Faute de posséder les enzymes nécessaires, aucun membre du règne animal n’est en mesure de synthétiser la vitamine B12 [1]. Les bactéries constituent le point de départ de ce nutriment pour l’ensemble de la chaîne alimentaire.
Certaines espèces animales ont développé des symbioses avec les bactéries adéquates, qui leur permettent de s’approvisionner directement. Les systèmes digestifs des ruminants permettent aux micro-organismes de se multiplier avant d’atteindre les intestins, où se situent les zones d’absorption de la vitamine B12 (grâce à leurs estomacs à compartiments). Les espèces chez qui les bactéries se développent après les zones d’absorption intestinales pratiquent la coprophagie, comme les lapins (consommation des cæcotrophes). Les espèces prédatrices ou charognardes qui n’ont pas développé de symbiose bactérienne s’approvisionnent indirectement en consommant des animaux symbiotiques. La condition de l’espèce humaine était de consommer un minimum de produits d’origine animale pour satisfaire ses besoins vitaux en vitamine B12, jusqu’au jour où les bactéries adéquates ont été découvertes et cultivées. Les expériences prématurées d’alimentations compassionnelles s’étaient effectivement soldées par un échec, ou par le retour à la consommation de produits laitiers.
Depuis 1948, date de la découverte de la vitamine B12, les humains peuvent court-circuiter l’intégralité de la partie animale de la chaîne alimentaire en s’approvisionnant directement à la source originelle de ce nutriment : les bactéries.
Edward Rickes fut le premier humain à observer des cristaux de vitamine B12, alors qu’il répertoriait les substances produites au cours de la fabrication d’antibiotiques chez Merck, aux États-Unis. La purification d’un bain de fermentation bactérien aboutit à la progression d’un trait de couleur rose le long d’une colonne chromatographique [2]. Cette découverte fortuite permit d’établir l’origine bactérienne de la vitamine B12, dont l’isolement moléculaire avait précédemment été recherché dans les extraits de foie (sans succès). Des essais fructueux furent immédiatement conduits sur des sujets humains, sans expérimentation animale préalable.
C’est dans un bain de multiplication de Streptomyces griseus que la vitamine B12 a été isolée pour la première fois, des bactéries que l’on trouve très communément dans les sols, et qui leur donnent un parfum de terre (production de géosmine). Elles ont la particularité de se développer en filaments qui ressemblent à des chapelets (forme que notre mascotte rappelle). Malgré l’abondance des Streptomyces dans la nature, où ils dégradent les matières organiques, la vitamine B12 qu’ils produisent n’est présente dans les sols qu’à l’état de traces infimes. En raison de cette extrême insuffisance ainsi que des risques pathogènes qu’induit la géophagie (manger de la terre), ces traces naturelles sont totalement inutilisables par l’espèce humaine (pas de manière directe).
Les Streptomyces ont permis d’isoler une cinquantaine d’antibiotiques et fournissent encore la majorité des besoins mondiaux dans ce domaine, mais l’espèce humaine est très loin d’être la première à les avoir cultives. Depuis près de 50 millions d’années, certaines fourmis jardinières (du genre Atta) portent les filaments bactériens antibiotiques sur leur cuticule, afin de protéger leurs champignonnières de lépiotes contre leur parasite Escovopsis. Accessoirement, leurs Streptomyces fournissent également des nutriments aux cultures de lépiotes, dont les vitamines, permettant d’accroître la production de manière spectaculaire. Le cliché ci-dessous représente ces fourmis agricultrices, qui récoltent des morceaux de feuilles pour fournir un substrat de base à leurs champignonnières [3].
Les premières bactéries utilisées pour produire de la vitamine B12 étaient prélevées dans les sols. Il s’agissait des Streptomyces, puis des Pseudomonas denitrificans. D’autres bactéries et archéobactéries sont capables de produire de la vitamine B12 (environ 30 gènes sont nécessaires). Les micro-organismes aujourd’hui préférés sont ceux qui ne produisent pas de toxines. Par ordre de productivité :
- Propionibacterium freudenreichii ;
- Rhodopseudomonas protamicus ;
- Propionibacterium shermanii ;
- Pseudomonas denitrificans ;
- Nocardia rugosa ;
- Rhizobium cobalaminogenum ;
- Micromonospora sp. ;
- Streptomyces olivaceus ;
- Nocardia gardneri ;
- Butyribacterium methylotrophicum ;
- Pseudomonas sp. ;
- Arthrobacter hyalinus [4].
Concrètement, ces micro-organismes sont multipliés dans des cuves, comme dans de nombreux processus de fermentation. La vitamine B12 produite est alors extraite et purifiée.
Les processus peuvent varier, mais la plupart des brevets présentent des similitudes. La société Sanofi possède la plus grande unité de production mondiale, sur le site de Saint-Aubin-lès-Elbeuf. Son procédé commence par le développement d’une amorce à échelle réduite (en inocula). Les bactéries sont ensuite introduites dans des fermenteurs (cuves) fortement aérés et chargés en nutriments adéquats (mélasse ou sirop de maïs, par exemple) pour favoriser la multiplication des bactéries lors d’un cycle d’environ 200 heures [5]. D’autres procédés existent, car la multiplication peut s’opérer en présence ou en l’absence d’air, voire les deux en alternance, selon les bactéries sélectionnées.
L’extraction commence généralement par un refroidissement, puis par la rupture des membranes bactériennes, en acidifiant ou en alcalinisant le milieu afin de libérer le maximum de vitamine B12. La molécule est relativement fragile à la lumière. Les installations peuvent être aménagées afin d’éviter la pénétration des rayons lumineux. La vitamine B12 est enfin stabilisée au cyanure, qui lui confère une bien meilleure résistance à la lumière. Cette forme présente une innocuité totale, prouvée et reconnue internationalement. La cyanocobalamine sert aussi de base pour fabriquer d’autres formes de vitamine B12, comme la méthylcobalamine, par exemple.
Après libération et stabilisation, la cyanocobalamine est séparée de la biomasse par clarification mécanique (centrifugeuse, puis filtres de plus en plus fins sur des colonnes d’adsorption) avant d’être concentrée et cristallisée. La vitamine B12 à destination de la consommation humaine fait l’objet d’une déprotéinisation et de chromatographie pour atteindre un niveau extrêmement proche de la pureté (> 99 %). Les rares impuretés qu’on peut encore trouver à ce stade sont constituées d’analogues, des molécules inoffensives mais sans activité vitaminique aucune.
La synthèse totale de la molécule en laboratoire a fait l’objet de recherches qui aboutirent en 1972, mais son extrême complexité la rend inexploitable sur le plan commercial. De fait, l’intégralité de la vitamine B12 commercialisée est systématiquement d’origine bactérienne. Les entreprises productrices de vitamine B12 sont peu nombreuses dans le monde :
- CSPC (Chine) ;
- NCPC Victor (Chine) ;
- Sanofi (France) ;
- Yufeng Industry Group (Chine).
Tous les élevages n’ont pas recours à la supplémentation en B12, mais la majorité de la production mondiale est destinée à l’alimentation de certains animaux (volailles et cochons principalement), parce qu’elle permet d’augmenter la rentabilité de ces filières : administrée avec un cocktail d’autres nutriments, une vitamine B12 de qualité inférieure (impure) permet de végétaliser l’alimentation des animaux, ce qui a pour effet d’abaisser les coûts de production. Chez l’espèce humaine, le manque de vitamine B12 peut conduire à un arrêt de croissance, mais une prise dépassant les besoins n’augmente pas la croissance des enfants ni des adultes. Seuls les enfants qui accusent un retard de croissance peuvent éventuellement le rattraper lorsqu’il est imputable à une carence dans ce nutriment, mais pas totalement [6].
Les micro-organismes ont précédé les mammifères dans l’histoire de l’évolution. Les bactéries qui produisent de la vitamine B12 étaient un prérequis pour l’apparition de l’espèce humaine et de beaucoup d’autres, ne serait-ce qu’en raison de son rôle crucial dans l’hématopoïèse (formation et renouvellement des globules rouges). Sans la vitamine B12 bactérienne, l’espèce humaine n’existerait tout simplement pas. Nous en avons besoin, comme de respirer.
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NOTES
[1] Martens JH, Barg H, Warren MJ, Jahn D. Microbial production of vitamin B12. Appl Microbiol Biotechnol 2002;58(3):275-85.
[2] Karl A. Folkers. Interview by Leon Gortler at Folkers’s Summer Home, Sunapee, New Hampshire, 6 July 1990 (Philadelphia: Chemical Heritage Foundation, Oral History Transcript #0150).
[3] De nombreux articles sont parus au sujet des cultures complexes entretenues par les fourmis :
- Généralités : Hervé Morin. Les fourmis attines ont inventé l’agriculture il y a 50 millions d’années. Le Monde, 28 octobre 1998.
- Comparaison d’une culture de lépiotes avec et sans Streptomyces (pour des raisons éthiques, nous ne considérons que cette partie de l’étude) : Currie CR, Scott JA, Summerbell RC, Malloch D. Fungus-growing ants use antibiotic-producing bacteria to control garden parasites. Nature 1999;398(6729):701-4.
[4] Survase SA, Bajaj IB, Singhal RS. Biotechnological production of vitamins. Food Technology and Biotechnology 2006;44(3):381-96.
[5] DRIRE. Rapport de l’inspecteur des installations classées au Conseil départemental d’hygiène. Installations classées. Société AVENTIS RHONE POULENC BIOCHIMIE, 26 octobre 2004.
[6] Campbell JA, McLaughlan JM. Vitamin B12 and the growth of children: a review. Can Med Assoc J 1955;72(4):259-63.
