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L2 Biotechnologie Introduction aux biotechnologies M. Saoudi responsable de mod

L2 Biotechnologie Introduction aux biotechnologies M. Saoudi responsable de module 1 Chapitre un : Introduction 1- Définition La définition des Biotechnologies n’est pas simple. Ce terme se compose de « bio » du grec bio, vie, et « technologie », dérivé du grec tekhnologia, littéralement traite ou dissertation sur un art, notion qui a fait son apparition au XIXe siècle et qui désigne les études des outils et des techniques ( du grec techné , art naturel). Les biotechnologies se réfèrent donc aux techniques qui ont prise sur la vie, avec l’objectif de la modifier, de l’apprivoiser. En réalité, les BT font leur apparition au moment où l’homme cueilleur-chasseur a commencé à se sédentariser et à utiliser le vivant à son profit. Elles sont nées avec la culture et l’élevage, lorsque l’homme a finalement commencé à intervenir sur la nature et à remodeler l’environnement dans lequel il se développait. Il s’agit donc de techniques très anciennes, mais qui aujourd’hui possèdent une puissance transformatrice sans procèdent. 2- Evolution et origines des biotechnologies La biotechnologie ne date pas d’hier, elle était déjà présente dans les sociétés primitives (élaboration de pain, de fromage, de vin, de bière, etc.). Le terme « biotechnologie », il a été inventé par Karl Ereky en 1919 pour décrire l’interaction entre la biologie et la technologie. Cependant, la biotechnologie n’est pas que biologie et technologie, il s’agit d’un effort multidisciplinaire mis en place par l’humanité depuis plus de 5 000 ans. Avec les débuts de la culture des plantes, de l’élevage des animaux, de l’élaboration de la bière ou du vin et de la production de fromage, c’était l’application des principes de la biotechnologie au sens large que l’on mettait en place. 2-1 Les domaines d’application de la biotechnologie La biotechnologie est de nature pluridisciplinaire, Impliquant l'apport de : Ingénierie , Informatique , Biologie cellulaire et moléculaire , Microbiologie , Génétique, Physiologie , Biochimie , Immunologie, Virologie, Technologie de l'ADN recombinant, Etc… 2-2 Evolution des biotechnologies au fil du temps - 8000-2000 av. J.-C domestication humaine du blé et la première culture de la pomme de terre. La biotechnologie utilise la levure pour lever du pain et pour fermenter la bière (Égypte). - 500 av J.C Premier antibiotique: Caillé de soja moisi (tofu) utilisé pour traiter les furoncles (Chine) L2 Biotechnologie Introduction aux biotechnologies M. Saoudi responsable de module 2 -1797 découverte du premier vaccin: Edward Jenner prend du pus d'une lésion de la variole de la vache, l'insère dans une incision sur le bras d'un garçon. -1800: innovation des protéines, 1833:isolement du premier enzyme. - 1857: Louis Pasteur propose que les microbes causent la fermentation. plus tard après, il mène des expériences soutenues la théorie des « germes responsables de la maladie » Importance des ressources biologiques Les ressources biologiques représentent un enjeu majeur pour au moins quatre raisons : • Elles constituent un patrimoine, par leur richesse et leur diversité. Ce réservoir de gènes que constituent les collections doit être conservé et protégé. • Elles sont un objet d'étude exigeant des conditions de recueil, de conservation et d'accessibilité rigoureuses. • Elles soulèvent d'importantes questions juridiques, s’étendant au niveau international, et ne peuvent évidemment pas être considérées comme une simple marchandise, particulièrement en ce qui concerne la traçabilité et la biodiversité. • Elles sont à l'origine d'innovations biotechnologiques en matière agroalimentaire et de santé. 3- Les enjeux actuels des biotechnologies Les progrès des techniques et des connaissances en génétique moléculaire ont permis de développer des applications qui concernent chacun d’entre nous. Aujourd’hui, l’Homme est en mesure d’analyser ou de modifier le patrimoine génétique de n’importe quelle cellule, organisme ou espèce. Cela concerne en particulier son propre génome. 3-1 – Les organismes génétiquement modifiés, ou OGM L’introduction d’un gène étranger dans un organisme receveur (transgénèse) ou bien la modification ciblée d’un gène naturellement présent permettent de faire acquérir à des cellules et donc à des organismes, des propriétés nouvelles. On qualifie ces organismes d’« organismes génétiquement modifiés » ou OGM. a)Obtenir des OGM  Le choix du gène à introduire (transgène) ou à modifier est motivé par la connaissance de son rôle et de l’effet escompté au niveau de l’OGM.  Le transgène a été préalablement cloné, ce qui permet de construire in vitro un vecteur moléculaire capable de transformer des cellules et d’y faire exprimer la séquence codante transgénique. L2 Biotechnologie Introduction aux biotechnologies M. Saoudi responsable de module 3  Pour transformer des cellules, on leur injecte la « construction moléculaire », soit par micromanipulation, soit en utilisant un champ électrique intense, soit, en utilisant un vecteur plasmidique ou viral.  La reconstitution d’un organisme entier à partir des cellules transformées fournit un OGM capable de transmettre le transgène si celui-ci est présent dans les cellules germinales (cas des animaux) ou même somatiques (cas des végétaux).  On reconstitue un OGM végétal à partir d’un cal issu de cellules transformées. La production de Drosophile transgénique se fait par transformation directe de l’embryon par une construction moléculaire. Une façon de produire un Mammifère transgénique est d’agréger des cellules transformées à un très jeune embryon obtenu in vitro puis à réimplanter cet embryon dans une « mère porteuse ». b) De multiples applications  Le domaine végétal oriente les utilisations des OGM vers deux directions : amélioration des qualités agronomiques (résistance à des agents infectieux ou à des ravageurs) et synthèse de molécules intéressantes pour l’Homme (« alicament »).  Le domaine animal porte principalement sur des applications médicales, même si des effets sont actuellement recherchés chez des animaux d’élevage.  Le domaine, plus traditionnel, de la microbiologie s’appuie aussi sur les OGM pour la production de protéines, souvent humaines, utiles à l’Homme : hormone de croissance, insuline, interféron. c) Un débat de société  Les modifications génétiques inquiètent de nombreuses personnes qui voient dans les OGM des risques de dispersion par transfert de gènes et une menace sur la biodiversité et l’environnement. Les consommateurs peuvent aussi appréhender de consommer des OGM ou des animaux nourris avec des OGM.  Les soucis des chercheurs (mais aussi des décideurs politiques, des industriels et des législateurs) d’informer le public tend peu à peu à réduire ces craintes, mais le débat reste ouvert. 4 – Prévision et diagnostic en génétique humaine 4-1 La trisomie 21  Le risque qu’un fœtus soit atteint de trisomie 21 augmente considérablement avec l’âge maternel. C’est pourquoi une amniocentèse suivie d’un caryotype est systématiquement proposé à la femme enceinte à partir de 38 ans.  De plus, toutes les femmes, quel que soit leur âge, se voient proposer un dosage sérique de protéines dont les concentrations peuvent être anormales en cas de trisomie 21.  Si le risque que le fœtus soit atteint de cette anomalie chromosomique est élevé, une amniocentèse suivie d’un caryotype est proposée. L2 Biotechnologie Introduction aux biotechnologies M. Saoudi responsable de module 4  Néanmoins, l’échographie reste la technique la plus efficace (mais plus tardive) pour détecter les anomalies fœtales. Dans ce cas, un diagnostic sera proposé aux parents. 4-2 Les maladies géniques Dans le cas de maladies géniques, il n’est possible de calculer le risque pour un couple d’avoir un enfant atteint que dans certaines conditions :  Pour une maladie autosomique récessive comme la mucoviscidose, lorsqu’il y a déjà eu naissance d’un enfant atteint, le risque est égal à ¼.  Pour une maladie liée au sexe (myopathie de Duchenne ou hémophilie), lorsqu’il y a naissance d’un premier garçon atteint ou lorsqu’il y a suspicion de l’état conducteur de la mère par la connaissance de la généalogie, le risque est nul pour une fille et égal à ½ pour le garçon.  Pour une maladie autosomique dominante, l’un des deux parents étant atteint, le risque est égal à 1/2. 4-3 Les diagnostics  Un diagnostic prénatal peut être réalisé si le risque d’une maladie génétique est élevé.  Les chromosomes ou l’ADN fœtal proviennent de cellules amniotiques en suspension dans le liquide ponctionné par amniocentèse (vers les 16e ou 17e semaines de grossesses) ou de cellules du trophoblaste obtenues par biopsie (vers les 11e ou 12e semaines).  Un diagnostic pré-symptomatique peut être réalisé sur l’enfant ou l’adulte, notamment pour les maladies qui se manifestent plus tardivement au cours de la vie comme la chorée de Huntington. 5 – La thérapie génique somatique Cette nouvelle technique consiste à modifier l’information génétique des cellules d’un tissu afin de corriger les effets d’un allèle pathologique. 5-1 Les techniques  Le plus souvent, l’allèle pathologique est un allèle déficient. Le principe consiste alors à introduire un allèle fonctionnel dans des cellules cibles, judicieusement choisies : celles des tissus impliqués dans la pathologie. L’allèle « correcteur » s’y exprime et atténue ou supprime l’état pathologique. L2 Biotechnologie Introduction aux biotechnologies M. Saoudi responsable de module 5  L’allèle correcteur peut être transféré dans des cellules qui ont été prélevées sur le patient et mises en culture. Une fois transformées et sélectionnées, ces cellules sont réintroduites dans l’organisme : c’est la thérapie génique ex vivo. uploads/Science et Technologie/ chapitre-un 1 .pdf