Les biotechnologies - quelques notions de base
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Les biotechnologies - quelques notions de base Les biotechnologies en Chine Les biotechnologies - quelques notions de base Date de mise en ligne : lundi 25 février 2013 Copyright © Institut des Hautes Etudes pour la Science et la Technologie Page 1/7 Les biotechnologies - quelques notions de base Quelles sont les bases scientifiques des biotechnologies ? Les biotechnologies modernes exploitent notre compréhension des mécanismes de fonctionnement des êtres vivants. L'unité élémentaire des êtres vivants est la cellule. Sa taille est de quelques centièmes de millimètre (un homme est composé d'environ cent mille milliards de cellules). Elle comporte un noyau, entouré d'un cytoplasme. Le génome est localisé dans le noyau. Il est composé de gènes. Les gènes contiennent l'information nécessaire pour que la cellule fabrique toutes les substances nécessaires à la vie (ex : les enzymes et les hormones). Les enzymes accélèrent les réactions chimiques nécessaires à la vie. Par exemple, elles découpent l'amidon des féculents en sucre et transforment le sucre en énergie. Les cellules contiennent aussi des produits de réserve (matière grasse, sucre, amidon, etc.). Références : L'industrie des biotechnologies : contraintes et opportunités. In Dossier Biotechnologies. IHEST. Octobre 2003. p. 8, Inside the Cell. National Institute of General Medical Sciences. National Institutes of Health. 30 August 2011. Que désigne-t-on sous le nom de biotechnologies ? Aujourd'hui, le mot biotechnologie désigne des technologies de pointe exploitant des processus cellulaires ou moléculaires, grâce au génie génétique (ex : la production d'hormones, la thérapie génique). La production en masse de produits d'une qualité constante, qui est la caractéristique des processus industriels, est possible en biotechnologie grâce à trois outils de base : "La maîtrise des techniques de cultures de cellules (humaines, animales, végétales, micro-organismes), qui permet de maintenir longtemps des cultures cellulaires de caractéristiques constantes. Elle a notamment permis la production massive de réactifs pour le diagnostic médical (anticorps monoclonaux) et de molécules complexes pour les industries chimiques et agroalimentaires (enzymes, arômes, etc.). "Le génie génétique, qui rend possible la manipulation des gènes un à un, leur modification et leur introduction à volonté dans n'importe quel organisme. En d'autres termes, il permet de modifier de façon contrôlée le génome d'un organisme. "L'informatique, sans laquelle il est impossible de traiter et d'exploiter l'information génétique. Références : L'industrie des biotechnologies : contraintes et opportunités. In Dossier Biotechnologies. IHEST. Octobre 2003. p. 5 Qu'appelle-t-on mutation, génie génétique et OGM ? Copyright © Institut des Hautes Etudes pour la Science et la Technologie Page 2/7 Les biotechnologies - quelques notions de base Une mutation est une modification du génome. Les mutations se produisent spontanément. Elles peuvent aussi être provoquées artificiellement par des radiations, des produits chimiques ou par génie génétique. La plupart des mutations n'ont pas de conséquences visibles. Cependant, certaines changent le fonctionnement des êtres vivants. C'est pour cela que les mutations constituent un des moteurs de l'évolution. Un mutant est un individu qui se distingue des autres par une mutation. Le génie génétique désigne l'ensemble des techniques permettant d'introduire dans un organisme vivant un ou plusieurs gènes, même s'ils proviennent d'une autre espèce. Transférer un gène d'un organisme à un autre se dit « cloner un gène » et les organismes ainsi obtenus sont appelés « organismes transgéniques » ou bien « organismes génétiquement modifiés » (OGM). Le premier animal OGM (une souris) a été obtenu en 1981 et la première plante OGM en 1983 (un tabac). Références : L'industrie des biotechnologies : contraintes et opportunités. In Dossier Biotechnologies. IHEST. Octobre 2003. p. 8, Inside the Cell. National Institute of General Medical Sciences. National Institutes of Health. 30 August 2011. Quels sont les domaines d'application des biotechnologies ? Les biotechnologies interviennent dans les domaines de la santé, de l'agriculture, de l'agroalimentaire, de la chimie, de l'énergie et de la protection de l'environnement. Voici quelques exemples d'application : "Santé. Les biotechnologies rendent possible la création de médicaments inédits, inconcevables sans leur intervention : par exemple l'érythropoïétine (EPO) pour le traitement de certaines anémies. On appelle médicaments biopharmaceutiques ou biomédicaments les médicaments produits par les biotechnologies. "Agriculture. Les biotechnologies végétales permettent de lutter contre les ravageurs en créant des plantes qui produisent elles-mêmes un insecticide (plantes OGM). "Industrie chimique. Les enzymes introduites dans les lessives permettent de laver le linge à basse température, sans ajouter de phosphates, diminuant ainsi la consommation d'énergie et limitant la pollution. "Autres. Les biotechnologies sont aussi utilisées pour résoudre de nombreux problèmes de détection et de traçabilité (ex : répression des fraudes, police scientifique, recherche de paternité). Références : L'industrie des biotechnologies : contraintes et opportunités. In Dossier Biotechnologies. IHEST. Octobre 2003. p. 6, Les biomédicaments. Les entreprises du médicament - LEEM. 5 mai 2011. Copyright © Institut des Hautes Etudes pour la Science et la Technologie Page 3/7 Les biotechnologies - quelques notions de base Quelles sont les caractéristiques de l'industrie des biotechnologies en Chine ? L'industrie des biotechnologies chinoise couvre tous les domaines d'application. Elle est localisée principalement dans les provinces côtières et dans les zones spéciales de développement économique au sud et à l'est de la Chine. Répartition géographique de l'industrie des biotechnologies en Chine Market Report on China Biotechnology and Nanotechnology Industries. Italian Trade Commission, Shanghai Office. 18 June 2009. p. 20). Qu'est-ce que la thérapie génique ? La thérapie génique consiste à traiter une maladie en injectant un gène qui apporte des fonctionnalités qui font défaut au malade. Pour cela, on passe par l'intermédiaire d'un virus dans lequel on a introduit le gène par génie génétique. Le traitement peut être temporaire. C'est par exemple le cas lorsque la thérapie génique est utilisée pour lutter contre un cancer. Dans ce cas le gène est introduit via un virus qui se développe pendant quelques jours avant d'être éliminé par l'organisme. On utilise généralement un adénovirus rendu inoffensif par génie génétique (de toute façon la plupart des infections à adénovirus passent inaperçues). Le traitement peut être permanent. C'est le cas lorsque la thérapie génique vise à introduire un gène « normal » chez un malade souffrant d'une maladie génétique. On utilise alors un virus qui va s'incorporer au matériel héréditaire de cellules qui se multiplient constamment chez le malade. Un exemple est le traitement d'une dizaine de « bébés-bulles » en France en 1999. Les bébés-bulles souffrent d'une déficience du système immunitaire due au dysfonctionnement d'un gène précisément identifié. Le traitement à consister à introduire le gène « normal » dans les cellules souches des globules blancs. Les enfants ont guéri, mais la moitié d'entre eux ont malheureusement eu une leucémie (un en est mort). Références : Copyright © Institut des Hautes Etudes pour la Science et la Technologie Page 4/7 Les biotechnologies - quelques notions de base Regenerative Medicine. Department of Health and Human Services. National Institutes of Health. August 2006. p. 50, Michael L. EDELSTEIN, Mohammad R. ABEDI, Jo WIXON. Gene therapy clinical trials worldwide to 2007 - an update. The Journal of Gene Medicine 2007 ; 9 : 833-842. DOI : 10.1002/jgm.1100 pp. 834-835, Jean-Marie HURAUX. Virologie. Université Pierre et Marie Curie. 5 février 2008. p 217, Salima HACEIN-BEY-ABINA, Julia HAUER, Annick LIM, Capucine PICARD, Gary P. WANG, Charles C. BERRY, Chantal MARTINACHE, Frédéric RIEUX-LAUCAT, Sylvain LATOUR, Bernd H. BELOHRADSKY, Lily LEIVA, Ricardo SORENSEN, Marianne DEBRÉ, Jean Laurent CASANOVA, Stephane BLANCHE, Anne DURANDY, Frederic D. BUSHMAN, Alain FISCHER, Marina CAVAZZANA-CALVO. Efficacy of Gene Therapy for X-Linked Severe Combined Immunodeficiency. The New England Journal of Medicine 363:355-364 July 22, 2010. p. 363) Que désigne-t-on sous les termes « thérapie cellulaire et « médecine régénérative » ? Les deux termes sont synonymes. Il s'agit dans les deux cas d'utiliser des cellules souches pour remplacer des tissus lésés. Le plus ancien traitement de ce type est la transplantation de moelle osseuse. Il est utilisé de façon routinière depuis les années 1970 pour les maladies du sang et du système immunitaire. L'autre traitement existant est la greffe de peau, pour les grands brûlés par exemple. Dans les deux cas, le traitement exploite la présence de cellules souches dans le tissu utilisé pour la greffe. Cependant, les transplantations d'organes ou les greffes de tissu ne permettent de traiter que certains cas alors que la thérapie cellulaire est potentiellement utilisable pour un grand nombre de maladies. Cellules souches et clonage : l'humain, un cas à part ? In Dossier Biotechnologies. IHEST. Juin 2006. pp. 13-14) Qu'est-ce qu'une cellule souche ? Une cellule souche est une cellule qui reste capable de se diviser tout au long de la vie, assurant le renouvellement des cellules d'un individu. La division d'une cellule souche produit une nouvelle cellule souche (cellule de « réserve ») et une cellule s'engageant dans un processus de différenciation qui la conduira à remplir une fonction précise. Tous les êtres vivants pluricellulaires possèdent des cellules souches. Elles sont à l'origine de tous les tissus et en assurent le renouvellement (remplacement des cellules disparaissant par vieillissement ou par lésion). Les cellules souches sont à l'origine de la régénération des membres chez certains animaux (lézards, tritons, etc.). La cellule est l'unité élémentaire des êtres vivants. Sa taille est de quelques centièmes de millimètre. Elle comporte un noyau, entouré d'un cytoplasme. Le noyau rassemble la majorité de l'information génétique. Dans le cytoplasme se déroulent la plupart des réactions biochimiques nécessaires à la vie de la cellule (synthèse de molécules et production d'énergie). Un être humain est composé d'environ cent mille milliards de cellules, appartenant à environ deux cent types différents. Cellules souches et clonage : l'humain, un cas à part ? In Dossier Biotechnologies. IHEST. Juin 2006. pp. 6-7, Copyright © Institut des Hautes Etudes pour la Science et la Technologie Page 5/7 Les biotechnologies - quelques notions de base Inside the Cell. National Institute of General Medical Sciences. National Institutes of Health. 30 August 2011. Toutes les cellules souches sont-elles équivalentes ? Non. On distingue quatre catégories de cellules souches en fonction de la diversité des types cellulaires auxquels elles peuvent donner naissance : "Les cellules souches unipotentes ne produisent qu'une seule sorte de cellules différenciées (ex : cellules souches utilisées pour les greffes de peau). "Les cellules souches multipotentes ne produisent qu'un nombre restreint de types cellulaires (ex : les cellules souches de la moelle osseuse donnent naissance aux globules rouges, aux différentes sortes de globules blancs et aux plaquettes). "Les cellules souches pluripotentes peuvent donner pratiquement tous les types cellulaires. "Les cellules souches totipotentes peuvent donner naissance à un individu complet car elles sont, comme l'oeuf, capables de participer à la formation de tous les tissus d'un individu adulte ainsi qu'à celle du placenta. La moelle osseuse et le sang du cordon ombilical sont particulièrement riches en cellules souches. Les cellules souches du sang de cordon ombilical peuvent être prélevées à la naissance et conservées pour un usage ultérieur. Elles sont utilisées à des fins de recherche ou pour soigner par thérapie cellulaire le donneur ou ses frères et soeurs. Une banque nationale chinoise de cellules souches devrait être créée d'ici 2012-2013 en mettant en réseau les banques de Shanghai, Beijing et Guangzhou. Actuellement, la plus grande banque de cellules souches d'Asie a été créée par la province de Tianjin et l'entreprise StemGene. Elle stocke plus de 100 000 échantillons. Cellules souches et clonage : l'humain, un cas à part ? In Dossier Biotechnologies. IHEST. Juin 2006. pp. 7-8, Matthew CHERVENAK. Conducive factors aid China's emergence in stem cells and regenerative medicine markets. Conference : ChinaBio Partnering Forum 2009. 6 May 2009. Qu'est-ce que le clonage ? Le terme de clonage s'applique aux différentes techniques visant à obtenir un clone. Un clone est un ensemble d'individus, issus d'un même ancêtre, génétiquement identiques. Il peut s'agir de cellules ou d'êtres vivants complexes. Depuis la naissance de la brebis Dolly, et par abus de langage, on applique aussi le terme de clone à un individu unique obtenu au laboratoire par les techniques de transfert d'un noyau de l'individu cloné dans un ovule privé de noyau. Le clonage est le mode de multiplication naturel des micro-organismes. Il est courant chez les plantes, avec le bouturage et le marcottage qui permettent la propagation d'individus génétiquement identiques à la plante mère. En revanche, le clonage des animaux d'élevage reste encore du domaine de la recherche. L'industrie des biotechnologies : contraintes et opportunités. In Dossier Biotechnologies. IHEST. Octobre 2003. p. 8, Copyright © Institut des Hautes Etudes pour la Science et la Technologie Page 6/7 Les biotechnologies - quelques notions de base Cellules souches et clonage : l'humain, un cas à part ? In Dossier Biotechnologies. IHEST. Juin 2006. p. 11 Qu'est-ce que le clonage reproductif ? Le clonage reproductif désigne le procédé visant à obtenir des animaux sans passer par la reproduction sexuée. Le procédé utilise le transfert d'un noyau dans un ovule privé de son propre noyau. Initialement, la technique consistait à fusionner une cellule embryonnaire prélevée dans un embryon de trois ou quatre jours et un gamète femelle non fécondé (appelé ovule ou ovocyte) privé de son noyau. La cellule recomposée résultant de cette fusion est totipotente et produit un embryon. Celui-ci est ensuite transféré dans l'utérus d'une mère porteuse de la même espèce et la grossesse suit un cours normal. La technique est utilisée depuis le milieu des années 1980 pour les animaux d'élevage, 6 à 10 % des embryons reconstitués aboutissant à une naissance. La technique a été étendue aux singes en 1997. Une technique plus récente permet de cloner un animal adulte en partant d'une cellule différenciée prélevée chez l'individu à cloner, à la place d'une cellule embryonnaire (ex : la brebis Dolly). Cellules souches et clonage : l'humain, un cas à part ? In Dossier Biotechnologies. IHEST. Juin 2006. pp. 11-12 Copyright © Institut des Hautes Etudes pour la Science et la Technologie Page 7/7
