Research.

Ce type d’analyse ADN va donnes banaliser et parallèlement, réduire ses coûts qui sont encore trop élevés pour être appliqués aux denrées les moins chères.