Application de la biotechnologie

Introduction à la biotechnologie

La Fédération européenne de biotechnologie (EFB) a donné la définition suivante de la biotechnologie:

Pour faire simple, en utilisant le matériel génétique des cellules et des bactéries, on peut changer le génotype d'un organisme en modifiant son ADN. Pour ce faire, on utilise généralement un vecteur et on transmet les caractères souhaités au sujet.

Depuis, la biotechnologie s'est développée rapidement au cours des dernières décennies. Elle est principalement utilisée en médecine, en agriculture, dans l'industrie alimentaire et dans les pratiques environnementales.

Principes de la biotechnologie moléculaire et applications de l'ADN recombinant

La biotechnologie a deux principes et grâce aux applications de la technologie de l'ADN recombinant, nous pouvons modifier le génome d'un organisme et lui donner des caractéristiques souhaitables en utilisant le génie génétique et le génie des bioprocédés.

Organismes génétiquement modifiés

Les organismes tels que les plantes, les animaux, les bactéries, etc. dont les gènes ont été modifiés par génie génétique sont appelés organismes génétiquement modifiés. Ces organismes peuvent être dotés de caractéristiques souhaitables en insérant un gène étranger dans leur génome afin de modifier leur phénotype.

Coton Bt

Laculture du coton a toujours été difficile car elle est toujours plus ou moins menacée par des ravageurs comme le ver de la capsule. C'est ainsi que nous avons pu créer un coton résistant aux parasites, le coton Bt!

Lecoton Bt est une culture génétiquement modifiée (GM) dans le génome de laquelle ont été insérées des souches de Bacillus thuringiensis .

B. thuringiensis produit des cristaux de protéines qui contiennent des protéines insecticides. Cette protéine est présente sous forme de protoxine inactive qui est activée une fois ingérée par l'insecte par le pH alcalin de l'intestin. La toxine activée se lie aux cellules épithéliales de l'intestin et y crée des pores. Ces pores provoquent la lyse des cellules et finissent par entraîner la mort de l'insecte.

Fig. 1 : Ce schéma montre comment est produit le coton Bt résistant aux insectes.

Animaux transgéniques

Les animaux dont les gènes ont été modifiés par génie génétique sont appelés animaux transgéniques. L'insertion d'un gène étranger, un transgène , dans le génome de l'animal, a pour but de lui donner des caractéristiques souhaitables.

Souvent, les produits biologiques comme les médicaments et les vaccins sont testés sur des rats transgéniques pour évaluer leur sécurité et les effets secondaires qui pourraient se développer. Ils sont également utilisés pour des tests de sécurité chimique comme le maquillage et la toxicité des médicaments. Ces pratiques soulèvent certainement des questions sur les normes éthiques.

Applications de la biotechnologie dans le domaine de la santé

La biotechnologie a contribué au développement de l'industrie de la santé en utilisant des procédés technologiques de recombinaison de l'ADN. Elle a permis de mettre au point des vaccins, de guérir des maladies génétiques, de créer des médicaments qui sauvent la vie des patients atteints de diabète et d'autres médicaments dont il est question ci-dessous.

L'insuline produite par génie génétique

L'insuline est une hormone produite par lescellules des îlots de Langerhans dans le pancréas. Son rôle est avant tout de contrôler la quantité de sucre dans notre sang.

Lorsque notre taux de sucre dans le sang augmente, le pancréas libère de l'insuline pour ramener ce taux à un niveau normal. Les personnes atteintes de diabète ont besoin d'insuline à intervalles réguliers pour réguler leur taux de sucre dans le sang, car leur corps n'en produit pas assez.

Il existe deux types de patients diabétiques.

• Les personnes atteintes de diabète de type 1 ne peuvent pas produire d'insuline alors que,

• les personnes atteintes de diabète de type 2 ne produisent pas assez d'insuline.

Lorsque l'insuline est synthétisée, elle est produite sous forme de pro-hormone avec une chaîne polypeptidique, la chaîne C, ainsi que les chaînes A et B. L'insuline mature n'a pas de chaîne C et n'a que les chaînes A et B.

Cela a permis de rendre l'insuline largement disponible et beaucoup plus efficace que l'insuline animale.

Fig 2 : Schéma de la transformation de la pro-insuline en insuline mature dépourvue de peptide C.

La thérapie génique

Les personnes atteintes de maladies génétiques peuvent désormais bénéficier d'une thérapie génique. La thérapie génique est un ensemble de techniques utilisées pour corriger un gène défectueux chez un individu, généralement à un jeune âge mais aussi potentiellement chez l'adulte. Les maladies génétiques sont traitées par l'insertion d'un gène correct en remplacement du gène défectueux. Des vecteurs tels que l'adénovirus sont utilisés pour mener à bien ce processus.

Si la thérapie génique est introduite chez l'enfant à un jeune âge, il y a de grandes chances qu'il soit définitivement guéri car le bon gène remplace le gène défectueux.

Diagnostic moléculaire

Tu as peut-être remarqué que lors de la pandémie de COVID-19, les personnes présentant des symptômes ont dû subir un test rapide de PCR (Polymerase Chain Reaction). Il s'agit d'une autre application de la biotechnologie utilisée pour diagnostiquer des maladies qui ne peuvent généralement pas être diagnostiquées par une analyse d'urine ou de sérum.

Outre la PCR, il existe d'autres méthodes de diagnostic telles que l'ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) et la technologie de l'ADN recombinant. Ces techniques sont basées sur le principe de l'interaction antigène-anticorps. Les agents pathogènes peuvent être détectés par la présence d'antigènes tels que les protéines, les glycoprotéines, etc.

Application de la biotechnologie à la gestion des déchets

La biotechnologie peut être exploitée pour aider à améliorer les facteurs environnementaux tels que la gestion des déchets. Tout au long de cet article, nous avons abordé certaines de ces technologies. Le génie génétique joue un rôle important dans l'efficacité de la production de moins de déchets.

Les cultures génétiquement modifiées peuvent contribuer à réduire les déchets alimentaires inutiles en aidant les agriculteurs à minimiser les pertes de récoltes tout en préservant les ressources. Elles permettent aux agriculteurs d'obtenir des rendements plus élevés tout en utilisant moins de terres, ce qui contribue à préserver la biodiversité. En outre, la culture de certaines plantes génétiquement modifiées a contribué à réduire lesémissions dedioxyde de carbone produites par l'agriculture puisque moins de machines lourdes sont nécessaires.

Certaines cultures qui ont été modifiées pour réduire les besoins en engrais, et les piscicultures qui utilisent des sources d'alimentation à base de plantes (généralement des cultures génétiquement modifiées) ont moins d'écoulement de déchets qui ont tendance à conduire à l'eutrophisation (un processus qui réduit la biodiversité ) et à réduire les émissions de gaz à effet de serre. processus qui réduit la biodiversité en raison de l'augmentation de la croissance des plantes aquatiques et des algues ).

Applications dans l'industrie alimentaire

Avec l'aide de la biotechnologie, nous pouvons maintenant produire des aliments qui ont une durée de conservation plus longue, un goût amélioré et une valeur nutritive élevée. Avec les techniques et les ressources appropriées, la biotechnologie peut même être utilisée pour éradiquer la faim dans le monde et d'autres maladies causées par la malnutrition.

La fermentation

Les brasseries utilisent des levures anaérobies pour produire de l'alcool. Traditionnellement, les levures fermentent à une température comprise entre 20 et 28 degrés Celsius. Les levures génétiquement modifiées sont connues pour produire de l'alcool à des températures beaucoup plus basses, ce qui est rentable. Le pain est également produit de façon similaire à l'aide de levures génétiquement modifiées. Ces cultures ont été génétiquement affinées pour produire des produits alimentaires de haute qualité.

Une durée de conservation plus longue

As-tu déjà remarqué que les bananes ou les tomates que tu as achetées à l'épicerie deviennent pulpeuses après les avoir laissées à l'extérieur pendant quelques jours ? C'est ce qu'on appelle le mûrissement des fruits, et cela peut être particulièrement ennuyeux si tes fruits et légumes mûrissent trop vite et se gâtent au bout de quelques jours. Pour résoudre ce problème, les scientifiques ont commencé à produire des cultures génétiquement modifiées qui ont naturellement une durée de conservation plus longue. Cela a permis de réduire le gaspillage de nourriture et de ressources, et donc d'économiser de l'argent.

Exemples de biotechnologie dans l'agriculture

La sécurité alimentaire et la résolution des problèmes liés à la production alimentaire ont été au centre des préoccupations de nombreux scientifiques travaillant dans l'industrie agricole en développant à la fois de nouvelles méthodes de culture et de nouveaux types d'aliments à l'aide de techniques issues de la biotechnologie. Cela se fait de deux manières principales : la modification génétique (ou ingénierie) et l'élevage sélectif.

Cultures génétiquement modifiées

Les cultures vivrières peuvent être génétiquement modifiées. Il s'agit d'enlever un gène identifié dans une espèce différente à l'aide d'enzymes et de le placer dans l'ADN d'un autre organisme. Dans ce cas, l'organisme qui en résulte est connu sous le nom de transgénique.

Les cultures qui ont subi des modifications génétiques comprennent de telles altérations pour les rendre :

• plus intéressantes sur le plan nutritionnel, comme le riz doré - qui contient un gène provenant d'une autre plante et d'une bactérie pour que les grains de riz produisent du bêta-carotène, une substance chimique qui se transforme en vitamine A dans le corps humain. Cette variété de riz peut aider les personnes souffrant de carences liées à des maladies.

• Résistance aux insectes, comme dans le blé et le maïs - ces variétés contiennent un gène provenant d'une bactérie connue sous le nom de Bacillus thuringiensis qui produit naturellement une toxine qui tue les insectes nuisibles tels que les chenilles.

• Résistant à certains herbicides (un produit chimique qui détruit les plantes) - certaines plantes contiennent ce gène naturellement. Mais pour celles qui n'en ont pas, ce gène peut être inséré de sorte que lorsque les agriculteurs pulvérisent leurs champs entiers avec de l'herbicide, seules les mauvaises herbes sont tuées et non les plantes cultivées.

• Résistance à la sécheresse pour qu'elles poussent mieux dans des conditions plus sèches et plus chaudes afin d'augmenter le rendement des cultures.

Sélection

Ce type de sélection concernant l'agriculture existe depuis des milliers d'années. La reproduction sélective consiste à croiser un organisme présentant des caractéristiques souhaitables avec un organisme de la même espèce, contenant généralement aussi des caractéristiques souhaitables. Elle est utilisée pour les cultures vivrières, l'élevage du bétail et la pisciculture.

Comparé à la modification génétique, le croisement sélectif ne pose pas les mêmes problèmes éthiques que cette dernière technique biotechnologique. Pour certains, la modification génétique s'éloigne trop des processus naturels.

Application de la biotechnologie à l'aquaculture

L'aquaculture, également connue sous le nom de agriculture aquatique , comprend des procédés tels que pisciculture utilisés pour parvenir à une pêche durable. Avec la demande croissante de poissons d'élevage, la biotechnologie peut aider à répondre à cette demande.

La biotechnologie joue un rôle important dans l'aquaculture, notamment en veillant à ce que les poissons :

• Atteignent un taux de croissance substantiel en utilisant des techniques telles que l'élevage sélectif.

• Les aliments pour poissons ont une valeur nutritionnelle accrue en produisant d'autres sources de protéines à base de plantes.

• Lasanté est améliorée en utilisant le génie génétique pour sélectionner des gènes résistants aux maladies et par l'administration de vaccins.

Elle offre également des avantages pour l'environnement, non seulement en aidant à conserver les stocks sauvages, mais aussi en aidant à restaurer et àprotéger l'environnement.

Applications de la biotechnologie dans l'industrie laitière

Les bactéries qui se nourrissent de lactose, associées à la biotechnologie, peuvent être utilisées pour modifier la texture du lait et le transformer en fromage. Cette méthode est intégrée à la culture humaine depuis des siècles et ce n'est qu'avec l'aide de la technologie d'aujourd'hui que nous pouvons produire en masse ces produits qui sont non seulement de haute qualité mais aussi rentables.