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L’industrie des biotechnologies Le mot biotechnologie désigne des technologies

L’industrie des biotechnologies Le mot biotechnologie désigne des technologies de pointe exploitant des processus cellulaires ou moléculaires, nos connaissances croissantes des mécanismes de fonctionnement des êtres vivants. Leur développement repose sur le passage dans le monde industriel de techniques issues de la recherche. Grâce au génie génétique (la transformation d’amidon en sucre, la production d’hormones comme l’insuline, etc.) Ainsi, les progrès de la recherche en génétique profitent directement aux industries des biotechnologies, qui utilisent couramment des organismes génétiquement modifiés (OGM) pour des applications très diverses. L’invention du génie génétique, rend possible la manipulation des gènes un à un, leur modification et leur introduction à volonté dans n’importe quel organisme. Les biotechnologies permettent aussi de créer des produits inconcevables auparavant Example: Rennin Production ⚫The protein rennin is used to coagulate milk in the production of cheese. ⚫Rennin has traditionally been made in the stomachs of calves which is a costly process. ⚫Now scientists can insert a copy of the rennin gene into bacteria and then use bacterial cultures to mass produce rennin. ⚫This saves time, money, space and animals. Rennin in the top test tube… not there in the bottom one. Dans quels domaines les biotechnologies trouvent-elles des applications ? • dans les domaines de la santé, de l’agriculture, de l’agroalimentaire, de la chimie, de l’énergie et de la protection de l’environnement. • Les biotechnologies rendent possible la création de produits inédits, inconcevables sans leur intervention : EX: l’érythropoïétine (EPO) pour le traitement de certaines anémies. Les ventes d’EPO représentent le plus gros chiffre d’affaires des médicaments produits par génie génétique. On peut également citer l’interféron utilisé contre le cancer, certaines hormones. • Les biotechnologies sont aussi utilisées pour résoudre de nombreux problèmes de détection et de traçabilité. • Les enzymes introduites dans les lessives permettent de laver le linge à basse température, sans ajouter de phosphates, diminuant ainsi la consommation d’énergie et limitant la pollution. l’importance des enzymes pour les biotechnologies ? • Les enzymes sont des protéines. Elles sont au cœur du fonctionnement des êtres vivants car elles accélèrent toutes les réactions chimiques qui se produisent dans les cellules. • Les enzymes permettent une chimie douce car elles travaillent dans des conditions compatibles avec la vie alors que les catalyseurs chimiques nécessitent souvent des environnements très agressifs (température, pression, acidité) pour être actifs. – la synthèse chimique de l’alcool nécessite une température supérieure à 250°C et une pression de 50 atmosphères alors que les micro-organismes la réalisent à température ambiante • Ils permettent de faire de la bière avec de l’orge et de la levure. Cette transformation met en jeu toute une batterie d’enzymes, chacune d’elles réalisant une étape bien spécifique. – Il y a notamment celles de la graine, qui transforment l’amidon en sucre (le maltage), puis celles de la levure de bière, qui transforment le sucre en alcool et en gaz carbonique (la fermentation). Les techniques de base en biotechnologie Quelles sont les bases scientifiques des biotechnologies ? Les biotechnologies modernes exploitent nos connaissances croissantes des mécanismes de fonctionnement des êtres vivants. L’unité élémentaire des êtres vivants est la cellule. - Le génome est localisé dans le noyau. Il est composé de gènes. - Les gènes contiennent notamment l’information nécessaire pour que la cellule fabrique les enzymes et les hormones. - Les enzymes accélèrent les réactions chimiques nécessaires à la vie. Les cellules contiennent aussi des produits de réserve (matière grasse, sucre, amidon, etc.). Qu’appelle-t-on mutation, génie génétique et OGM ? • La mutation est une modification du génome. Les mutations se produisent spontanément Elles peuvent aussi être provoquées artificiellement par des radiations, des produits chimiques ou par génie génétique. La plupart des mutations n’ont pas de conséquences visibles. Cependant, certaines changent le fonctionnement des êtres vivants. C’est pour cela que les mutations constituent un des moteurs de l’évolution. • Le génie génétique désigne l’ensemble des techniques permettant d’introduire dans un organisme vivant un ou plusieurs gènes, même s’ils proviennent d’une autre espèce. Transférer un gène d’un organisme à un autre : cloner un gène, et les organismes ainsi obtenus sont appelés « organismes transgéniques » ou bien « organismes génétiquement modifiés » (OGM). - Le premier animal OGM (une souris) a été obtenu en 1981 - la première plante OGM (un tabac) en 1983 • Le génie génétique est utilisé chez l’homme dans le but de traiter des maladies. On parle alors de thérapie génique. Le premier succès a été obtenu en 2000 avec la guérison en France de « bébés bulles ». Son utilisation reste cependant isolée en raison d’effets secondaires graves (notamment le déclenchement inopiné de cancers). • Le génie génétique rend possible aussi la fabrication de molécules complexes impossibles à extraire industriellement car leur concentration est trop faible. • Exemple de l’érythropoïétine (EPO), une hormone permettant de traiter certaines formes d’anémies. Qu’est-ce que le clonage ? • Le terme de clonage s’applique aux différentes techniques visant à obtenir un clone. – Un clone est un ensemble d’individus, issus d’un même ancêtre, génétiquement identiques. Il peut s’agir de cellules ou d’êtres vivants complexes. Depuis la naissance de la brebis Dolly, et par abus de langage, on applique aussi le terme de clone à un individu unique obtenu au laboratoire par les techniques de transfert d’un noyau de l’individu cloné dans un ovule privé de noyau. • Le clonage est le mode de multiplication naturel des micro-organismes. • Il est courant chez les plantes, avec le bouturage et le marcottage qui permettent la propagation d’individus génétiquement identiques à la plante mère. Qu’est-ce que le génie enzymatique ? • Le génie enzymatique consiste à substituer aux méthodes classiques de la chimie industrielle des techniques fondées sur l’utilisation d’enzymes. Ceci inclut l’identification et la mise au point d’enzymes adaptées aux contraintes industrielles. • A l’état naturel, les enzymes présentes chez les êtres vivants ne sont pas toujours adaptées aux contraintes d’un processus industriel (lavage à 10° C ou à 70° C, eau très basique ou très acide, etc.). • Les gènes d’un organisme contiennent l’information nécessaire à la fabrication des enzymes par ses cellules. La mutation d’un gène peut aboutir à une modification de l’activité de l’enzyme correspondante. L’évolution dirigée permet de modifier une enzyme par mutation jusqu’à ce qu’apparaisse une variante possédant les qualités souhaitées. • Ensuite, il faut adapter la méthode mise au point au laboratoire pour permettre son utilisation dans le cadre d’une application à l’échelle industrielle. • Cette étape est délicate car il est difficile d’obtenir qu’un phénomène biologique observé au laboratoire dans un petit appareil où tout est bien contrôlé, se reproduise à l’identique dans des conditions de production de type industriel. • Il faut pour cela inventer un appareillage ad hoc. Ceci demande un savoir-faire particulier et d’importants moyens financiers pour la conception et la construction des équipements. • Le génie enzymatique est largement utilisé dans l’industrie agroalimentaire et celle des détergents (90 % des lessives contiennent des enzymes, les « enzymes gloutons »). Une industrie plus respectueuse de l’environnement (durabilité industrielle) est en train d’émerger. L’importance de l’informatique pour les biotechnologies ? • L’informatique est indispensable au développement des biotechnologies. La biologie moderne produit des centaines de milliards de données et leur volume double tous les ans. • Pour obtenir à partir de ces informations des connaissances sur le fonctionnement des êtres vivants et l’organisation des gènes, il est nécessaire de les comparer entre elles. Ceci conduit à effectuer des milliards de milliards de comparaisons C’est pour cela qu’aujourd’hui, la puissance informatique des leaders mondiaux de la génomique dépasse celle de tous les autres secteurs d’activité, hormis les applications militaires du nucléaire. Actuellement, les entreprises et les laboratoires de biotechnologies, quelle que soit leur taille, ne peuvent se développer sans une informatique puissante pour : – Accéder dans de bonnes conditions (Internet à haut débit) à l’ensemble des informations disponibles au niveau mondial (résultats des recherches, logiciels d’exploitation les plus récents, etc.). – Assurer le suivi et la valorisation de leurs travaux de recherche ainsi que pour contrôler leurs procédures de fabrication (traçabilité). L’augmentation des performances de l’informatique dédiée à la biologie passe par l’élaboration de nouveaux concepts et modèles mathématiques. Ces recherches n’ont pas de finalité industrielle immédiate. Qu’est-ce que la génomique ? Permettra-t-elle d’inventer des médicaments originaux ? • La génomique est l’étude de l’ensemble des gènes d’un organisme et de leur fonctionnement. Les maladies sont liées à un mauvais fonctionnement de ces réactions. – Elle permettra d’identifier l’intégralité des réactions chimiques qui se produisent au sein d’un organisme vivant (leur nombre est estimé à quelques milliers pour une bactérie et quelques centaines de milliers pour un être humain). • Les médicaments mis au point à ce jour n’agissent que sur 450 des réactions chimiques, ce qui ne permet pas de faire face à toutes les maladies humaines. Les chercheurs espèrent que de nouvelles cibles seront découvertes grâce à la génomique. • Actuellement, les recherches concernent différents domaines parmi lesquels le cancer, l’obésité, les maladies génétiques rares (touchant moins de 1 personne sur mille). Pour ces dernières, la uploads/Science et Technologie/ introdu-biotechno-bt91-jadal-mohamed.pdf