TPE SUR LES BIOTECHNOLOGIES

« développement, l'agriculture et l'agroalimentaire ont connu les premières applications avec les méthodes de sélection, d'hybridation, de domestication, de fermentation ...

Ces techniques restent toujours employées aujourd'hui mais sont perfectionnées et facilitées par le génie génétique, par exemple à l'aide de la trans genèse.

les applications concernent à la fois : • !:amélioration des organismes cultivés ou élevés par le biais de résistances et de tolérances aux ravageurs, aux maladies ou aux stress abiotiques (froid, sécheresse, substrats pauvre ...

) ou encore par l'augmentation des rendements de production, des performances de reproduction ...

• les procédés de transformation de ces produits agricoles visant à améliorer la qualité nutritionnelle ou gustative des aliments , leur conservation ou tout simplement leur qualité marchande.

D'autres innovations portent sur l'apport de nouvelles propriétés , tels que les alicaments qui associent un médicament et un aliment.

Un exemple : les Organismes Génétiquement Modifiés (OGM) la création d'un OGM passe par la modification de son patrimoine génétique pour lui conférer des caractéristiques qu'il ne possède pas à l'état naturel.

les techniques de génie génétique permettent de transférer dans un organisme un ou plusieurs gènes (transgène) d'une autre espèce (virus, bactérie, champignon, plante, animal.

..

).

!:objectif est d'amener cet OGM à fabriquer une protéine d'intérêt ou, au contraire, de réduire ou de stopper la production d'une protéine naturellement présente dans cet organisme.

Quelques exemples : • Un gène de bactérie transféré dans le maïs permet à ce dernier de produire un insecticide, le protégeant ainsi « naturellement >> des attaques des ravageurs.

• le" riz d'or» offre des qualités nutritionnelles supérieures (teneur importante en vitamine A) grâce à l'apport de trois gènes, deux provenant de la jonquille et le troisième d'une bactérie.

• Un saumon transgénique doté d'un gène d'hormone de croissance d'une autre espèce de poisson croît cinq fois plus vite et atteint ainsi une taille commercialisable plus rapidement.

• Dans le domaine médical aussi avec la production de molécules thérapeutiques.

Par exemple, l'introduction d 'un gène de la sangsue dans le colza pour produire des anticoagulants.

Il existe deux approches de création d'un OGM: • le transfert direct repose sur l'utilisation de protoplastes (cellules sans paroi) dans lesquelles est introduit l'ADN par différents procédés (polyéthylèneglycol (PEG), électroporation, microinjection , biolistique) ; • le transfert indirect dans lequel la transgenèse s'effectue à l'aide de bactéries phytopathogènes qui « contaminent» génétiquement la plante.

ENVIRONNEMENT n INDUSTRIES Traduisant la nécessité d'un développement durable, les biotechnologies explorent de nouvelles voies dans les domaines de l'énergie, de l'industrie et de l'environnement.

On parle de biotechnologies blanches qui visent à employer des processus biologiques dans des productions industrielles (plutôt que des procédés chimiques) , ainsi que du matériel biologique (renouvelable) comme matière première .

!:objectif des biotechnologies blanches est double: • « Prévenir », en limitant l'impact environnemental des activités humaines , en particulier industrielles et agricoles : réduction des pollutions et des déchets, diminution des consommations d'énergie, de matières premières et d'eau, substitution des produits issus de la chimie du pétrole, développement d'énergies alternatives, élaboration de matériaux biodégradables , réduction de l'usage de pesticides et d'engrais, biosurveillance pour évaluer l'effet des pollutions ...

, • « Guérir », avec la mise au point de nouveaux outils de préservation des milieux naturels : traitement des pollutions de l'eau, du sol et de l'air , traitement des déchets , biotransformation ...

Exemple : traitement de l'air pollué Utilisé depuis plusieurs décennies , le traitement par des filtres biologiques de l'air pollué est en plein essor.

Ces systèmes (biofiltre et biolaveur) éliminent les polluants grâce au métabolisme de micro-organismes.

le biofiltre est un système simple composé d'une surface de contact (compost.

boue , écorces, tourbe, argile ...

) à travers laquelle passe l'air vicié humidifié et sur laquelle se forme un biofilm (couche de micro­ organismes) apte à dégrader les substances odorantes ou nocives.

le biolaveur nécessite au préalable que les gaz soient absorbés dans une phase aqueuse.

le processus de dégradation s'effectue dans un second temps dans un réacteur indépendant.

Quelques exemples des avantages des biotechnologies blanches la substitution des méthodes chimiques traditionnelles par des processus biologiques engendre une réduction significative de l'impact écologique mais aussi des coûts de production : • Fabrication de la vit11mine 82 : diminution des coûts d'environ 40 %.

• Fabrication de décapants pour les textiles : diminution des coûts de 20 %, réduction de la consommation énergétique de 25 % et des rejets dans l'eau de 60 •1o.

• Production de produits plastiques , par exemple à partir d'un résidu de l'huile de tournesol : 100 % biodégradable, réduction de l'émission de gaz à effet de serre de 10 à 80 %, réduction de la consommation de combustible fossile de 25 à 55 % .

• Vêtement fabriqué en fibre textile à base d'amidon de maïs : 100 % biodégradable .

• Fabrication du papier (biopulpage) : réduction de la consommation énergétique de 30 % .

LES APPLICATIONS FUTURES Au regard des potentialités offertes par les biotechnologies , de nombreuses voies de recherches sont explorées et font émerger de nouvelles disciplines scientifiques.

Celles-ci laissent présager des perspectives d'innovations colossales.

Ce n'est d'ailleurs pas sans certaines craintes puisque ces technologies pourraient occasionner de profondes mutations de nos sociétés.

Quelques exemples • la protéomique est une discipline naissante qui bénéficie des avancées des outils d'instrumentation , en particulier la spectrométrie de masse et l'électrophorèse bidimensionnelle.

le protéome est l'ensemble des protéines produite par un génome à un moment et un environnement donnés.

Il existe donc une multitude de protéomes pour un même organisme et un même génome.

la protéomique étudie ces produits protéiques, leurs localisations, leurs interactions, leurs fonctions: c'est une analyse dynamique qui délivre un instantané de l'état et de l'organisation d'un compartiment cellulaire, d'une cellule, d'un tissu , d'un organisme.

Un seul gène pouvant produire plusieurs protéines différentes , la génomique ne permet pas de comprendre ce fonctionnement dans des conditions physiologiques ou pathologiques données .

C'est l'objectif que se donne la protéomique .

Son intérêt est déterminant et les applications potentielles sont nombreuses : - apporter une nouvelle approche de l'étude génomique, -étudier la variabilité au sein d 'une même espèce et aider à la sélection, -comprendre les réponses d'un organisme , d 'un tissu ou d'une cellule à un stress, -reconnaître des protéines marqueurs qui correspondent à un état spécifique ou une pathologie, -apporter des solutions de pharmacogénétique ...

• les nana-biotechnologies concernent la fabrication de systèmes à l'échelle du nanomètre (lo·• m).

Associées aux biotechnologies, l'aboutissement de ces recherches conduit à l'élaboration de nouveaux produits : - Des matériaux « intelligents » qui interagissent avec leur environnement, tels que les alliages à mémoire de forme ou les matériaux piezo­ électriques pour les plus connus .

De nouveaux concepts sont en cours de développement , avec des applications importantes en médecine : des biomat ériaux servant de prothèse, de membrane , de peau artificiel.

..

, -des biopuces il ADN et des biocapteurs capables de fournir une analyse ou un diagnostic biochimique ou médical, -des puces biocompatibles et implantables pouvant délivrer des médicaments à l'endroit du corps et au moment voulu selon les informations transmises par des biocapteurs.

Par exemple, dans le cas du diabète , un capteur mesure le taux de glucose et La transgenèse Gène d'intérêt ty a-~~ transmet la teneur à une biopuce chargée de produire et de délivrer l'insuline, -des systèmes combinant matière vivante et circuits électroniques, avec en particulier le développement de neuroprothèses permettant de pallier certains handicaps moteurs ou sensoriels, -et enfin, des ordinateurs à ADN asso ciant des circuits électroniques et des brins d'ADN .

Ce type de machine pourrait théoriquement offrir une puissance de calcul bien supérieure à celle d'un ordinateur classique ...

LES ENJEUX ÉTHIQUES Au vu des évolutions engendrées par les biotechnologies, une évaluation des conséquences sur l'homme et son environnement est indispensable.

la résolution de ces problématiques est la définition même de la bioéthique.

Elle nécessite une vision pluridisciplinaire pour répondre aux quest ions soulevées par ces expérimentations et applications .

Elle s'appuie sur les connaissances scientifiques et, évidemment, sur un ensemble de valeurs et de principes moraux et sociaux .

les sujets de polémiques sont divers : le clonage , la procréation humaine, la thérapie génique, l'utilisation de cellules souches, les armes biologiques , les incidences sur l'environnement et la biodiversité, le brevetage du vivant, l'eugénisme ...

les enjeux sont primordiaux, tant sur le plan moral qu'au niveau économique, social ou politique .

o ..

· .-o Transfert indirect Cellules ayant intégré le gène d'intérêt ~ Transfert direct ~ Transfert indirect .

lcgJ ~ ' b'"''''' 9~ ~ ~ Organismes génétiquement modifiés (OGM). »