Depuis 1970, le développement des biotechnologies a permis d'isoler et d'étudier des gènes, de les modifier - pour en comprendre le mécanisme d'action - et de les transférer de leur organisme d'origine à un autre.

Depuis 1970, le développement des biotechnologies a permis d'isoler et d'étudier des gènes, de les modifier - pour en comprendre le mécanisme d'action - et de les transférer de leur organisme d'origine à un autre. L'usage du génie génétique, dont la communauté scientifique s'est efforcée de définir les risques, s'est banalisé, aussi bien dans les laboratoires de recherche que dans l'industrie. Son utilité n'est plus à démontrer, tant dans le domaine médical que dans le secteur agroalimentaire. Mais la plus entière vigilance reste d'actualité face à une technologie dont il n'est pas aisé d'évaluer toutes les conséquences éthiques et juridiques. Au sens strict, les biotechnologies sont une utilisation des êtres vivants comme outils de production ou de transformation de produits. En un sens, la vache, produisant du lait à partir de végétaux, est un outil biotechnologique, au moins autant que la levure produisant de l'éthanol à partir de glucose issu de ces mêmes végétaux. De ce point de vue, il est difficile de donner une définition précise de la biotechnologie, qui englobe à la fois la biotechnologie classique et la biotechnologie nouvelle. La biotechnologie classique recourt aux procédés technologiques traditionnels utilisés, par exemple, dans les secteurs agroalimentaires (nourritures fermentées), pour la maîtrise de l'environnement (fosses septiques, stations d'épuration, etc.), ou encore pour la préparation de vaccins. Ces procédés reposent sur l'utilisation de micro-organismes (bactéries, levures, champignons) pour accomplir une tâche donnée (élimination d'un produit), pour en capter une partie des produits (alcool, gaz carbonique et arômes dans la bière, par exemple) ou, comme dans le cas des vaccins, pour produire un antigène qui induira des défenses contre les antigènes voisins. La biotechnologie nouvelle correspond à l'ensemble des techniques du vivant reposant sur les découvertes des trois dernières décennies (génie génétique, fusion de cellules, recombinaison de l'ADN, diffusion d'organismes génétiquement modifiés). Son essor est en grande partie lié à notre capacité, récemment acquise, à déchiffrer le génome des êtres vivants sans exception, à élucider son fonctionnement et surtout à le modifier (par génie génétique). Depuis le début des années soixante-dix, les percées de la science dans le domaine des biotechnologies permettent d'obtenir directement des débouchés sur le plan des applications, mais aussi sur le plan des connaissances, qui, elles-mêmes, vont susciter de nouvelles applications dans le champ et hors du champ des biotechnologies proprement dites. C'est tout particulièrement vrai dans le domaine de la santé. La modification contrôlée des génomes a, au cours de la seconde moitié de la décennie soixante-dix, attiré l'attention du public sur l'énorme potentiel de ce type de techniques. Cette période a été, à la fois, celle des premières réalisations chez les micro-organismes, et celle des grandes interrogations sociales et éthiques. La première moitié de la décennie quatre-vingt a été celle des percées exploratoires chez les organismes supérieurs modèles, animaux et plantes. La seconde moitié de la décennie a été celle de l'exploitation tous azimuts de ces techniques à des fins appliquées. Les premiers produits issus de micro-organismes étaient alors commercialisés, tandis que de très nombreuses firmes de toute taille tentaient de mettre au point de nouveaux organismes ou de nouveaux systèmes de bioproduction. Au début des années quatre-vingt-dix, on abordait une période où les techniques, déjà exploitables en l'état, se perfectionnaient à pas de géant, mais où se posait la question de savoir quand et comment ces innovations pouvaient être exploitées, si elles l'étaient. La seconde moitié de la dernière décennie de ce millénaire a donné lieu à une percée chaotique des produits économiquement viables. Le débat n'est, en effet, pas seulement technique, mais aussi socio-économique, avec une dimension éthique non négligeable. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats hérédité - Les composants de l'hérédité - Le génome micro-organisme microbiologie Les percées de l'ingénierie génétique Ces percées techniques, qui justifient à la fois l'enthousiasme et les craintes du public, reposent sur la possibilité d'isoler (clonage) et de séquencer non seulement les gènes mais également les séquences qui en contrôlent l'expression. Le clonage est possible grâce à l'utilisation : 1o d'enzymes dites « de restriction «, lesquelles découpent l'ADN au niveau de séquences très précises qui sont autant de balises sur le génome ; 2o d'enzymes (les ligases) qui permettent de reconstituer des montages génétiques assemblant des séquences à volonté ; 3o de vecteurs qui permettent de propager ces gènes d'une cellule à une autre, ou d'un tube à essai vers une cellule. Le génie génétique repose lui-même sur une multitude de techniques, dont l'hybridation moléculaire, qui permet de reconnaître les séquences, et le séquençage, qui permet de les « lire «. On peut en théorie prélever des gènes de toute origine, les analyser, les modifier, les transférer dans une grande variété de cellules où l'on pilote leur expression, en s'affranchissant de toutes sortes de barrières biologiques. Ces percées sont en fait une utilisation élargie de processus qui existent dans la nature. Les éléments et les outils qu'on utilise sont, pour l'essentiel, prélevés dans des êtres vivants mais combinés de façon originale. On retrouve d'ailleurs dans les génomes des organismes actuels des traces très claires du fonctionnement de mécanismes de ce type, certains très anciens au cours de l'évolution et d'autres qui datent de quelques dizaines d'années. L'ingénierie génétique permet d'étudier des molécules auxquelles on n'avait jusqu'ici pas accès. Par exemple, quand une molécule biologique, comme une hormone protéique ou son récepteur, est difficile à purifier, l'étude de son mécanisme d'action est une tâche très ardue. La possibilité d'en produire en grandes quantités (plusieurs grammes) donne les moyens non seulement d'analyser en détail sa structure, mais également de la mettre à la disposition du plus grand nombre (même si cela doit être tempéré par le prix de revient encore très élevé). Il est également possible de modifier, voire de supprimer, son expression et, après transfert dans les cellules ou des animaux, d'observer les conséquences des modifications apportées afin d'affiner nos connaissances sur son mécanisme d'action. Enfin, il est maintement envisageable de remplacer un gène défaillant ou d'inactiver un gène dont l'expression est défavorable (thérapie génique). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats cartographie des gènes clonage des gènes clones code génétique hérédité - L'étude du génome transgenèse Les biotechnologies et la santé Production et détection Nombreux sont les exemples d'utilisation de l'ingénierie génétique dans le domaine de la santé. En ce qui concerne la production de molécules biologiquement actives, l'ingénierie génétique permet non seulement de produire en grandes quantités des hormones auxquelles on n'avait pas accès à cause de leur rareté dans l'organisme, mais également de les produire sans risque de contamination par un agent pathogène présent dans l'organisme dont on les extrayait jusqu'à présent. Seules quelques protéines produites par génie génétique sont disponibles aujourd'hui sur le marché (insuline humaine, hormone de croissance humaine, interférons, érythropoïétine, etc.), mais plus d'une centaine sont en cours de synthèse ou à l'étude pour leur efficacité et leur inocuité biologiques. Cette technologie permet également de détecter, grâce aux outils de la biologie moléculaire (hybridation moléculaire ou utilisation d'anticorps monoclonaux), la présence d'organismes pathogènes (virus, bactéries, parasites, champignons) ou de cellules modifiées (cellules cancéreuses) chez un individu, dans un milieu ou une culture cellulaire donnée. En effet, les organismes pathogènes possèdent des séquences d'acides nucléiques (ADN ou ARN) qui leur sont propres et qui peuvent être détectées en utilisant des sondes à ADN, soit directement dans l'échantillon à analyser, soit après amplification lorsque le matériel génétique de l'organisme pathogène est en quantité trop faible (voir encadré hybridation moléculaire et PCR ). Depuis la découverte, au début des années soixante-dix, par César Milstein et Georges Köhler qu'un lymphocyte sécrète un seul et unique type d'anticorps, il a été possible de fabriquer in vitro , à partir de cultures particulières, les hybridomes, de très nombreux anticorps monoclonaux. Chacun de ces anticorps reconnaît avec une très grande efficacité et spécificité un seul déterminant antigénique. L'utilisation de ces anticorps permet de détecter la présence d'un antigène étranger à la surface de cellules infectées, d'éviter de faux diagnostics que les anticorps classiques possédant des réactions croisées avec différentes molécules pouvaient provoquer, et d'éliminer des cellules non désirables si elles portent à leur surface des antigènes réagissant avec un anticorps monoclonal disponible (immunothérapie). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats ADN (acide désoxyribonucléique) antigène hybridation hybridome immunothérapie insuline plasmide TSH Les médias biotechnologies - hybridation moléculaire et PCR Les livres biotechnologies - ADN, double brin, page 661, volume 2 Les nouveaux vaccins L'ingénierie génétique a ouvert une nouvelle voie dans le domaine des vaccins. Par exemple, l'hépatite B, maladie très contagieuse, ne peut être jugulée, comme beaucoup de maladies virales, que par un vaccin. Les premiers vaccins étaient préparés à partir de sang de malades atteints chroniquement et produisant dans leur sang des particules virales théoriquement non infectieuses, mais qu'on inactivait par précaution. Or la source de ces particules est très limitée face à des besoins qui sont considérables. L'expression d'une partie du génome du virus codant sa membrane externe (qui suscite les anticorps qui vont neutraliser un virus virulent) dans des micro-organismes, notamment des levures, a permis de fabriquer un vaccin à la fois en grande quantité et sans danger. On a commencé à produire des protéines vaccinales dans des plantes. Non seulement la probabilité de la contamination par un pathogène de l'homme est alors complètement éliminée, mais on devrait obtenir des vaccins très stables (utilisation dans les pays tropicaux), et qui seront très bon marché si l'on arrive à régler le problème de la purification. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats hépatite vaccination Les livres biotechnologies - Bactérie Escherichia coli vue au microscope électronique, page 660, volume 2 biotechnologies - Bactéries (Escherichia coli), page 665, volume 2 La thérapie génique La connaissance du génome permet de déceler des altérations aboutissant à des anomalies pathologiques. Par exemple, quand un gène qui code pour une enzyme importante est muté, l'enzyme peut perdre son efficacité. On peut alors être tenté de remplacer le gène par sa « bonne « version. Il est aujourd'hui possible, non pas de remplacer réellement (pour des raisons techniques), mais d'ajouter la « bonne « version qui viendra alors compenser la « mauvaise « version. Il faut préparer un vecteur qui va permettre de transférer le gène dans un tissu donné, où ce dernier va s'exprimer à un niveau physiologiquement acceptable (ni trop, ni trop peu). Potentiellement, la thérapie génique s'applique à toutes sortes de maladies : cancers, maladies cardiovasculaires, infectieuses, neurodégénératives ou autres. De très nombreuses sociétés de thérapie génique investissent dans la mise au point de vecteurs permettant de transférer avec efficacité le gène d'intérêt dans les cellules du malade (virus, molécules synthétiques, vecteurs synthétiques, tels que les liposomes, ou encore injection d'ADN nu). Les premiers essais thérapeutiques ont été réalisés en 1990, grâce à des vecteurs rétroviraux. De nombreuses stratégies sont en cours de mise au point (voir aussi encadré). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats cartographie des gènes hérédité - L'étude du génome immunologie Les médias biotechnologies - la thérapie génique Les modèles animaux de maladies humaines Il est également possible, par génie génétique, de créer des modèles de maladies génétiques humaines. L'utilisation de la transgenèse (voir aussi encadré) permet non seulement de modifier le patrimoine génétique d'un individu, mais aussi de transférer la modification génétique à la descendance. L'animal le plus couramment utilisé aujourd'hui est la souris, qui est un mammifère dont le temps de génération est court et dont la génétique est bien connue. Il est ainsi possible de créer des souris transgéniques qui expriment un gène soit à un taux anormal, soit dans un tissu où il ne s'exprime normalement pas, et d'en mesurer les conséquences. Si ce gène est responsable d'une maladie génétique, on peut, par cet artifice, créer un modèle animal de maladie génétique et étudier, à loisir, la mise en route de la pathologie et les différents moyens d'y remédier. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats transgenèse Les médias biotechnologies - la transgenèse Les livres biotechnologies - clonage des gènes, page 662, volume 2 biotechnologies - souris transgéniques, page 663, volume 2 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats bioéthique immunologie microbe microbiologie prophylaxie techniques (histoire des) - La civilisation industrielle moderne Les biotechnologies et l'agriculture L'extension de la transgenèse à de nombreux animaux est théoriquement possible. Cependant, son coût est aujourd'hui trop élevé pour envisager son utilisation à des fins autres que la recherche fondamentale ou la production de substances médicamenteuses. Les difficultés résident essentiellement dans le fait que l'on maîtrise encore très mal les premiers stades du développement embryonnaire et les techniques d'injection de l'oeuf, ce qui rend l'opération hors de prix. Il n'est donc pas raisonnable d'envisager, au moins avant 2020, des animaux de ferme exprimant des caractères utiles pour l'éleveur. La fabrication de plantes transgéniques est, au contraire, peu coûteuse et son usage, depuis la création de tabacs transgéniques au début des années quatre-vingt, s'est très répandu. De nombreuses plantes cultivées transgéniques - arbres, céréales, plantes oléagineuses, cultures maraîchères - sont actuellement disponibles, même si des améliorations sur le plan génétique sont encore nécessaires. Certaines, importantes pour l'agriculture (tomates), sont sur le marché et beaucoup d'autres, comme des cotons, des colzas transgéniques, sont techniquement prêtes. Plusieurs domaines sont accessibles grâce à cette nouvelle technologie. L'amélioration des produits Un des objectifs majeurs des biotechnologies végétales est la modification des réserves végétales que l'homme utilise. Celle des différents amidons, ramifiés (amylopectines) ou non (amyloses), est possible, car on commence à connaître leur voie de synthèse. La gestion des stockages dans la plante est maintenant à peu près maîtrisée (c'est le cas pour le tubercule de la pomme de terre). L'amélioration des protéines de réserve a également suscité d'importantes recherches, qui ont porté sur le rééquilibrage en faveur des besoins humains ou animaux des protéines végétales consommées. Il s'agit là d'un objectif important, mais les applications restent soumises à une compétition économique avec les productions bactériennes d'acides aminés, par exemple, qui permettent de compenser les déséquilibres de composition. Cela explique que peu de progrès aient été accomplis, alors que, techniquement, aucun problème particulier ne se pose. L'amélioration des huiles végétales est, en revanche, très avancée et la modification du degré de saturation des acides gras est réalisée. On peut, par exemple, augmenter ou diminuer les teneurs en acide stéarique. On sait également faire produire des acides gras de longueur de chaîne variable. Les débouchés sont plutôt des huiles à usage industriel ou des lubrifiants à usage agricole ou domestique (tondeuses à gazon, notamment), permettant de bénéficier de leur biodégradabilité. On sait faire produire des acides à chaînes courtes, comme l'acide laurique, par le colza en particulier. Il ne faut cependant pas oublier que l'acide laurique de l'huile de palmiste (sous-produit de l'huile de palme) n'est pas aujourd'hui en forte demande et est disponible à bas prix sur le marché. Beaucoup d'utilisateurs souhaitent, néanmoins, disposer d'une source alternative d'origine tempérée. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats amélioration génétique amylose Les livres biotechnologies - sélection de cellules végétales, page 664, volume 2 biotechnologies - chimère animale, page 665, volume 2 L'amélioration des performances Le débat sur le productivisme, au moment où la surproduction agricole est une crainte dans les seuls pays développés où nous pouvons produire ou acheter tous les aliments dont nous avons besoin, est loin d'être tranché, mais on constate une réticence devant l'amélioration constante des rendements, parfois aux dépens de nuisances dans l'environnement. Une meilleure utilisation des intrants, avec limitation des rejets en phosphates (phytases recombinantes mobilisant mieux les phosphates des végétaux et évitant donc un ajout dans l'alimentation animale qui se retrouve dans les déjections) ou en nitrates avec les Rhizobium performants permettant d'utiliser moins d'engrais azotés, répond aux deux besoins : produire plus et polluer moins. Le cas de l'utilisation de l'hormone de croissance bovine pour augmenter la production de lait permet de réfléchir à la place relative des nouvelles technologies par rapport aux techniques classiques. L'autorisation de son usage a été différée en Europe pour une durée indéterminée, car on n'en voit pas l'utilité. Obtenir des vaches produisant 11 tonnes de lait par an, au lieu d'une moyenne de 6 à 7 tonnes, est d'ores et déjà un acquis de la génétique classique. Cette production est obtenue dans des conditions optimales, mais ne peut être que difficilement pilotée. On peut par conséquent obtenir encore plus avec la sélection classique (qui n'a pas été prohibée), mais on peut mieux moduler, avec l'hormone de croissance, en fonction des besoins. Cependant, la surexpression du gène de l'hormone (c'est-à-dire une surproduction dans l'animal) a donné lieu à des effets secondaires probablement liés à une mauvaise maîtrise de l'expression du gène, qui a induit de nombreux troubles pathologiques. Elle est donc plus ou moins abandonnée chez les mammifères d'élevage. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats élevage - Les animaux domestiques et leur amélioration - L'amélioration génétique engrais La limitation des pertes La vaccination des animaux. Elle est à rapprocher de celle des humains, à la réserve près que les sommes consacrées par les éleveurs à ce chapitre du prix de revient seront de plus en plus faibles. Un domaine où le génie génétique peut être décisif est celui de la vaccination. En effet, au-delà de la production du vaccin lui-même, il permet d'apporter une sécurité que les vaccins conventionnels ne garantissent pas. Ainsi, le vaccin contre la fièvre aphteuse est abandonné dans nos pays, en partie parce qu'avec un vaccin conventionnel on déclenche des anticorps ne se distinguant pas de ceux qu'induise une infection. Une vache présentant ces anticorps peut donc être soit une vache vaccinée, soit une vache ayant subi une infection et susceptible de transmettre le virus. Elle sera impitoyablement rejetée dans tout contrôle. Des vaccins utilisant des virus pourvus de marqueurs génétiques bien précis évitent cet inconvénient. Organismes pathogènes, nuisibles et prédateurs des plantes cultivées. Les organismes vivants peuvent contribuer aux pertes soit par prédation (cas des chenilles ou charançons dévorant les plantes), soit en causant des maladies qui détruisent la plante ou ses parties importantes (graines, tubercules, etc.), soit en limitant la production. On peut agir soit directement contre l'agent perturbateur, en utilisant des insecticides, fongicides et herbicides, soit en stimulant les défenses naturelles des plantes. L'action directe est illustrée par l'amélioration des pesticides et la lutte contre les insectes. La lutte contre les mauvaises herbes, qui induisent des pertes par concurrence, justifie l'utilisation des herbicides, indispensables dans les cultures intensives actuelles. Les herbicides ont une spécificité plus ou moins étroite. Quand elle est étroite, il faut multiplier les traitements différents pour débarrasser les champs des mauvaises herbes. Un herbicide total simplifie le traitement, mais il faut alors protéger la plante que l'on veut cultiver. On a donc cherché à mettre au point des plantes de grande culture résistantes à ces herbicides. Les insectes sont des prédateurs (ainsi le doryphore pour la pomme de terre, la chenille processionnaire du pin), mais aussi des vecteurs de maladies (les pucerons sont des vecteurs de virus ; les tiques et les moustiques, des vecteurs de virus pour les animaux ou pour l'homme). Les insecticides synthétiques industriels ont été largement responsables des gains en rendement et en qualité des produits agricoles, végétaux comme animaux. Malheureusement, plusieurs familles d'insecticides ont dû être bannies, malgré leur incontestable efficacité (DDT), à cause de leur persistance dans l'environnement. On sait lutter contre les insectes avec des moyens biologiques comme des bactéries (Bacillus thuringiensis), des champignons (comme Beauveria), des nématodes (comme Steinernema) ou des virus spécifiques d'insectes (comme les baculovirus). Ces techniques ne sont cependant pas parfaites, notamment parce qu'elles sont longues à produire leurs effets et sont, en général, trop spécifiques d'une espèce donnée. On a donc cherché à élargir le spectre et à renforcer leur action. La protéine insecticide de Bacillus thuringiensis est produite lorsque la bactérie manque de nourriture, et se replie dans une spore qui lui permet d'attendre des jours meilleurs. Un cristal de la protéine insecticide est produit simultanément avec la spore. Si la spore est ingérée par l'insecte cible, elle germe, donne une bactérie pendant que la protéine insecticide détruit l'intestin de la larve, qui devient alors un substrat très abondant. On utilise depuis près d'un siècle cette bactérie contre les processionnaires du pin avec succès et sans retombées fâcheuses pour l'homme. Il existe des souches actives contre les moustiques, coléoptères, puces et même nématodes phytopathogènes (causant les maladies des plantes). Mais les effets sont relativement longs à se produire, la spécificité est souvent trop étroite et la protéine insecticide, comme toutes les protéines, n'est pas très stable dans le milieu. On sait modifier les gènes de Bacillus thuringiensis en fusionnant plusieurs protéines (ce qui élargit le spectre d'action), en stabilisant la protéine (en l'emballant dans des bactéries différentes comme les Pseudomonas) ou en la localisant dans des sites privilégiés (en la faisant exprimer dans des bactéries qui habitent précisément les sites où le pathogène ou le prédateur est fréquent : par exemple, les protéines antimoustiques sont produites dans des cyanobactéries qui flottent à la surface des eaux où les larves de moustiques pullulent). Cependant, la production des protéines insecticides est encore insuffisante et l'étude de l'impact de tels recombinants est encore à faire. On peut également exprimer les gènes de ces protéines directement dans les plantes à protéger. La démonstration de l'efficacité de la méthode a été faite dès le milieu des années quatre-vingt. L'utilisation de la protéine insecticide dans des cotons transgéniques permettait de limiter les traitements insecticides (une quinzaine par récolte actuellement). On peut pousser le raffinement jusqu'à faire exprimer le gène de la protéine insecticide uniquement quand un insecte attaque la feuille. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats chenille - 1.ZOOLOGIE DDT (dichloro-diphényl-trichloréthane) doryphore herbicide pesticide La résistance aux virus. C'est presque de manière fortuite qu'on a découvert que l'expression dans une plante du seul gène de la protéine qui enveloppe certains virus entraîne une immunité de la plante qui exprime ce gène étranger. La protection est très efficace et porte sur les virus apparentés dans beaucoup de cas. L'observation a été généralisée à la quasitotalité des virus végétaux. Il y a là un moyen très important de lutte contre des agents dont on ne sait pas freiner la prorogation autrement. La stimulation des défenses. Les plantes limitent la prolifération des pathogènes par une politique de la terre brûlée en nécrosant les cellules qui entourent le site de pénétration. Elles développent également des défenses généralisées mal connues. On sait, cependant, que ces défenses sont stimulables par l'intervention des gènes particuliers, que l'on est maintenant capable de déclencher par un agent chimique simple comme les salycilites (voisins de l'aspirine). Le freinage de la surmaturation des fruits. Le fruit n'a aucune vocation à durer ; c'est la graine qu'il enveloppe qui l'a. On assiste donc, à maturité (chez la tomate, par exemple), à un amollissement du fruit dû à des enzymes qui liquéfient les ciments intercellulaires en réponse à un signal qui est une hormone végétale : l'éthylène. Les techniques du génie génétique ont permis de bloquer l'expression des gènes des enzymes de liquéfaction, tout en laissant le reste du processus de maturation (accumulation de sucres, etc.) se dérouler normalement. On agit soit directement sur le gène qui code pour l'enzyme, soit sur les gènes qui permettent la production d'éthylène. Il en est ainsi des tomates qu'on trouve actuellement en vente aux États-Unis. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats t omate Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats aphte bactérie immunité Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats amélioration génétique colza fermentation glucides huile hybridation lisier mutation - 1.BIOLOGIE patrimoine génétique plantes - Les plantes cultivées - Biotechnologies et plantes cultivées plantes - Les plantes cultivées - L'amélioration génétique des plantes cultivées protection de la nature - Pourquoi conserver la nature ? - Les raisons économiques Les livres biotechnologies - culture de rosier réalisée in vitro dans un milieu gélosé, page 660, volume 2 biotechnologies - racines de « hairy root « cultivées in vitro, page 661, volume 2 Les productions industrielles C'est dans ce domaine que l'ingénierie génétique a effectué les percées économiques les plus spectaculaires. Plus de la moitié des enzymes aujourd'hui commercialisées sont des enzymes recombinantes. Les enzymes des détergents ménagers sont un bon exemple de l'évolution des biotechnologies. On a commencé par utiliser, au début du XXe siècle, des protéases (enzymes découpant les protéines) classiques, comme celles qui sont issues de pancréas récoltés dans les abattoirs. Mais leurs caractéristiques ne se prêtaient absolument pas à une utilisation par les ménagères qui faisaient bouillir leur linge en milieu alcalin. On a alors cherché des micro-organismes qui, vivant à pH alcalins et haute température, étaient susceptibles de produire des protéases aux caractéristiques souhaitées. On a trouvé ainsi Bacillus licheniformis, qui produit la subtilisine. Il a alors fallu augmenter le rendement de la production. Tout a été réalisé par une sélection classique des individus les plus performants. Maintenant, on améliore les performances de l'enzyme elle-même en modifiant son gène dans tous les sites importants. On pilote sa stabilité à l'oxydation, à la chaleur, aux pH extrêmes, sa spécificité de reconnaissance de substrat, etc. Les lessives ménagères devant s'attaquer aux graisses, on a recherché des lipases fonctionnant dans les mêmes conditions que la protéase, afin de les mélanger dans une même lessive. On n'en a pas trouvé chez Bacillus licheniformis. On a donc recherché ailleurs, et on a ainsi caractérisé la lipase d'un champignon, Humicola lanuginosa ; o n a isolé son gène, on l'a transféré dans un Bacillus industriel et on a stimulé son expression dans cette bactérie. Des suppléments en acides aminés pour les aliments des animaux sont nécessaires, car ils ne sont pas tous en quantité suffisante dans les nourritures naturelles - et cela est d'autant plus nécessaire qu'on augmente les performances de ces animaux. La lysine fait partie de ces amido-acides essentiels qui doivent supplémenter les rations. Elle est produite massivement (plusieurs centaines de milliers de tonnes par an) dans le monde par des corynébactéries qu'on cultive dans des fermenteurs où elles se nourrissent de mélasses ou d'amidons d'origine agricole. Le glutamate de sodium, lui, est un rehausseur de goût, qui est abondamment utilisé dans les plats cuisinés. Il est produit par les mêmes corynébactéries pour l'alimentation humaine. Cette production permet d'illustrer comment on peut obtenir des performances « contre nature « sans, pour autant, recourir au génie génétique. Les organismes ne fabriquent, logiquement, des acides animés que pour leurs besoins propres. Si l'on veut qu'ils en produisent plus et qu'ils l'excrètent dans le milieu, il faut éliminer les boucles de régulation qui freinent la production quand un certain seuil est atteint. C'est ce qui a été réalisé en utilisant des molécules toxiques, analogues d'intermédiaires intervenant dans la biosynthèse de la lysine, qui tuent la cellule si elles sont reconnues par la cellule. Les mécanismes régulateurs sélectionnés sont donc « aveugles « pour la lysine. Cependant, la bactérie résultante, très performante sur le plan de la production de lysine, est alors presque complètement « invalide « sur le plan de la croissance. Il faut donc la « croiser « (par fusion de deux cellules) avec une bactérie voisine qui restaure sa capacité de multiplication. On perd une partie de la capacité de production, mais une sélection des individus les plus performants permet d'y remédier. La production de plastiques biodégradables La bactérie Alacaligenes eutrophus, placée en carence d'azote et en pléthore d'aliments carbonés (sucres), stocke les composés carbonés sous forme de polyhydroxybutyrate qu'elle réutilise (c'est une réserve) quand une source d'azote est disponible. Cette réserve sous forme de granules intracellulaires peut donner un plastique parfaitement biodégradable (puisque c'est une réserve nutritive). Ce plastique est actuellement utilisé pour des produits de luxe (emballages de cosmétiques). Son prix pourra être abaissé, car on sait à présent le produire dans des feuilles de crucifères (famille du colza), et bientôt dans des tubercules de pomme de terre. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats biodégradable (substance) plastiques (matières) - Économie et avenir des matières plastiques Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats détergent lysine Les biotechnologies et l'alimentation De nombreux progrès ont été accomplis dans le domaine des biotechnologies appliquées à la technologie alimentaire. Mais la crainte des réactions du public à l'égard de ces techniques fait reculer les industriels. La levure de bière produit, pendant la fermentation alcoolique, une substance, le diacétyl, qui donne un mauvais goût à la bière « verte «. Il faut alors la garder un certain temps pour que le diacétyl se transforme spontanément en acétoïne sans goût. Ce temps d'immobilisation coûte cher, et les brasseurs seraient heureux de le réduire à celui qui est nécessaire à la seule fermentation alcoolique. Des levures brassicoles, donnant une bière qui ne se distingue pas des bières « traditionnelles «, et ne produisant plus de diacétyl, sont parfaitement au point. Elles ne fabriquent plus de diacétyl, soit parce qu'on a inactivé partiellement un gène de production, soit parce qu'on leur a transféré un gène qui détruit le précurseur du diacétyl dans la cellule. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats bière - Fabrication Les biotechnologies et l'environnement Les biotechnologies peuvent participer à la réduction ab initio de la pollution de notre environnement lors de la production des éléments indésirables en les limitant, mais ces procédés doivent, par un moyen ou un autre, tenir compte de la compétition économique (avantage réglementaire ou publicitaire, et prix de revient adapté). Les produits de l'industrie humaine sont cependant parfois très récalcitrants (métaux lourds, certains pesticides en particulier) et, s'ils ne sont pas, le plus souvent, une nouveauté pour les organismes vivants (exemple des hydrocarbures), ils sont parfois trop concentrés (lieux de fabrication, stockage) ou trop dilués (nappes phréatiques, sols) pour être attaqués avec efficacité par des micro-organismes naturels, même « compétents «. On doit donc en général les modifier. Il faut également noter que les biotechnologies ne sont pas les seules techniques disponibles, et pas toujours les plus performantes, mais elles peuvent l'être moyennant, au préalable, une meilleure connaissance du fonctionnement des organismes dont on veut se servir, et éventuellement de leur modification. Cette modification est difficile pour des raisons techniques (on fait parfois travailler gratuitement le micro-organisme sans aucun bénéfice pour lui, et la sélection des plus performants nécessite des astuces) et psychologiques (refus des modifications génétiques dirigées ou de la dissémination des micro-organismes ainsi modifiés). De nombreuses possibilités ont été dégagées à l'échelle du laboratoire, mais leur utilisation à grande échelle n'est pas si évidente, car les micro-organismes passent d'un environnement protecteur bâti par l'homme à un milieu où la compétition est féroce. Il faut donc, à la fois, donner à ces derniers un avantage sélectif suffisant pour éviter des interventions fréquentes et savoir les éliminer quand leur tâche est supposée achevée. Des techniques existent ; elles doivent être évaluées en vraie grandeur. Les discussions interminables sur l'opportunité d'utiliser les procédés biotechnologiques retardent l'étude elle-même de procédés performants et de leur évaluation. Beaucoup de victoires proclamées ces derniers temps dans des dépollutions contrôlées sont sujettes à caution, car on n'a pas de véritables moyens de mesurer l'impact des mesures qui ont été prises. L'élimination des polluants ou la bioremédiation Les méthodes biologiques, avec leur connotation « naturelle «, ont le vent en poupe, mais il ne faut pas trop idéaliser ce type de procédés. Un des atouts de la bioremédiation est de disposer d'une panoplie très riche de chaînes, toutes faites, de dégradation de toutes sortes de molécules. Les micro-organismes ont un avantage certain dans ce domaine, dans la mesure où leur rythme de reproduction, la taille des populations et la facilité à transmettre des informations génétiques sont considérables. De plus, il n'y a pas besoin d'avoir une fréquence de mutation supérieure à la moyenne, par cycle de réplication, pour que les mutants s'accumulent dans une population donnée. Il suffit d'une pression de sélection pour voir se dégager de l'anonymat une population très enrichie dans l'organisme ou les organismes capables de répondre favorablement à la sélection. L'un des sites les plus indiqués pour trouver de tels organismes est le sol des usines où ils sont fabriqués. En effet, du fait de la contamination inévitable et répétée de leur sol ou de leur sous-sol, on peut y trouver naturellement des populations capables d'utiliser le produit comme substrat, mais aussi les matières premières nécessaires à sa fabrication. La dégradation des polluants par les organismes biologiques consiste en leur utilisation soit comme substrats, soit comme « poubelles «. Dans le premier cas, les micro-organismes vont extraire des polluants l'énergie et, éventuellement, des squelettes moléculaires pour bâtir leurs cellules. Il faut les aider à oxyder le substrat (par exemple, les hydrocarbures d'une marée noire ou d'une simple fuite dans une station service) et leur fournir des « engrais «, en général des phosphates et de l'azote sous une forme assimilable quand le substrat n'en contient pas. Dans le second cas, les micro-organismes vont déverser sur les polluants les déchets (ici, des électrons) récoltés lors des multiples oxydations cellulaires, modifiant au passage la composition chimique du matériau de départ, ce qui peut correspondre à une détoxification. Dans cette hypothèse, le polluant n'étant généralement pas un substrat (c'est le cas de nombreux composés chlorés), il faut en fournir un, le moins cher possible - des mélasses ou des déchets alimentaires, par exemple. Il faut néanmoins vérifier que les produits réduits de la « poubelle « ne soient pas plus toxiques que le produit de départ. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats déchets engrais hydrocarbure Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats détergent environnement micro-organisme Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats chimère - 1.BIOLOGIE génétique Les médias biotechnologies - les biotechnologies, demain biotechnologies - quelques domaines d'utilisation des produits issus des biotechnologies clonage d'une brebis génie génétique Les livres biotechnologies - colonie d'une souche recombinée de Streptomyces violaceoniger, page 663, volume 2 biotechnologies - schéma d'un bioréacteur,, page 666, volume 2 biotechnologies - illustration d'un fermenteur industriel, page 667, volume 2 Les indications bibliographiques F. Gros, l'Ingénierie du vivant, Seuil, Paris, 1992. F. Gros, F. Jacob et P. Royer, Sciences de la vie et société (rapport au président de la République), Documentation française, Paris, 1979. OCDE, Biotechnologies : effets économiques et autres répercussions, Paris, 1989. La Recherche, novembre 1994.