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1 UNIVERSITE FERHAT ABBAS –SETIF 1 FACULTE DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA V

1 UNIVERSITE FERHAT ABBAS –SETIF 1 FACULTE DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA VIE DEPARTEMENT DES ETUDES DE BASE Cour Introduction aux biotechnologies A l’usage des étudiants de L2 Biotechnologie Elaboré par : Dr AMOR Loubna 2 Ӏ. Introduction Ӏ.1. Définitions Ӏ.1.1. Qu’est ce que la Biotechnologie La biotechnologie est une science multidisciplinaire qui associe les potentialités d‘une entité vivante ou une partie de cette entité à différentes techniques et procédés dans un but économique. Actuellement la biotechnologie est considérée parmi les technologies les plus émergentes, en raison des grands progrès de la biologie moléculaire ces dernières années. I.1.2. Origine étymologique du mot Biotechnologie Le mot biotechnologie est formé de deux termes :  Bio dont l‘origine grec est Bios ce qui signifie la vie. Ce terme à évolué au mot Biologie au début du XIXème .  Technologie venant du grec Technologia. Ce mot est apparu dans les textes français en 1656 pour désigner « l‘étude des techniques, des outils, des machines et des matériaux » Selon Robert Bud, le terme «biotechnologie» a été utilisé par le hongrois Károly Ereky en 1919 pour décrire une technologie basée sur la conversion des matières premières organiques en un produit plus utile dans un livre intitulé «La biotechnologie de la viande, la graisse et la production de lait dans une agriculture à grande échelle». Depuis son apparition, la notion de la biotechnologie a été définie de diverses manières. Ӏ.1.3. Quelques Définitions de la Biotechnologie Donner une définition de la biotechnologie s‘avère difficile car le domaine englobe différentes activités scientifiques et de production. En outre, la biotechnologie couvre une vaste gamme de concepts biologiques et technologiques. Cependant, l‘absence d‘une définition générale n‘a pas freiné la progression du développement biotechnologique. Ceci est une liste des définitions de la biotechnologie utilisées par les organisations de divers pays. La plupart de ces définitions englobent les biotechnologies anciennes et nouvelles. 3 A. Définition des Nations Unies  Selon l‘article 2 de la Convention des Nations Unies sur la diversité biologique de Rio 1992, la biotechnologie est définie comme : «toute application technologique utilisant des systèmes biologiques, organismes vivants, ou leurs dérivés, pour fabriquer ou modifier des produits ou des procédés spécifiques ».  Selon l‘article 3 du Protocole de Cartagena, signé à Montréal en Janvier 2000 sur la prévention des risques biotechnologique, la définition tient compte de deux aspects distincts : a- La biotechnologie comme «l‘application des acides nucléiques et des techniques in vitro, y compris l‘acide désoxyribonucléique recombinant (ADN) et l‘injection directe d'acides nucléiques dans les cellules ou les organelles, b- la fusion de cellules de familles taxonomiques différentes, pour surmonter les barrières physiologiques de reproduction ou recombinantes. Ces fusions sont différentes des techniques utilisées dans sélection et élevage traditionnels. B. Définition de la FAO (Organisation des Nations-Unies pour l’Alimentation et l’Agriculture) Cette organisation donne deux définitions complémentaires de la biotechnologie : « L‘utilisation de procédés biologiques ou d‘organismes vivants pour la production de matières et de services bénéfiques à l‘humanité. La biotechnologie implique l‘utilisation de techniques qui augmentent la valeur économique des végétaux et des animaux et développent des microorganismes afin d‘agir dans l‘environnement ». « La biotechnologie implique la manipulation, sur des bases scientifiques, d‘organismes vivants, particulièrement à l‘échelle génétique, afin de produire des nouveaux produits tels que les hormones, les vaccins, les anticorps monoclonaux, etc. ». Ӏ.2. Les origines des biotechnologies Ӏ.2.1. La fermentation C‘est un phénomène naturel, se produisant lors de la décomposition de la matière organique par les microorganismes, substrats glucidiques notamment, sans utilisation 4 d'oxygène. Au cours de cette dégradation il y a production d‘acide, d‘alcool ou de gaz. Ce sont des molécules d‘intérêts, qui présentent un bénéfice pour l‘homme. LES CHAMPS D’APPLICATION DES PRODUITS DE LA FERMENTATION  Dans les industries alimentaires.  Dans les applications médicales et pharmaceutiques.  Dans les industries du plastique  Dans les industries minières. Ӏ.2.2. La génétique La génétique a considérablement évolué, c‘est une branche qui regroupe plusieurs disciplines liées à l‘ADN et qui concourent à la compréhension de l‘expression des caractères héréditaires et à leurs régulations. La connaissance de la nature chimique de l‘ADN puis son organisation spatiale élucidée par Watson et Crick en 1953 ont ouvert de nouvelles perspectives d‘études très fines sur l‘ADN qui s‘inscrivent dans le domaine de la biologie moléculaire. Ӏ.2.3. Culture cellulaire La culture cellulaire est un procédé qui permet aux cellules de se reproduire en dehors de leur milieu de vie naturel ou de l'organisme dont elles proviennent. Les scientifiques ont mis au point le procédé de culture cellulaire pour cultiver des microorganismes en dehors de leur milieu d'origine. Plusieurs types de cellules peuvent être cultivés : des micro-organismes unicellulaires (bactéries, levures, etc.) et des cellules provenant d'organismes pluricellulaires (végétaux et animaux). En les cultivant en laboratoire, on peut contrôler leur croissance et obtenir de grandes quantités de microorganismes ou de substances utiles. Il existe plusieurs applications à la culture cellulaire, entre autres :  permettre aux chercheurs de mieux comprendre le fonctionnement des cellules;  permettre de tester des médicaments, des produits de beauté ou encore de vérifier latoxicité de certains produits chimiques et ainsi éviter des tests sur les animaux;  permettre la production de certains vaccin dont les virus se développent à l'intérieur des cellules; 5  permettre de produire des tissus tels que de la nouvelle peau pour les grands brûlés. Ӏ.2.4. L’ADN recombinant L‘intérêt de l‘ADN recombinant à commencé dès 1970. Il est lié à la découverte d‘enzymes de restriction qui coupent de manière spécifique (à des sites spécifiques) l‘ADN de n‘importe quelle espèce. Des lors, l‘idée de couper une molécule d‘ADN puis insérer un fragment issu d‘une autre molécule était envisageable. Ainsi des fragments d‘ADN d‘intérêt pouvaient être coupés d‘un organisme donneur par les enzymes de restrictions puis inséré directement dans l‘ADN d‘un organisme hôte afin de faire exprimer de nouveaux caractères inexistants chez l‘hôte par l‘intermédiaire de vecteurs représentés le plus souvent par des plasmides bactériens. Dans ce dernier cas, les vecteurs ADN recombinant se multiplient au rythme des divisions bactériennes et on obtient des milliers du vecteur recombinant porteur du fragment d‘ADN inséré. On dit alors que le vecteur recombinant est cloné. Quelques protéines recombinantes synthétisées dans les cellules de levure Saccharomycetes cerevisiae : Protéine de surface du virus de l‘hépatite B. Protéine du parasite de la malaria. Facteur de croissance des plaquettes. Ӏ.2.5. Transgénèse et géni génétique C‘est le transfert artificiel par un vecteur d‘un organisme à un autre (l‘hôte) d‘une autre espèce, avec la possibilité de réplication et d‘expression. Il ya donc manipulation directe comparable à de la chirurgie sur l‘ADN des micro-organismes, végétal ou animal. Le génie génétique désigne toutes les techniques et procédés qui se rapporte aux travaux de recombinaison de l‘ADN dans le domaine médical, de la recherche pharmaceutique, l‘agriculture, l‘agroalimentaire et l‘environnement. Il est devenu envisageable de réaliser des microorganismes, des plantes ou animaux transgéniques en introduisant chez ces êtres vivants une séquence d‘ADN étranger appelée transgène dans une cellule somatique ou gamète qui après fécondation, produirait un organisme transgénique pouvant synthétiser, par exemple, des protéines non synthétisée chez l‘organisme normale de la même espèce. 6 Ӏ.2.6. Le génie Enzymatique Les enzymes sont des catalyseurs des réactions métaboliques spécifiques des organismes vivants. Elles possèdent deux propriétés importantes que sont : leur spécificité et leur régulation. De manière générale les enzymes sont peu stables et solubles en phase aqueuse. Leurs utilisation, en dehors de l‘organisme vivant, à des fins industrielles comme c‘est le cas en biotechnologie, est très difficile en raison de leur instabilité et la perte de l‘activité catalytique d‘où l‘intérêt de leur immobilisation. L‘immobilisation des enzymes est indispensable soit : - Pour la réalisation de bioréacteurs utilisables à l‘échelle industrielle. - Pour la réalisation de biocapteurs dans les appareils de mesure et de détection. Ӏ.2.7. La biorémédiation C‘est une technique de gestion des déchets par l'utilisation d'organismes pour supprimer ou neutraliser les polluants ou contaminants à partir d'un site contaminé. La manipulation génétique a permis d‘obtenir des microorganismes et des enzymes spécifiques de dégradation et de métabolisation des produits résiduaires toxiques. L‘utilisation de microorganismes ou d‘enzymes constitue une technique moins polluante et des déchets plus biodégradables. Quelques exemples de techniques de biorémédiation : -Obtention de méthane et de gaz à partir de déchets solides urbains. -Digestion de déchets végétaux via bactéries, épurateurs biologiques. -Dégradation des hydrocarbures par les microorganismes. Ӏ.3. Définition des biotechnologies vertes, blanches, et rouges.etc. Le concept central de cette section est que la biotechnologie est de nos jours un domaine très large de la recherche scientifique et le terme «biotechnologie» englobe de nombreux processus et applications. Beaucoup de ces utilisations ne viennent pas immédiatement à l'esprit lorsque le terme «biotechnologie» est mentionné. Cette section couvre le spectre des principales applications de la biotechnologie en utilisant le code 7 des coleurs biotechnologie verte liée à l'agriculture, rouge liée à la médecine, blanc à l'industrie, etc. (voir Fig. 1) Figure 01 : Principales applications de la biotechnologie utilisant le code des couleurs Ӏ.3.1.La biotechnologie rouge rassemble toutes les uploads/Science et Technologie/ cours-introduction-aux-biotechnologies-l2-biotechnologie.pdf