Biotechnologie

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L’OCDE définit la biotechnologie comme « l’application des principes scientifiques et de l'ingénierie à la transformation de matériaux par des agents biologiques pour produire des biens et services »[1].

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 (voir organismes génétiquement modifiés).

Histoire[modifier | modifier le code]

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.

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 déve loppement 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 » [2]. 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 finit en krach en 2001-2002. Les plus solides, comme Amgen, Genentech, ou Transgene continueront à se développer, lançant leur propres médicaments. D'autres comme Decode Genetics et Genset disparaitront dans les processus d'acquisitions-fusions.

Des années 2000 à 2010, les micro-organismes, éventuellement génétiquement modifiés et de nombreux enzymes sont de plus en plus utilisés dans de nombreux secteurs de l'économie ; dans la recherche, dans l'industrie agroalimentaire et pharmaceutique, dans certaines activités médicale ou de recyclage, d’élimination des déchets, de dépollution des sols ou de l'eau, de production d'énergie (méthanisation...) notamment. Mais ces nouveautés affectent aussi certaines activités connexes (maintenance, nettoyage, de réparation et posent des questions nouvelles de sécurité et santé au travail[3].

Parallèlement et souvent avec un certain retard, la réglementation du travail tend à évoluer pour protéger la santé des travailleurs contre de nouveaux risques [3].

Présentation du secteur[modifier | modifier le code]

Biotechnologies « traditionnelles »[modifier | modifier le code]

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

De nombreuses autres technologies utilisées par l'agroalimentaire ou à la cuisine font aussi partie de la biotechnologie traditionnelle. Dans la seconde moitié du XXe siècle, d'importants progrès ont été fait dans la connaissance des rôles des protéines (signalisation cellulaire, identification des récepteurs cellulaires) et les capacités d'isoler et de purifier des protéines.

Biotechnologies contemporaines nouvelles[modifier | modifier le code]

Elles apparaissent à la fin du XXe siècle suite à la découverte de l'ADN et de l'ARN. Elles incluent

  • la protéomique, avec le séquençage et la synthèse de protéines et peptides complexes, dont des hormones macromoléculaires
  • 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]]

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.

En Europe[3], des industriels et certains laboratoires ont proposé de classer les biotechnologies en catégories "colorées" :

  • « Biotechnologies vertes » (d'intérêt agricole),
  • « Biotechnologies rouges » (d'intérêt médical)
  • « Biotechnologies blanches » (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.
  • « Biotechnologies jaunes» (traitement et élimination des pollutions)
  • « Biotechnologies bleues» (liées à l'exploitation de la diversité génétique des organismes marins, par exemple pour créer de nouveaux cosmétiques, médicaments, produits aquacoles, agroalimentaires, etc.)

Ailleurs on classe les biotechs en catégories plus explicites  : « healthcare biotech », « agrifood biotech », « industrial biotech »[3]

Les techniques basées sur la transgénèse sont devenues la base des biotechnologies qui s'appuient maintenant sur les nouveaux outils de décryptage des génomes, avec pour but premier la création de nouveaux produits d'intérêt commerciaux, par :

  • la modification génétique d'organismes d'intérêt économique, comme les céréales, afin de leur donner des caractéristiques qu'elles n'ont pas encore, par exemple la résistance à un nuisible,
  • la modification génétique d'autres organismes, afin de les rendre utiles à l'homme. Par exemple la création de chèvres intégrant dans leur génome des gènes d'araignées afin de pouvoir extraire de leur lait des fils utilisables comme textile.

Ces technologies ont donc générées d'importants débats éthiques, politiques et économiques sur le brevetage du vivant, parfois conflictuels.

Grands domaines[modifier | modifier le code]

Les biotechnologies jouent un rôle important dans le secteur des industries de la santé, mais ont aussi un rôle émergent dans les secteurs de l’environnement, de l’agriculture, de l’agroalimentaire, ainsi que pour la mise au point de processus industriels innovants. Selon l'OCDE, elles contribuent aujourd'hui à moins de 1 % du PIB des pays de l'OCDE, mais ce seuil pourrait monter à 2,7 % d'ici 2030[4]. L'Union européenne « investit 1,9 milliard d'euros dans la création d'une bioéconomie européenne au titre du thème « Alimentation, agriculture et pêche, et biotechnologie» du septième programme-cadre (7e PC). » [4]

Dans le domaine agricole (biotechnologies vertes)[modifier | modifier le code]

Selon les promoteurs des biotechnologies, ces dernières peuvent ou pourraient contribuer à diminuer les émissions de nombreux 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, diminuer l'usage d'engrais et pesticides en rendant des plantes capables de produire leur propre « biopesticide » et capter dans l'air l'azote dont elles ont besoin ;
Le développement d'abord expérimental (dans les années 1980) puis en plein champs (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. Les entreprises actives dans ce secteur sont représentées au niveau européen par EuropaBio.

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. » [4].

Dans le domaine de la santé (biotechnologies rouges)[modifier | modifier le code]

Le secteur de la santé (humaine et vétérinaire) fait un appel croissant aux biotechnologies, pour découvrir, tester et produire de nouveaux traitements (ex : vaccins, protéines recombinantes, anticorps monoclonaux, thérapie cellulaire et génique (non-virale), vecteurs viraux...). Les biotechnologies sont également très utilisées pour le diagnostiquer et pour mieux comprendre les causes des maladies.

Ceci suppose un important effort de recherche pour comprendre le fonctionnement des organismes, et concevoir des médicaments capables d'agir sur d'éventuelles perturbations, et pour mieux différencier la part du génétique et de l'environnemental dans l'étiologie et l'épidémiologie des maladies. Cet effort de R&D est 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. [réf. obsolète] [réf. souhaitée]

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 champs, et avec les meilleures conditions de biosécurité.

Dans le domaine de l'industrie (biotechnologies blanches)[modifier | modifier le code]

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 biotechnolobies 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 coûteux à obtenir par la chimie traditionnelle.

Les biotechnologies constituent donc 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.).
  • 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 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, isolation/concentration et récupération ou filtration des catalyseurs et organismes utilisés dans la fabrication de sous-produits.

Exemples de nouvelles méthodes en génétique.[modifier | modifier le code]

La PCR nécessite un ADN bicaténaire contenant la séquence visée, une ADN polymérase résistante a la chaleur, les quatre nucléotides a disposition ainsi de 15 à 20 nucléotides qui servent d'amorces (primers).Une amorce est complémentaire a l'un des début de la séquence visée.

La PCR : c’est une technique inventée en 1986 par Kary Mullis, cette technique permet de créer plusieurs copies d’un fragment donné d’un brin d’ADN.

  • La première étape est de créer des primers complémentaires aux extrémités du fragment d’ADN qui nous intéresse.
  • La deuxième étape est la dénaturation : il faut dénaturer l’ADN pour séparer les deux brins. Pour ce faire il suffit de chauffer la solution à 95°C pendant environ une minute.
  • La troisième étape est l’hybridation, c’est à dire qu’il faut refroidir la solution pendant quelques minutes pour permettre aux primers de s’apparier à l’ADN.
  • Une fois les primers appariés viens la quatrième étape : l’élongation. Pour élonguer les primers il faut utiliser une enzyme qui puisse résister à la phase de dénaturation, c’est à dire résistante aux hautes températures. Cette enzyme est une ADN polymérase résistante à la chaleur qui va détecter n’importe quel primer et élonger le brin de manière complémentaire à l’autre brin d’ADN.
  • En répétant ces trois dernières étapes plusieurs fois le nombre de fragment d’ADN choisi créé augmente exponentiellement (à partir d’un fragment d’ADN, au 1er cycle : 2 ADN sont créés, au 2e : 4 ADN sont créés, au 3e : 8 ADN, etc…).


Southern blot : Cette technique a été inventée par Edwin Southern en 1975, elle permet de détecter une séquence spécifique de nucléotide dans un gène.

  • La première étape est le découpage de l’ADN par une enzyme de restriction qui ne le coupe pas à l'intérieur du gène recherché.
  • La deuxième étape est une électrophorèse sur gel des échantillons d’ADN découpés qui permet de séparer en bandes chaque fragment de restriction, avec celui contenant le moins de paire de bases en bas et le plus gros fragment en haut du gel.
  • En suite il faut faire passer l’ADN sur une membrane de nitrocellulose, en plaçant cette membrane sur le gel trempant dans une solution alcaline. La solution alcaline monte dans le gel par capillarité, dénature l’ADN et le transfère sur la membrane de nitrocellulose.
  • La quatrième étape consiste à hybrider l’ADN avec une sonde marquée(fragment d’ADN monocaténaire complémentaire de la séquence ciblée). Pour ce faire il faut placer la membrane de nitrocellulose en présence d’une solution contenant la sonde marquée ( avec un isotope radioactif par exemple). Les bases de la sonde vont donc s’apparier avec les bases du gène ciblé. Ainsi donc nous observerons un rayonnement radioactif seulement dans les échantillons contenant le gène ciblé.

Facteurs de développement[modifier | modifier le code]

Les progrès de la biochimie et de l'informatique qui a abouti dans ce domaine à la Bioinformatique ont permis de construire les vastes bases de données nécessaire au séquençage des protéines et du génomes et à leurs interprétations ou modélisations.

Les bonnes conditions de recherche et de formation scientifique ont également été importantes. Les espoirs suscités par les biotechnologies dans les années 1980/1990 ont dopé le financement de la recherche et de la formation dans ce domaine, souvent au détriment d'autres sciences (taxonomie, botanique, écologie, toxicologie, écotoxicologie).

À la fin des années 1990, plusieurs leaders des biotechnologies, comme les américains Amgen et Genentech, faisaient partie des sociétés devenues célèbres grâce à une bulle des capitalisations boursières sans équivalent dans l'histoire, qui finit en krach, phénomène touchant aussi des nombreuses petites sociétés de Internet, et des Sociétés minières junior, cotées à la Bourse de Vancouver ou de Toronto sans avoir encore extrait une seule tonne de minerai.

Dans certains domaines, les avancés de la législations et normes qui ont fixé des seuils de plus en plus bas de pollution admissibles, dont en termes d'émission de gaz à effet de serre ont également poussé à trouver de nouvelles solutions plus efficientes et efficaces.

La réfaction et/ou l’enchérissement des ressources pétrolières ou gazières conduit aussi à trouver des alternatives énergétiques notamment par la production de biogaz et d’alcool qui peuvent être produits avec des procédés de biotechnologie.

Les aides publiques et les appels à intérêt ou à projets ont également dopé la R&D dans ce domaine. En France, les résultats de projets tels que « GABI » (réseau économique pour la recherche sur le génome végétal qui vise à analyser le génome végétal), « RiNA » (plateforme coopérative pour des acteurs de l'économie et des sciences intéressés par les technologies de l'ARN) ou « GENOPLANTE » ont facilité les avancées du domaine.

La constitution de Centre de ressources biologiques, infrastructures centrées sur des biobanques qualifiées et certifiées, visent à rendre cette recherche encore plus efficace et mieux sécurisée (ce qui est nécessaire, car la bioéthique ou la législation évoluent sans doute moins vite que les technologies).

Biotechnologies, sécurité et santé au travail[modifier | modifier le code]

Face à de nouveaux risques, dans les pays industriels, la réglementation tend à évoluer pour mieux définir, hiérarchiser et prendre en compte les notions de :

Réglementation[modifier | modifier le code]

Elle s'appuie principalement sur :

  • l'étude de risque (évaluation des risques biologiques, physiques, chimique, toxicologique, y inclut les risques écotoxicologiques, épidémiologiques, écoépidémiologiques…)
  • La prévention des risques (en France : article L 4121-1 à R 4427-5 du Code du travail en France)
  • la gestion risques
  • information et formation à la sécurité, aux bonnes pratiques et à la gestion du risque, incluant le port et l’utilisation des équipements de protection individuelle ou EPI, la bonne gestion des incidents et accidents, des déchets, etc. (en France : articles R4425-6 et R 4425-7)

Biotechnologies et art[modifier | modifier le code]

En 2007, l'artiste Orlan a créé une œuvre intitulée Le Manteau d'Arlequin. Il s'agit d'une installation mêlant art et biotechnologies, créée avec des cellules vivantes d'Orlan, de cellules d'origines humaine et animale. Cette œuvre s'inspire du texte de Michel Serres "Laïcité" en préface de son ouvrage "Le Tiers Instruit". Michel Serres utilise la figure de l'Arlequin comme métaphore du croisement, de l'acceptation de l'autre, de la conjonction, de l'intersection. Le Manteau d'Arlequin développe et continue d'explorer l'idée de croisement chère à l'artiste en utilisant le médium plus charnel qu'est la peau. Il questionne également la relation entre la biotechnologie et la culture artistique. Cette installation a été présentée à Perth, Liverpool, Luxembourg.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Biotechnogie, site de l’OCDE.
  2. Organisation de Coopération et de Développement Economiques 2011
  3. a, b, c et d Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (2013), État des connaissances sur les applications biotechnologiques en milieu industriel et dans les activités de maintenance, de réparation, de recyclage ou d’élimination des déchets et la réglementation applicable pour protéger la santé des travailleurs ; rapport (faisant suite à la Saisine « 2011 - SA - 0087 - Biotechnologies »), publié en Juillet 2013, PDF, 31 pp
  4. a, b et c CORDIS, L'OCDE définit les opportunités et les défis concernant l'avenir de la bioéconomie, 9 juin 2009
  5. - prevention.com Officiel de la Prévention, propose des définitions, notamment sur le risque biologique
  6. art. R 4421 - 2 du code du Travail français
  7. défini en France par l'article R 4421 - 4 du Code du travail

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]