OGM microbiens : les produits nouveaux

Atelier de formation des communicateurs sur les organismes genetiquememt
modifies (OGM), MINEF, Limbe, 9-10 decembre 2003
OGM microbiens : de la theorie aux produits nouveaux
NWAGA Dieudonné
Unité de Microbiologie Appliquée et Biofertilisants (UMAB),
B.P. 812, Faculté des Sciences et Laboratoire de Microbiologie,
Centre de Biotechnologie, Université de Yaoundé I, Cameroun.
E-mail : [email protected]
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1-INTRODUCTION
La découverte de la structure du génome des organismes vivants par Watson et Crick en 1953,
puis celle de son séquençage il y a 30 ans a profondément changé la biologie de nos jours.
Mais avant les travaux de Pasteur, Koch et Leuwenhoek au 19e et 17e siècle, sur les
microorganismes on utilisait déjà les microbes dans l’antiquité pour la production alimentaire
(bière, vin, pain). Les pays du sud sont d ’importants réservoirs pour la diversité biologique
(plantes, animaux, microbes). Cette biodiversité, prélevée dans les pays du sud est valorisée
surtout dans les pays du nord par les biotechnologies. Les biotechnologies exploitent les
propriétés des organismes vivants (surtout les microbes) pour la production de biens et de
services. Pendant longtemps, ces biotechnologies ont utilisé des méthodes dites
« classiques »: sélection, mutation et modification du cycle sexuel.
Exemple: la pénicilline. Antibiotique produit par un champignon microscopique du sol:
Penicillium. La souche originelle P. notatum produisait 2 unités/ml, la souche industrielle
sélectionnée P. chrisogenum NRRL 1951, 100 unités/ml. Actuellement, les souches obtenues
avec les méthodes « modernes » atteignent 50.000 unités/ml.
Les micro-organismes
Ce sont les protistes qui sont unicellullaires tels que ; euglène, paramécie et Plasmodium.
Les champignons qui sont multicellulaires, sauf les levures exemples les bolets :
champignons comestibles, moisissures, qui sont souvent responsables de deteriorations
alimentaires, les champignons mycorhiziens qui realisent une symbiose benefiques pour
toutes les cultures. Les bactéries telles que E. coli, bacterie martyr et veneree, Agrobacterium
tumefaciens, utilisee pour transformer les cellules vegetales en plantes transgenique ; les
rhizobia, bacteries symbiotiques des racines de legumineuses telles que l’arachide ou le soja.
Les virus qui sont des parasites intracellulaires obligatoires de cellules animales vegetales ou
microbieennes, exemple de maladie virale et de virus : Ebola, grippe, SIDA (HIV), phage T4
(bacteriophage), polio, VMT (virus de la mosaique du tabac).
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Ils representent une importante diversité de taille de 10 a 800 nm pour les virus, de 0,5 a 5 um
pour les bacteries et des tailles superieures a 10 um pour les cellules eucaryotes (protistes et
champignons microscopiques).
La classification du monde vivant selon Whittaker est constituee de 5 règnes alors que pour
Woese, il s,agit de 3 domaines : les Archéobactéries, les Eubactéries (animaux, plantes,
champignons et protistes).
Où vivent les microorganismes ?
Dans le sol, de 103 à 108 cellules par g de terre arable, dans l’eau, surtout les eaux polluées,
dans l’air, surtout les spores de champignons, les aliments non pasteurisés sont très riches en
microorganismes, le corps humain, animal et les végétaux, les environnements extrêmes
(chauds: 90 degres, salés ou sans oxygène).
Comment cultive t-on les microorganismes ?
Pour la plupart, c’est facile sur un milieu nutritif stérilisé adéquat, pour les virus et les
bactéries parasites intra-cellullaires obligatoires, on utilise des cellules vivantes.
Quels sont les rôles et intérêts des microorganismes ?
Les bénéfices des microorganismes sont : le recyclage des nutriments et déchets dans la
nature, la dépolluent le milieu (pesticides, xénobiotiques, ), l’agriculture (biofertilisants,
biopesticides, protéines POU, ), agro-alimentaire (fermentations: vin, yaourt, fromages),
l’industrie et la médecine (acides aminés, acides organiques, antibiotiques, médicaments,
vaccins, ).
Ils sont aussi néfastes, car ils provoquent des maladies chez les humains, les animaux et les
cultures ; ils entraînent aussi des détériorations alimentaires et d’autres matériels (papier,
cuir, murs, bois).
Comment se reproduisent les microrganismes ?
Pour les champignons et autres eucaryotes, une reproduction sexuée (ou il y’a recombinaison
genetique) et asexuée (conforme au parent) Pour les bactéries: par division binaire. Exemple
chez E.coli, 1 cellule donne 2 cellule-filles toutes les 20 mn et 10 cellules donnent 10
millions de cellules-filles en 24 h. La croissance est de type exponentielle de base 2. Taille et
organisation de l ’information génétique chez les microbes. Pour les virus, un phage T4
infectant une bacterie donne 100 bacterie-fille en 24 heures..
Quelle est la taille de l’information génétique ?
Le mutations fréquentes sont plus frequence (10-2 à 10-3 pour les virus et 10-6 pour les
bactéries): ce produit constitue une grande source de variabilité génétique. La taille de
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l ’information génétique (génome) varie de 3 genes, exemple du virus de l’hépatite B: 3 kpb
du bacille : bactérie: 3 000 kpb d’une cellule humaine eucaryote: 3 000 000 kpb.
Structure d’une bactérie
Une bacterie comprent 1 chromosome circulaire, des plasmides (genes de resistance aux
antibiotiques, toxines, tueurs).
Pourquoi sont-ils spécifiques ?
Se multiplient extrêmement rapidement, s’adaptent très facilement à un nouvel
environnement, ont un métabolisme très actif, intègrent vite une nouvelle information à leur
génome.
Objectifs
Former et informer le public, les média sur la biosécurité en biotechnologie
Sensibiliser l’opinion sur les enjeux des OGM microbiens
Réfléchir sur les avantages et les risques liés à l ’utilisation des OGM
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2-TRANSGÉNÈSE MICROBIENNE
L’ADN de l’organisme cible est extrait, puis découpé avec des enzymes de restriction, on
obtient des fragments contenant le gène d’intérêt. Ce gène est inséré dans un vecteur tel qu’un
plasmide. Ce plasmide est introduit dans une bactérie. Mais les plasmides étant instables, il est
parfois nécessaire d’intégrer ce gène plutôt dans le chromosome avec un vecteur viral
(phage). Lorsqu ’on utilise un phage on parle de transduction spécialisée. Le but peut être de
multiplier les copies de ce gène, ou alors de synthétiser un produit : une protéine par exemple.
On peut aussi programmer un microorganime pour tuer !
3-BIOTECHNOLOGIES
Diverses étapes sont nécessaires pour obtenir un produit:
–Mise au point et sélection: le milieu de culture, le microbe et le bio-réacteur
–Optimisation de la production (croissance des cellulles en fermenteur)
–« Downstream processes »: purification, conditionnement...
Les domaines des biotechnologies:
zDes enjeux economiques enormes
zDes enjeux politiques importants qui pourraient corrompre !
zIl existe toujours des alternatives durables dans les biotechnologies !
4-OGM MICROBIENS
Les produits transgéniques, l’agro-alimentaire, santé-pharmaceutique, agriculture et élevage,
environnement et énergétique. Et les armes biologiques...
Les produits transgéniques
Le colibacille, Escherichia coli, bacterie martyr et venere ; c’est le microbe le plus utilisee en
biotechnologie il donne en culture des milliards de cellules par ml de culture apres quelques
heuresse sont de minuscules usines de production.
Santé-produits pharmaceutiques
1- Production de protéines thérapeutiques (insuline) dans la bactérie, E.coli
2- Transduction (transfert d ’ADN entre bacteries) par l’intermediare d’un virus (phage).
Pour obtenir les protéines transgéniques thérapeutiques : quel système choisir ? Les bactéries :
E. coli pour l’insuline humaine, Bacillus pour les hydrolases, levure : Saccharomyces pour
l’insuline, le vaccin de l’hépatite B, les champignons microscopiques, Aspergillus pour la
Chymosine. Cellules de mammifères (ovaires de hamster chinois CHO) pour les vaccins.
Agro-alimentaire
Microorganismes transgéniques en fermentation.
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