Génie génétique 2

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GENIE GENETIQUE 2.
PLAN.
Introduction : définition et historique.
Les microorganismes d’intérêt industriel-Rôle des champignons dans les
biotechnologies.
Les productions « naturelles » :
- Méthodes de production en microbiologie industrielle.
- Méthodes pour l’amélioration de la production.
- Production d’antibiotique.
- Production d’acides organiques, de polymères.
- Bioconversion (ex : synthèse de stéroïdes).
Production de protéines recombinantes par génie génétique.
- Transcription et sécrétion des protéines chez les procaryotes (aspects
fondamentaux). Notion de régulation de l’expression des gènes bactériens
- Propriétés de vecteurs d’expression bactérien et levure.
-Avantages et inconvénients des systèmes d’expression hétérologue.
- Ex de synthèse de protéines d’intérêt : hormone de croissance ( E. coli et
insuline…)
CHAPITRE 1 : BIOTECHNOLOGIE MICROBIENNE :
HISTORIQUE ET GENERALITES.
BIOTECHNOLOGIE.
DEFINITION
Technique, méthode, ou procédé faisant appel au vivant pour :
- rendre possible
- accélérer
- faciliter
la synthèse ou la transformation d’un produit donné. C’est une science avec
l’exploitation économique comme quasi finalité.

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PETIT HISTORIQUE.
Préhistoire : lié aux modes de conservation des aliments (séchage, salaison,
sucre,…).
Antiquité : fermentation des aliments (pain, fromage, bière, vin) et tannage des
cuirs (excréments animaux).
VI° siècle : en Occident, progrès des arts de la vinification.
1867 : Pasteur, père de la microbiologie appliquée.
1900 : traitements des eaux usées.
1908 : O. Röhm, utilisation des protéases animales pour poudre à laver et
tannerie (selles canines).
1914-1918 : le nerf de la guerre : en Allemagne, on a besoin de glycérine pour
faire de la glycérine et puis de la nitroglycérine ; Carl Neuberg a travaillé sur
Saccharomyces cerevisae a réussi à inhibé la voie de l’alcool déshydrogénase. On
utilisait comme substrat de la mélasse (déchets de formation du sucre à partir de la
canne à sucre). En Angleterre et au Canada besoin d’acétone (solvant de la nitrocellulose
pour fabrication de poudre explosive) et de butanol (production de caoutchouc
synthétique) et Chaim Weizmann a utilisé Clostridium acétobutylicum et fermentation
de la mélasse pour produire acétone et butanol.
1922 : A. Flemming et la découverte d’antibiotique.
1950 : boum des antibiotiques.
1965 Ajout de la présure dans la fabrication du fromage
1985 : PCR
1995 : tomate transgénique en vente.
1996 : premier génome séquencé
1999 : valeur marchande des protéines recombinante utilisées en pharmacie > 10
milliards de $.
GRANDS SECTEURS.
Boisson et aliments fermentés
Additifs alimentaire
Agriculture
Pharmaceutique
Environnement
Industrie : pâte à papier…
ASPECTS SOCIOLOGIQUES ET ETHIQUES
Production animale et végétale controversée (aliments transgéniques…)
Application médicale mieux bien acceptée.
Application militaire de la biotechnologie interdite au niveau mondiale (anthrax…).

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PERFORMANCES AU NIVEAU MONDIAL :
En tête des utilisations des biotechnologies, on a la bière puis l’éthanol, puis
l’acide glutamique (exhausteur de goût), puis l’acide citrique, puis les protéases
(lessives). Et seulement après viennent les protéines médicales (céphalosporines,
aspartame, antibiotique, insuline, érythropoïétine).
CHAPITRE II : LES MICROORGANISMES D’INTERET
INDUSTRIEL.
I. MICROORGANISME D’INTERET INDUSTRIEL.
E. coli : gram- capable de produire
des molécules d’intérêts. Organisme de
choix, parce que bien connu.
Pseudomonas putida : bacille avec
flagelle à une extrémité, capable d’utiliser
des hydrocarbures, et des déchets.
Bacillus subtilis : gram+ plus
pratique pour exporter des molécules
puisque les gram+ n’ont qu’une seul
membrane.
Corynebactérium glutamicum :
capable de produire des acides aminés.

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Streptomyces coelicolor : pour la
production d’antibiotique.
Les bactéries lactiques : transformation de lactose en acide lactique. Nécessaire
pour l’ensilage (processus rendant le foin digestible pour les animaux)…
Les levures : comportement à mi-chemin entre procaryote et eucaryote. Avec
Penicillium pour l’alimentaire et le médical.
II. STRUCTURES.
On rappelle que chez les gram+ on a une membrane plasmique et une paroi qui ne
retient pas les molécules sécrétées.
Chez les gram- on a deux membranes lipidiques de part et d’autre d’un feuillet de
peptidoglycanes, qui rend plus difficile les transformations et les sécrétions.
Les champignons utilisés sont dans le groupe des ascomycètes. Les levures
peuvent prendre différentes formes : Saccharomyces (à peu près rond et
bourgeonnant), Torulopsis (qui ressemble à Saccharomyces ), d’autres encore on un
aspect de mycélium). On en utilise surtout 4 : S. cerevisae (16K), Candida utilis (8K).
Pichia pastoris (6 à 8 K) et Hansenula polymorpha (4-6 K). Plusieurs milliers de tonnes
sont produites chaque année, surtout pour l’alimentation animale (source de nutriments).

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SACCHAROMYCES CEREVISAE.
Présence d’un noyau. Présence d’un plasmide : le Plasmide-2-microns (ou plasmide
2µ). Ce plasmide est beaucoup utilisé. Génome : 15 Mb. 50 à 100 copies du plasmide.
Temps de génération g= 1,5h
Manipulation aisé (comme chez les bactéries). Reproduction asexuée possible
(reproduction clonale).
Modifications post-traductionnelles (glysosylation, phosphorylation…) possibles
des protéines.
Nombreux mutants disponible.
CHAMPIGNONS ASCOMYCETES PLURICELLULAIRES, ASPERGILLUS,
PENICILLIUM…
Plusieurs noyaux dans la même cellule. On a une paroi primaire contenant de la
chitine, en contact avec la membrane plasmique, surmontée d’une paroi secondaire
contenant du glucane.
Aspergillus niger producteur de l’acide citrique.
III. MODES DE REPRODUCTION.
Les bactéries se reproduisent par scissiparité (division binaire).
Les levures présentent un cycle haplo-diploïde. On connait les déclencheurs de
cycles, donc on peut imposer le passage de la phase diploïde à la phase haploïde et vice-
versa.
On peut provoquer la reproduction sexuée en mettant en contact deux cellules
haploïdes ou en mettant une cellule diploïde en carence sévère, ça provoque une méiose
et puis une sporulation de cellules haploïdes qui pourront faire la reproduction sexuée ;
ou favoriser le bourgeonnement en donnant un milieu largement suffisant à une cellule
diploïde.