Introduction aux bio ...

1. Introduction.

    Définitions.

   Etymologie :- « Bio.» du grec « bios » signifiant la vie.

  - « Techno » du grec « tekhné » designant un art, un metier  ou un savoir faire.

  - « logie » du grec « logos » faisant référence à la raison, une science ou un discours. ..

  Une science qui utilise le vivant comme un outil technique.-

- L’OCDE définit la biotechnologie comme « l’application à des organismes vivants des principes scientifiques et de l'ingénierie à la transformation de matériaux vivants ou non-vivants aux fins de la production de connaissances, de biens et de services. ».

-La biotechnologie, ou « technologie de bioconversion » comme son nom l'indique, résulte d'un mariage entre la science des êtres vivants – la biologie – et un ensemble de techniques nouvelles issues d'autres disciplines telles que la microbiologie, la biochimie, la biophysique, la génétique, la biologie moléculaire, l'informatique…

Par abus de langage, on la restreint souvent au domaine du génie génétique et aux technologies issues de la transgénèse, permettant en particulier d'intervenir sur le patrimoine génétique des espèces pour le décrypter ou le modifier.

- Comme son nom l'indique, la biotechnologie est une fusion entre la biologie et la technologie.

Les biotechnologies sont un ensemble de méthodes et de procédés qui utilisent des agents biologiques pour produire des biens ou des services. Elles concernent de nombreux domaines tels que l'agriculture, l'agroalimentaire, l'environnement, l'énergie, la santé et le génie génétique. Elles sont par exemple utilisées pour fabriquer des organismes génétiquement modifiés et des vaccins, pour mieux comprendre une maladie et en thérapie génique.

1.1. Les origines des biotechnologies.

Il a rapidement été indispensable à l'Homme de pouvoir assurer la conservation de ses aliments et de l'absence d'éléments pathogènes, ainsi que de disposer de boissons ou les micro-organismes ne peuvent se développer. Amenant par la même à la découverte de technique de conservation, tel le séchage des aliments, l'ajout de sel ou de sucre, probablement à la base de la découverte de la fermentation. Ces techniques permettent l'apparition du pain, du fromage, de la bière et du vin, mais ont aussi leurs applications pour le tannage des peaux par exemple.

 

1.2. Evolution des biotechnologies dans le temps.

  1.2.1 Biotechnologies « traditionnelles. » 

Dans la biotechnologie traditionnelle, on trouve, entre autres, les différents processus de fermentation connus empiriquement par les humains depuis quelques milliers d’années :

•   fermentation anaérobie : en absence de dioxygène :

fermentation alcoolique : des sucres forment de l'alcool éthylique et du dioxyde de carbone :

fabrication des boissons alcooliques comme la bière et le vin (vinification),

fabrication du pain (panification) ;

fermentation lactique : des sucres forment de l'acide lactique, un acide alpha hydroxylé : fabrication des yaourts, des fromages, de certaines charcuteries, de la choucroute ;

•    fermentation aérobie : en présence de dioxygène :

fermentation acétique : l'alcool éthylique forme de l'acide acétique et de l'eau (acétification):

fabrication des vinaigres…

De nombreuses autres technologies utilisées par l'agroalimentaire ou à la cuisine font aussi partie de la biotechnologie traditionnelle.

.1.2.2. Biotechnologies contemporaines nouvelles.

·         Après la découverte de l'ADN, la recherche en biologie cellulaire et la pharmacochimie ont fait plusieurs bonds scientifiques, passant de la culture de cellules, à l'ingénierie cellulaire et de tissus vivants, sains ou cancéreux, avec la fusion cellulaire, l'invention de nouveaux vaccins, de stimulants immunitaires. La fécondation artificielle et la manipulation embryonnaire ont progressé de concert.

·          Depuis le milieu des années 1990, le domaine de la transgenèse est le plus médiatisé et toujours en expansion. Mais des progrès sont attendus ou espérés (ou craints parfois) dans les domaines des nanotechnologies et de la bio-informatique et des Nanobiotechnologies qui pourrait par exemple permettre une fabrication programmée de nano ou micro composés, ou de biomolécules, avec de nouveaux risques sanitaires, environnementaux ou géopolitiques en cas de dérives ou de mésusage de ces nouvelles possibilités.

À la fin des années 1990, des sociétés spécialisées en biotechnologies apparaissent. L'OCDE les définit comme des entreprises « engagées dans le domaine des biotechnologies du fait qu’elles utilisent au moins une technique de biotechnologie (comme définies dans la liste ci - dessus) pour produire des biens ou des services et/ou pour améliorer la recherche et développement en biotechnologies. Certaines de ces entreprises peuvent avoir des domaines d’actions très larges mais ne consacrer qu’une petite partie de leur activité économique aux biotechnologies ». Ainsi sont nées Amgen, Genentech, Decode Genetics, Genset, Transgene, devenues célèbres grâce à un attrait pour les capitalisations boursières des jeunes sociétés sans équivalent dans l'histoire, qui a toutefois fini en krach en 2001-2002. Les plus solides, comme Amgen, Genentech, ou Transgene continueront à se développer, lançant leurs propres médicaments. D'autres comme Decode Genetics et Genset disparaîtront dans les processus d'acquisitions-fusions

 

La génomique et la pharmacogénomique mais aussi l'utilisation de      sondes géniques, du séquençage de l'ADN (grâce aux Séquenceur d'ADN), du séquencage d'ARN, de la synthèse d'ADN/ARN, de l'amplification d’ADN/ARN, du profil de l’expression génique et des technologies antisense qui ont permis d'élargir et accélérer les possibilités du génie génétique.

1.3. Les différentes catégories des biotechnologies.

 On classe les biotechs en catégories plus explicites : « healthcare biotech », « agrifood biotech », « industrial biotech ».

 En Europe^., des industriels et certains laboratoires ont proposé de classer les biotechnologies en catégories "colorées».

   1.3.1. « Biotechnologies vertes ». (Domaine  agricole)

.Elles ont pour but d’optimiser la production.

 Pour l'agriculture et l'environnement, les biotechnologies peuvent et pourraient permettre d'améliorer les caractéristiques des variétés de nombreuses espèces.

^. diminuer l'usage d'engrais et pesticides en rendant en particulier les plantes plus résistantes aux maladies, contribuer à diminuer les émissions de polluants ou gaz à effet de serre, mieux protéger les ressources en eau, cultiver sur des sols pollués ou irriguer avec de l'eau salée, et capter dans l'air l'azote dont elles ont besoin ;

Les entreprises actives dans ce secteur sont représentées au niveau européen par EuropaBio. En France, l'AFBV a pour objectif de mettre en œuvre une agriculture durable, en particulier grâce aux biotechnologies végétales.

Selon un rapport de l'OCDE de 2009, « d'ici 2015 environ la moitié de la production mondiale de grandes cultures alimentaires et fourragères sera assurée par des variétés mises au point à l'aide de la biotechnologie. » ⁷. En 2015, 49 % de la surface cultivée pour les 4 principales plantes cultivées sont issus des biotechnologies. Les taux d'adoption varient de 29 % pour la Maïs à 83 % pour le soja..

Le développement d'abord expérimental (dans les années 1980) puis en plein champ (années 1990/2000) des biotechnologies dans le domaine de l'agriculture, et de l’agronomie, au travers en particulier des OGM soulève de nombreuses polémiques, au niveau de certains groupements professionnels d'agriculteurs (comme la Confédération paysanne en France) et des ONG comme Greenpeace ou les Amis de la Nature. L'association Inf'OGM suit l'actualité dans ce domaine afin d'alimenter le débat public.

 

1.3.2« Biotechnologies rouges » (domaine de la santé)

Le secteur de la santé (humaine et vétérinaire) fait de plus en plus appel aux biotechnologies pour découvrir, tester et produire de nouveaux traitements, ex. : vaccins, protéines recombinantes, anticorps monoclonaux, thérapie cellulaire et génique (non-virale), vecteurs viraux, etc. 

Les biotechnologies sont également très utilisées pour diagnostiquer et pour mieux comprendre les causes des maladies. Cette tendance est de plus en plus marquée et transforme petit à petit le secteur de l'industrie pharmaceutique, comme le confirme l'arrivée de nombreux acteurs dont les innovations véhiculent un grand nombre de promesses pour les patients comme pour les médecins.

 Les enjeux du secteur s'en trouvent naturellement modifiés.et à terme se pose également la question du contrôle des dépenses de santé, puisqu'un certain nombre de ces innovations est tourné vers une médecine "personnalisée", au coût relativement élevé car s'agit de développer des thérapies ciblées. Mais la prévention ainsi que l'ajustement préalable des choix thérapeutiques devraient compenser ces surcoûts, en offrant in fine la possibilité pour les patients d'être pris en charge en amont, et de manière plus efficace.

Les biotechnologies, dans le secteur de la santé, nécessitent un important effort de recherche pour comprendre le fonctionnement des organismes, concevoir des médicamentscapables d'agir sur d'éventuelles perturbations, et mieux différencier la part du génétique et de l'environnemental dans l'étiologie et l'épidémiologie des maladies.

 Cet effort de R&Dest de plus en plus externalisé par l'industrie pharmaceutique vers les sociétés de biotechnologie, avec l'objectif d'avoir accès à une offre plus diversifiée de produits finis, c’est-à-dire de candidats médicaments pour lesquels la preuve de concept (essais in vitro et/ou en culture cellulaire), la preuve de faisabilité (essais chez l’animal), voire l'évaluation clinique chez l’homme ont déjà été faites.
La présence effective d’un tissu de jeunes entreprises innovantes de biotechnologie est donc une source d’innovations majeure pour le secteur pharmaceutique. Ainsi, actuellement 15 % des nouveaux médicaments seraient issus des biotechnologies et les projections portent ce chiffre à 40 % pour 2010. 

La pharmacopée est le domaine pour lequel le public admet le mieux l'usage de la transgenèse, si les micro-organismes génétiquement modifiés sont cultivés en réacteurs fermés et non en plein champ, et avec les meilleures conditions de biosécurité.

 Les médicaments issus des biotechnologies comprennent d’une part des médicaments dont la production est issue d’organismes vivants ou de leurs composants cellulaires (par exemple, l’insuline humaine, l’hormone de croissance, les facteurs anti-hémophiliques ou les anticorps), ou des médicaments relevant de la chimie de synthèse, mais dont la conception a fait appel aux biotechnologies, à travers par exemple l’identification d’une cible cellulaire nouvelle.

 

1.3.3. « Biotechnologies blanches » (domaine de l’industrie.)

(Définies par EuropaBio en 2003 comme suit : « Les biotechnologies blanches consistent à appliquer des procédés naturels à la production industrielle » ; il s'agit donc notamment de génie biologique appliqué au service de la chimie). Les biotechnologies blanches permettent la fabrication de produits tel que les biocarburants, les biogaz... Pour cela, on va prendre de la matière première (maïs, colza...) que l'on va transformer en produits fini (bioéthanol...) grâce à des micro-organismes.

Bien au-delà du secteur pharmaceutique, les biotechnologies blanches jouent un rôle croissant dans la bio-industrie, notamment dans les domaines de l’environnement. Les technologies blanches, parfois dites de seconde ou troisième génération, ont généralement recours à des bactéries utilisées comme vectrices et/ou productrices d'enzymes ou d'autres substances d'intérêt technique et commerciales.

Alors que le génie écologique travaille plutôt in situ et avec les écosystèmes, les biotechnologies blanches utilisent beaucoup la fermentation en bioréacteurs, l'importation d'organismes créés par génie génétique ou importés de milieux extrêmes, ou d'autres processus biotechnologiques qui ont par exemple débouché sur la lixiviation biologique, ou dans l'industrie du papier la pulpation biologique, le blanchiment biologique, ou ailleurs la désulfuration biologique, ou encore la biorestauration (phytoremédiation, mycoremédiation...) de sols ou sédiments pollués, la biofiltration de l'eau ou de l'air, etc.

 Les biotechnologies blanches pourraient aussi contribuer à la mise au point de capteurs plus sensibles à l'état physico-chimique de l’environnement, de sa pollution par des substances chimiques.

 Elles pourraient aussi servir à la mise au point de procédés de recyclage innovants.

 Les organismes génétiquement modifiés ou des organismes sélectionnés pour leurs capacités naturelles peuvent être utilisés pour produire des matériaux innovants, des substances chimiques, très difficiles ou très coûteuses à obtenir par la chimie traditionnelle.

      1.3.4 « Biotechnologies jaunes» (traitement et élimination des pollutions et protection de l’environnement) .

L'usage des biotechnologies s'est développé dans la gestion de la pollution comme le recours aux bactéries dépolluantes.

      1.3.5 « Biotechnologies bleues» (domaine de la biodiversité marine). .liées à l'exploitation de la diversité génétique des organismes marins, par exemple pour créer de nouveaux cosmétiques, médicaments, produits aquacoles, agroalimentaires, etc.

Les biotechnologies bleues sont centrées sur la biodiversité marine. Elles visent soit à développer l'exploitation des ressources encore inconnues provenant du monde marin, soit à développer et améliorer la gestion des espèces marines, quelles soient d'élevage ou sauvage^.

      1.3.6 « Biotechnologies oranges» (d'intérêt pédagogique)

.visant à diffuser les biotechnologies et développer du matériel éducatif^. et des stratégies sur les questions de biotechnologie (par exemple production de protéine recombinante) pour la société y compris les personnes ayant des besoins particuliers tels que ceux ayant une déficience auditive et / ou visuelle.

Les objectifs des biotechnologies oranges comprennent:

Divulguer dans une langue simple et accessible au public, y compris ceux ayant des besoins spéciaux (par exemple les sourds et les aveugles) ce que sont les biotechnologies, montrer ses fondations, ainsi que ses champs d'application et ses limites.

 Fournir un accès et créer des matériaux et des stratégies pour le développement des activités éducatives des biotechnologies, l'enseignement et la diffusion; * faciliter l'accès par l'information sur les publications, les bibliographies et les liens traitant de divers aspects des biotechnologies;

·         contribuer à la création d'une vaste culture scientifique et technologique dans la société en ce qui concerne spécifiquement les biotechnologies;

Les biotechnologies constituent un vaste domaine, aux applications industrielles importantes, et en terme économique un vaste marché potentiel :

•    Les biocatalyseurs : Certains étaient utilisés depuis des siècles, pour la fabrication de produits alimentaires. Ils interviennent maintenant dans les procédés innovants d'une industrie plus « propre » ou qui se dit « verte» (biodétergents, textile, amidon et fécule, bière, pâtisserie et panification, vins et jus de fruit, pour la dégradation de l’amidon en sucres pour la fabrication d’alcool ou comme solvant, industrie alimentaire des additifs pour l’amélioration des qualités nutritives des aliments, industrie laitière pour la conversion du lactose en sucre assimilable, arômes de fromages, arômes alimentaires biosynthétiques, colorants alimentaires de synthèse), alimentation animale (hydrolyse des protéines pour la production de farines à haut rendement), industrie des cosmétiques (production de bases de crèmes et de collagènes), industrie papetière (dissolution des pâtes, blanchiment, contrôle de viscosité des amidons), procédés de tannage (élimination des poils et graisses), traitement des graisses (hydrolyse des graisses et lécithines, estérification, production d’agents de solubilité, bio-détergents, savons et procédés de saponification), chimie fine (produits pharmaceutiques).

 Des procédés enzymatiques permettent des applications industrielles plus « propres » et moins énergivores ; dont la production de détergents divers et tensioactifs, désencollage/désamidonnage des textiles tissés avant leur coloration et traitement de surface, le marché des amidons et fécules, hydrolyse des sucres de l’amidon, productions alimentaires (procédés de fermentation), autres industries (alimentation animale, fabrication ou traitement du papier, y compris le blanchiment et le désencrage, le traitement des cuirs, la biochimie fine, ou encore le traitement des graisses et huiles).

·         Des organismes génétiquement modifiés (bactéries, champignons) et/ou produits par génie génétique pourraient améliorer certaines techniques de bioremédiation, notamment pour le traitement et l’utilisation des déchets : traitement des eaux usées, dépollution ou détoxication des sols (métabolisation des polluants par des micro-organismes), herbicides, traitement et reconversion des sous-produits de l’industrie agro-alimentaire (déchets de cellulose, du petit-lait de la fabrication de fromages et beurres, graisses animales, équarrissage et farines animales, etc.).

Les procédés de fermentation traditionnelle : fermentation alcoolique, acides organiques (acide citrique, acide acétique…), production d’antibiotiques, production de dérivés chimiques, biopolymères, etc. à l’aide de cultures de micro-organismes.

des enzymes et biocatalyseurs peuvent être utilisés dans des procédés alimentaires, en chimiothérapie, pour produire des produits chimiques, des biosenseurs ou des équipements médicaux de diagnostic.

 L’industrie des combustibles et produits organiques alternatifs au pétrole : photolyse de l’hydrogène, digesteurs de biomasse pour la production de méthane, alcools (à partir de sucres végétaux) et production par des algues (Chlorophyceae) de lipides d'intérêts (Triglycéride).

·         La biologie moléculaire et le génie génétique de l’ADN recombinant (ADN donneur, ADN vecteur ou ADN hôte) sont utilisés pour la synthèse de produits organiques (produits chimiques ; bio-protéines : hormones de synthèse, anticorps, facteurs sanguins), avec par exemple ;

·         Les technologies des interférons et anticorps monoclonaux : développement de thérapeutiques, équipements de diagnostic.

·         Les cultures de cellules végétales et protéines unicellulaires : production de biomasse, produits chimiques (stéroïdes, alcaloïdes, etc.)

·         Les cultures de cellules animales de mammifère.

·         La sélection des plantes et les cultures de tissus végétaux.

·         Les procédés biologiques de fixation de l’azote : réduction de l’usage des engrais azotés pour les productions agricoles, production d’ammoniac à partir d’azote gazeux atmosphérique.

·         Les autres procédés industriels associés : système de recyclage des eaux usées ; collecte, prétraitement et filtration des captages d’eau potable, extraction et purification des produits miniers, développement de réacteurs sans combustible fossile et sans chimie polluante, .

 

Pendant ces dernières décennies, le monde entier a été témoin des progrès extraordinaires acccomplis dans le domaine scientifique. La biotechnologie -- un secteur en pleine croissance -- est un terme qui englobe une large variété d'activités scientifiques dans plusieurs sphères, telles que les aliments, la santé et l'agriculture. Elle inclut l'utilisation d'organismes vivants, ou de parties d'organismes vivants, pour engendrer de nouvelles méthodes de production et la fabrication de nouveaux produits.

La biotechnologie (aussi communément connue comme science de la vie, modification génétique ou technogénie, et génomique) nous révèle de nouvelles connaissances, méthodes et produits, notamment :

1. des nouveaux vaccins pour prévenir la maladie;
2. des plantes génétiquement modifiées pour résister aux organismes nuisibles;
3. la réparation d'organes et de tissus endommagés et la détection améliorée des maladies;
4. des traitements pour l'infertilité humaine;
5. des bactéries capables de récurer les déversements d'hydrocarbures;
6. des biocombustibles écologiques.

Comme toute nouvelle technologie, il y a les bienfaits et les risques potentiels. Santé Canada s'engage à suivre de près tous les aspects de l'évolution de cette technologie afin d'en évaluer les bienfaits et les risques, afin d'aider les Canadiens à améliorer et à maintenir leur état de santé.