Les biotechnologies 2. Repères historiques CRDP d'Alsace 7 2. Le développement

Les biotechnologies 2. Repères historiques CRDP d'Alsace 7 2. Le développement des biotechnologies : quelques repères historiques Même si le terme a été fondé en 1913 par Ereky, les biotechnologies prises dans le sens de l’utilisation de la matière vivante pour la production de biens et de services, ne datent pas de cette époque. Hormis la dimension de "contrôle" qui est récente, les biotechnologies sont beaucoup plus anciennes et datent des débuts de l’humanité avec la fabrication du pain, des fromages et de boissons alcoolisées. Il s’agit là d’une période où sont nées ce qui peut être appelé les proto-biotechnologies, à savoir une utilisation purement empirique (et initialement magique) de ce que nous savons maintenant être les micro-organismes. Cette période aura duré jusqu’au milieu du XIXe siècle. Lui fait suite une période intermédiaire, celle de Pasteur et de ses successeurs, où sont reconnus et étudiés les micro-organismes. Une discipline nouvelle se développe : la microbiologie avec sa composante que l’on peut commencer à qualifier d’« industrielle ». Enfin, avec la seconde guerre mondiale, et surtout après elle, se met en place une production plus systématisée, sous tendue par des avancées majeures dans le domaine des connaissances scientifiques (biochimie des protéines, enzymologie, voies métaboliques, biologie moléculaire, génie génétique…) et de la technologie (aération des fermenteurs, régulation, modélisation ) ; ainsi en arrive-t-on aux biotechnologies modernes. Le nombre de faits cités et le développement seront relativement limités en ce qui concerne les deux premières périodes. Les biotechnologies modernes feront l’objet d’un repérage chronologique un peu plus conséquent, quoique incomplet. Deux remarques préliminaires : 1. Si la plupart des éléments cités ci-après concernent donc essentiellement les biotechnologies envisagées sous l’angle industriel, certains d’entre eux renvoient à l’histoire des diverses disciplines à la base des biotechnologies : la biochimie, la biologie moléculaire, la biologie cellulaire. 2. Il ne saurait être question d’aborder ici tous les aspects des biotechnologies : seuls sont présentés ici, volontairement ou involontairement, certains aspects, principalement ceux en rapport avec leurs développements ultérieurs : la chronologie présentée ici est donc partielle et partiale… Elle sera, dans la mesure du possible, corrigée, précisée, complétée et mise à jour… Les biotechnologies 2. Repères historiques CRDP d'Alsace 8 2.1. Proto-biotechnologies Caractéristique générale : aucune connaissance théorique (au sens moderne du terme) - pratique uniquement empirique P Pé ér ri io od de e Date Description Intérêt biotechnologique Référence bibliographique ___________________________________________________________________________ A An nt ti iq qu ui it té é Débuts de la culture des céréales (blé) au Proche Orient Débuts de la fabrication du pain, de la bière, du fromage, du yoghourt et du vin (usage familial) Utilisation par les Égyptiens de levures pour la fabrication du pain ; intérêt pratique : conservation des aliments Début de la sélection des espèces animales et végétales Sélection des espèces les plus performantes (goût , croissance , quantités produites…) M Mo oy ye en n â âg ge e v. 1300 Les Aztèques récoltent des algues dans les lacs près de Mexico. Utilisation comme nourriture v. 1400 Distillation de l’alcool par les alchimistes en Occident X XV VI Iè èm me e s si iè èc cl le e Corporations d’artisans Aspect artisanal : existence d’un savoir faire empirique pur la fabrication de la bière, pain…) ; transmis de génération en génération au sein de corporations socialement organisées et gardiennes de leur savoir empirique X XV VI II Iè èm me e s si iè èc cl le e Culture des champignons de couche en France X XV VI II II Iè èm me e s si iè èc cl le e Développement de la pharmacie et de la préparation de composés chimiques plus ou moins purs accessibles aux « savants » de l’époque Découverte d’un grand nombre de corps chimiques dont certains noms persistent (sel de Seignette, par exemple) ; préparation artisanale par les phamaciens Isolement et dosage du sucre de betterave par Margraff (Allemagne publié en 1747) ; son élève Charles Frédéric Achard réalise, en Silésie, une installation industrielle ; sucre plus roux que le sucre de canne et prix de revient prohibitif Les biotechnologies 2. Repères historiques CRDP d'Alsace 9 Réforme de la nomenclature chimique par Guyton de Morveau ; naissance de la chimie moderne (Lavoisier et son Traité élémentaire de Chimie de 1789) ; la fermentation alcoolique y est citée. Les biotechnologies 2. Repères historiques CRDP d'Alsace 10 2.2. Période intermédiaire Caractéristique générale : développement des connaissances théoriques - pas encore d’applications à grande échelle X XI IX Xè èm me e s si iè èc cl le e Développement de la chimie avec les travaux de Gay-Lussac, Berthollet, Berzelius, Dumas Étude qualitative et quantitative de la fermentation alcoolique par Gay-Lussac (1815) en complément des travaux de Lavoisier Développement de l’obtention de lignées pures de céréales. 1809 Travaux de Nicolas Appert (1749 – 1841) (France) Mise au point d’une technique utilisant la chaleur ("appertisation") permettant la conservation des aliments. 1811 – 1812 Premières lois concernant la production du sucre de betterave ; décision politique de Napoléon mise en œuvre par le Comte de Chaptal (1756 – 1832). 1835 Hydrolyse de l’amidon par l’extrait de malt et fondation du terme « catalyse » (travaux de Berzelius (Suède)) L’amidon peut être dégradé plus efficacement en utilisant un extrait de malt qu’en utilisant l’acide sulfurique. 1836 Nature biologique des fermentations - Cagniard-Latour (France), Schwann et Kutzing (Allemagne) Payen et Persoz (France) isolent une "diastase" de blé. Cette préparation convertit l’amidon gélatinisé en sucres. Schwann (physiologiste allemand) isole de l’estomac ce qu’il nomme la pepsine 1822 -1895 Travaux de Pasteur : naissance et développement de la microbiologie Asymétrie moléculaire 1846 Identification de microorganismes responsable des fermentations alcoolique, lactique, butyrique et acétique ; début d’une rationalisation (échelle laboratoire) Pasteurisation inventée en 1863 : le chauffage du vin à une température donnée suffit à inactiver les microorganismes qui, sans cela transformeraient le vin en « vin aigre », sans en dénaturer le goût. Autoclave Vaccination contre le charbon et la rage v. 1860 Débat Pasteur -Liebig sur la nature des fermentations : Phénomène biologique ou physico-chimique ? La question sera résolue par les travaux de Büchner 1865 Travaux de Mendel : mise en évidence des lois de l’hérédité Les biotechnologies 2. Repères historiques CRDP d'Alsace 11 Travaux publiés mais non connus de la communauté scientifique ; seront "redécouverts" en 1900 1868 Frederick Miescher, découvre la nucléine 1871 Découverte de l’invertase par Hoppe Seyler 1873 -1881 Travaux de Robert Koch (en collaboration avec Gram, Cohn et Weigart) - Identification de microorganismes, comme ceux causant la maladie du charbon (l’"anthrax" des anglo-saxons) ; - Mise au point de milieux de culture solides ; utilisation de tranches de pomme de terre, de gélatine et d’agar-agar ; cette dernière substance deviendra le support le plus utilisé des milieux de culture solides. - Travail de rationalisation (suite ) (échelle laboratoire) 1876 Kuhne propose le terme d'"enzyme" désignant les "ferments inorganisés", c’est-à- dire les ferments isolés des organismes qui les produisent. 1883 Publication d’une article par Osborne Reynolds proposant le nombre de Reynolds Nombre de Reynolds Re : nombre adimensionnel caractérisant l’écoulement laminaire et turbulent par mise en relation les forces cinétiques (ou inertielles) avec la viscosité d’un fluide. Méthode de Kjeldahl Dosage des protéines mis au point au Laboratoire Carlsberg à Copenhague par Johan Kjeldahl (publié dans le Zeitschrift für analytische Chemie) Kjeldahl J., 1883, Ztschr. anal. Chem., 22, 366, A new method for the determination of nitrogen in organic substances Vickery H. B., 1946, Yale Jour. Biol. Med., 18, 473 – 516, The early years of the Kjeldahl method to determine nitrogen Hansen met au point la production de cultures pures à usage industriel Laboratoire Carlsberg à Copenhague ; utilisation dans le domaine industriel Untersuchungen aus der Praxis derGärungsindustrie (Teil 1 1888 – Teil 2 1893) traduit en anglais sous le titre Pratical studies in fermentation being contributions to the life history of micro-organisms, London and New York, 1896 Commentaire : Teich, Hist. Of Technology, 1983, Eigh Annual Volume, Mansell Publishing Limited, London and New York, Fermentation Theory and Pratice : The Beginnings of Pure Yeast Cultivation and English Brewing, 1883 – 1913, 1887 Avancée technique en microbiologie Mise au point de la boite de Petri par R.J. Petri. Ouverture de l’Institut Pasteur à Paris 1888 Début de la formation en génie chimique en Angleterre (Manchester) et aux USA (MIT) Les biotechnologies 2. Repères historiques CRDP d'Alsace 12 1894 Production du premier enzyme industriel : la takadiastase Culture en surface ou semisolide ; amylase fongique ; brevet pris en 1891 1897 Travaux de Büchner sur les levures et obtention du "jus de levure" contenant la "zymase" Büchner E. V., 1897, Ber. chem. Ges., 30, Alkoholische Gährung ohne Hefezellen (Vorläufige Mittheilung, 117 - 124 Büchner E. V. and Meisenheimer J., 1904, Ber. chem. Ges. , 37, Die chemische Vorgänge bei der alkoholischen Gärung, 417 - 428 Commentaires historiques Koehler, R. E., 1973, Isis, 64, 181 – 196, The enzyme theory and the origin of Biochemistry Koehler, R. E., 1971, J. Hist. Biol., 4, uploads/Science et Technologie/ le-developpement-des-biotechnologies-quelques-reperes-historiques.pdf

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