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Biotechnologies et production de molécules d’intérêt Par définition, les biotec

Biotechnologies et production de molécules d’intérêt Par définition, les biotechnologies correspondent à l’ensemble des méthodes et des techniques utilisant des composants du vivant (molécules, organites, cellules, organismes) pour rechercher, modifier ou produire des substances chimiques ou des éléments d’origine végétale, animale ou microbienne. Les différents domaines d’application de la biotechnologie sont définis selon des couleurs. Définition des molécules d’intérêt Les molécules d’intérêt sont à l’origine des métabolites ou composés organiques synthétisés par la voie biologique. Ces molécules biologiquement actives d’origine animale, végétale et microbienne sont utilisées dans les domaines de l’industrie agroalimentaire et pharmaceutique. Métabolites primaires Métabolites secondaires Caractéristiques -Substances vitales -Faible poids moléculaires -Produits par le métabolisme I aire -Rôle directe dans la croissance, le développement et la reproduction d’une cellule ou d’un organisme. -Ne sont pas impliqués directement dans la croissance -Rôle dans l’adaptation des organismes à l’environnement (en relation avec les stress biotiques, abiotiques -Améliorent l’efficacité de la reproduction des organismes. Exemples -Acides aminés, -Sucres, -Acides gras et lipides -Vitamines (B2 et B12), -Acides organiques, -Nucléotides -Polyols. -Antibiotiques, -Alcaloïdes, -Hormones de croissance -Terpènes -Composés phénoliques Domaine de l’agroalimentaire L’agroalimentaire est un secteur de la transformation industrielle des produits agricoles (d’origine végétale et animale) en denrées alimentaires destinées à l’alimentation humaine et animale. Les produits agricoles peuvent être soumis à des procédés biotechnologiques traditionnelles et modernes afin d’améliorer la production et la qualité nutritionnelle des aliments. Procédés biotechnologiques dans le domaine de l’agroalimentaire Fermentation: c'est une réaction biochimique qui consiste à produire de l’énergie à partir d’un substrat organique sous l’action d’enzymes microbiennes et à libérer des produits. Cette réaction ne fait pas intervenir d’O2, elle se déroule en absence d’air (anaérobiose). Bioconversion: c’est la production de nouvelles molécules à partir des molécules déjà existantes, suite à une série de transformations (hydrolyse, isomérisation, désionisation, etc.) de la matière organique issue des végétaux ou des animaux, dans des conditions expérimentales spécifiques. Transgénèse: c’est le transfert artificiel d’un gène par un vecteur d’un organisme à un autre d’une autre espèce (l’hôte), avec la possibilité de réplication et d’expression. Selon le type de produits libérés par les microorganismes fermentaires on distingue: Fermentation Fermentation acétique • Production de vinaigre Fermentation lactique Production de yaourt Fermentation alcoolique • Production d’alcool Levée de la pâte grâce au CO2 l’alcool s’évapore lors de la cuisson Levure sèche Bioconversion Elle s’effectue grâce à la catalyse des enzymes (libres ou immobilisées) contenues dans les microorganismes et des cellules (libres ou immobilisées). Les bioconversions ne sont possibles qu’à l’aide de biocatalyseurs. La bioconversion se fait comme suit : Un biocatalyseur est une molécules naturelle (enzymes, hormones, vitamines, etc.) qui accélère une réaction de transformation biochimique sur des composés organiques Exemple : Bioconversions des arômes (Vanilline) La vanilline est actuellement l’arôme le plus utilisé dans l’industrie agroalimentaire. Elle est produite suite à une bioconversion de plusieurs précurseurs (métabolites) tels que l’acide férulique ou l’acide vanillique par des champignons filamenteux. Pour le cas de l’acide férulique, le champignon Pycnoporus sp est capable de transformer ce précurseur, dans un milieu de culture spécifique, en accumulant de la vanilline dans le milieu. Transgénèse Dans l'industrie laitière, l'enzyme de fermentation plus connue est la chymosine (présure), enzyme clé de la fabrication des dérivés laitiers (fromage). Actuellement, elle peut être produite par des souches génétiquement modifiées (OGM). Le gène de la prochymosine isolé initialement dans une cellule de l'estomac de veau, est introduit dans le génome d’un micro-organisme, qui produit la prochymosine, transformée en chymosine. Le produit final est totalement purifié et ne contient pas de trace de la souche qui a servi à sa production. L'industrie pharmaceutique est le secteur économique qui regroupe les activités de recherche, de fabrication et de commercialisation des médicaments pour la médecine humaine ou vétérinaire. Domaine de l’industrie pharmaceutique Principales industries pharmaceutiques algériennes Les substances pharmacologiques actives d’origine microbienne, végétale ou animale sont les antibiotiques, les hormones stéroïdes et peptidiques, les vitamines, et les enzymes, etc. Procédés biotechnologiques dans le domaine pharmaceutique 1) Production d’antibiotiques par fermentation: Pénicilline La pénicilline est un antibiotique issu de la moisissure d’un champignon Penicillium notatum découvert en 1928 par Alexandre Fleming. Fermentation du champignon Culture de Penicillium Fermenteurs (culture liquide nutritif, stérile, pH déterminé).) Pénicilline naturelle Un antibiotique est une substance chimique produite par des microorganismes, ou obtenues par semi-synthèse ou synthèse chimique. Cette substance est capable d’inhiber spécifiquement la croissance des microorganismes ou de les détruire. 3) Production des antioxydants Dans l’organisme le processus d’oxydation conduit à la formation de radicaux libres qui dérivent de l’oxygène. Ces radicaux très instables forment par des réactions chimiques des espèces réactives d’oxygène (ERO) dont le H2O2, O- 2. Une surproduction de (ERO) conduit à un stress oxydatif associé à de nombreuses pathologies (vieillissement, l’athérosclérose, le cancer, le diabète, les maladies rhumatismales, etc.). La défense contre les ERO est assurée par des molécules appelées « Antioxydants » chargées de les neutraliser . Synthèse par fermentation de la vitamine C (Reichstein et Grüssner (1934). Les puissants antioxydants apportés par les végétaux sont: des polyphénols (acides phénoliques, flavonoïdes), des vitamines (E, A et C ou acide ascorbique) et quelques minéraux (sélénium, zinc). Ces derniers retardent ou ralentissent les processus d’oxydation. Molécules Origine Synthèse Intérêts Rôles (mode d’action) Flavonoïdes et Tanins Végétale (Phénols) Synthétisés naturellement chez les végétaux Industriel, pharmaceutique Antioxydants, anti- inflammatoires, antivirales, défense contre les parasites, protection du foie, etc. Insuline Animale (Hormone protéique) Naturellement sécrétée par le pancréas et produite en très grande quantités par génie- génique chez les bactéries et les levures Industriel, pharmaceutique Permet l'absorption du glucose présent dans le sang par les cellules du corps. Corticoïdes Animale (Hormone Stéroïdienne) Naturellement sécrétés par les glandes surrénales et fabriqués par la chimie industrielle Industriel, pharmaceutique Anti-inflammatoires les plus puissants connus, immunosuppressives, anti-allergiques. Antibiotiques Culture des microorganismes Naturels ou synthétiques Industriel, pharmaceutique Lutter contre des infections bactériennes Amidon Végétale (Glucides) Synthétisé naturellement. Très abondant chez les céréales Industriel, Agroalimentaire Production des sirops à haute teneur en glucose et fructose, à qualités diététiques et industrielles intéressantes Huile Végétale (Tournesol, olives, arachide, soja) Huile naturelle, extraite à partir de culture des plantes Industriel, Agroalimentaire -Indispensables pour l’homme -Utilisées comme émulsifiants et conservateurs de viande Enzymes Microorganismes Métabolites de fermentation des bactéries et levures Industriel, Agroalimentaire « Traitement des denrées alimentaires » Protéases (facilite l’attendrissement des viandes), lipases (améliorent le volume du pain), amylases (préserve la fraîcheur du pain et des gâteaux). Exemples de molécules d’intérêt d’origine végétale, animale et microbienne •Création d’emplois par le développement des micro-entreprises visant à valoriser de nombreux sous-produits d’origine microbienne, végétale et animale; •Réduction des coûts de production et accroissement de la production ; •Amélioration de l'efficacité et la productivité dans plusieurs domaines, •Risque de réduction de la biodiversité, L’introduction d’un même gène à de nombreuses espèces entraine une concentration des efforts de sélection sur un nombre réduit d’animaux, •Un risque sur la santé humain, Le gène introduit lors de la fabrication d’un OGM peut coder pour une protéine nouvelle de type allergisant, ceci va augmenter les risques d’allergie à certains groupes d’aliments (crustacés, œufs, poissons, lait,). Impact socio-économique L’impact socio-économique des biotechnologies des molécules d’ intérêts peut être résumé comme suit : uploads/Industriel/ chap-5-biotechnologies-et-production-de-molecules-dinteret.pdf