Notion de biotechnologie. Biotechnologie : sur les choses les plus importantes et les plus prometteuses de la science

La biotechnologie est une discipline qui étudie les possibilités d'utiliser des organismes vivants, leurs systèmes ou produits de leur activité vitale pour résoudre des problèmes technologiques, ainsi que la possibilité de créer des organismes vivants dotés des propriétés nécessaires grâce au génie génétique.

La biotechnologie est souvent désignée comme l'application du génie génétique aux XXe et XXIe siècles, mais le terme fait également référence à un ensemble plus large de processus de modification des organismes biologiques pour répondre aux besoins humains, à commencer par la modification des plantes et des animaux domestiques par sélection artificielle. et l'hybridation. Grâce aux méthodes modernes, la production biotechnologique traditionnelle a la possibilité d'améliorer la qualité des produits alimentaires et d'augmenter la productivité des organismes vivants.

La biotechnologie repose sur la génétique, la biologie moléculaire, la biochimie, l'embryologie et la biologie cellulaire, ainsi que sur des disciplines appliquées - chimie, technologies de l'information et robotique.

Histoire de la biotechnologie.

Les racines de la biotechnologie remontent à un passé lointain et sont associées à la pâtisserie, à la vinification et à d’autres méthodes de cuisson connues de l’homme dans l’Antiquité. Par exemple, un processus biotechnologique tel que la fermentation avec la participation de micro-organismes était connu et largement utilisé dans l'ancienne Babylone, comme en témoigne la description de la préparation de la bière, qui nous est parvenue sous la forme d'une note sur une tablette découverte. en 1981 lors de fouilles à Babylone. La biotechnologie est devenue une science grâce aux recherches et aux travaux du scientifique français, fondateur de la microbiologie et de l'immunologie modernes, Louis Pasteur (1822-1895). Le terme « biotechnologie » a été utilisé pour la première fois par l’ingénieur hongrois Karl Ereky en 1917.

Au XXe siècle, la biologie moléculaire et la génétique se sont développées rapidement grâce aux acquis de la chimie et de la physique. Le domaine de recherche le plus important était le développement de méthodes de culture de cellules végétales et animales. Et si, jusqu'à récemment, seuls des bactéries et des champignons étaient cultivés à des fins industrielles, il est désormais possible non seulement de cultiver n'importe quelle cellule pour la production de biomasse, mais également de contrôler leur développement, notamment dans les plantes. Ainsi, de nouvelles approches scientifiques et technologiques se sont traduites par le développement de méthodes biotechnologiques permettant de manipuler directement les gènes, de créer de nouveaux produits, organismes et de modifier les propriétés de ceux qui existent déjà. L'objectif principal de l'utilisation de ces méthodes est d'utiliser plus pleinement le potentiel des organismes vivants dans l'intérêt de l'activité économique humaine.
Dans les années 70, des domaines aussi importants de la biotechnologie que l'ingénierie génétique (ou génique) et cellulaire sont apparus et se sont activement développés, marquant le début de la « nouvelle » biotechnologie, contrairement à l'« ancienne » biotechnologie basée sur des processus microbiologiques traditionnels. Ainsi, la production conventionnelle d’alcool par fermentation relève d’une « ancienne » biotechnologie, mais l’utilisation de levures génétiquement modifiées dans ce processus pour augmenter le rendement en alcool est une « nouvelle » biotechnologie.

Ainsi, en 1814, l'académicien de Saint-Pétersbourg K. S. Kirchhoff (biographie) découvrit le phénomène de catalyse biologique et tenta d'obtenir du sucre à partir de matières premières nationales disponibles en utilisant une méthode biocatalytique (jusqu'au milieu du XIXe siècle, le sucre n'était obtenu qu'à partir de canne à sucre) . En 1891, aux USA, le biochimiste japonais Dz. Takamine a reçu le premier brevet pour l'utilisation de préparations enzymatiques à des fins industrielles : le scientifique a proposé d'utiliser la diastase pour la saccharification des déchets végétaux.

Au début du XXe siècle, les industries de la fermentation et de la microbiologie se développent activement. Au cours de ces mêmes années, les premières tentatives ont été faites pour établir la production d'antibiotiques, de concentrés alimentaires obtenus à partir de levures et pour contrôler la fermentation de produits d'origine végétale et animale.

Le premier antibiotique - la pénicilline - a été isolé et purifié à un niveau acceptable en 1940, ce qui lui a confié de nouvelles tâches : recherche et mise en place d'une production industrielle de substances médicinales produites par des micro-organismes, travaux visant à réduire le coût et à augmenter le niveau de biosécurité des nouveaux drogues.

Outre son utilisation répandue dans l’agriculture, une branche entière de l’industrie pharmaceutique a vu le jour sur la base du génie génétique, appelée « industrie de l’ADN », qui est l’une des branches modernes de la biotechnologie. Plus d’un quart de tous les médicaments actuellement utilisés dans le monde contiennent des ingrédients issus de plantes. Les plantes génétiquement modifiées constituent une source peu coûteuse et sûre d’obtention de protéines médicinales pleinement fonctionnelles (anticorps, vaccins, enzymes, etc.) tant pour les humains que pour les animaux. Des exemples d'utilisation du génie génétique en médecine sont également la production d'insuline humaine à l'aide de bactéries génétiquement modifiées, la production d'érythropoïétine (une hormone qui stimule la formation de globules rouges dans la moelle osseuse. Le rôle physiologique de cette hormone est de réguler la production de globules rouges en fonction des besoins de l'organisme en oxygène) en culture cellulaire (c'est-à-dire en dehors du corps humain) ou de nouvelles races de souris expérimentales pour la recherche scientifique.

Au XXe siècle, dans la plupart des pays du monde, les principaux efforts de la médecine visaient à lutter contre les maladies infectieuses, à réduire la mortalité infantile et à augmenter l'espérance de vie moyenne. Les pays dotés de systèmes de santé plus développés ont tellement réussi dans cette voie qu'ils ont pu mettre l'accent sur le traitement des maladies chroniques, des maladies du système cardiovasculaire et du cancer, puisque ce sont ces groupes de maladies qui sont à l'origine du plus grand nombre de maladies. le plus grand pourcentage de l’augmentation de la mortalité.

Actuellement, des opportunités pratiques sont déjà apparues pour réduire ou corriger considérablement l'impact négatif des facteurs héréditaires. La génétique médicale a expliqué que la cause de nombreuses mutations génétiques est l'interaction avec des conditions environnementales défavorables et que, par conséquent, en résolvant les problèmes environnementaux, il est possible de réduire l'incidence du cancer, des allergies, des maladies cardiovasculaires, du diabète, des maladies mentales et même de certaines maladies infectieuses. . Parallèlement, les scientifiques ont pu identifier des gènes responsables de la manifestation de diverses pathologies et contribuant à l'augmentation de l'espérance de vie. Grâce aux méthodes de génétique médicale, de bons résultats ont été obtenus dans le traitement de 15 % des maladies et une amélioration significative a été observée dans près de 50 % des maladies.

Ainsi, des progrès importants en génétique ont permis non seulement d'atteindre le niveau moléculaire de l'étude des structures génétiques de l'organisme, mais aussi de révéler l'essence de nombreuses maladies humaines graves et de se rapprocher de la thérapie génique.

Le clonage est l'une des méthodes utilisées en biotechnologie pour produire une progéniture identique par reproduction asexuée. Autrement, le clonage peut être défini comme le processus de création de copies génétiquement identiques d’une seule cellule ou d’un seul organisme. Autrement dit, les organismes obtenus à la suite du clonage sont non seulement similaires en apparence, mais les informations génétiques qu'ils contiennent sont également absolument les mêmes.

Le premier organisme multicellulaire cloné artificiellement fut Dolly, la brebis, en 1997. En 2007, Elizabeth II a décerné le titre de chevalier à l'un des créateurs du mouton cloné pour cette réalisation scientifique.

Réalisations de la biotechnologie.

Des souris, des lapins, des porcs et des moutons transgéniques ont déjà été obtenus, dans le génome desquels opèrent des gènes étrangers d'origines diverses, notamment des gènes de bactéries, de levures, de mammifères, d'humains, ainsi que des plantes transgéniques avec des gènes d'autres espèces non apparentées. Par exemple, ces dernières années, une nouvelle génération de plantes transgéniques a été obtenue, caractérisées par des caractéristiques aussi précieuses que la résistance aux herbicides, aux insectes, etc.

Aujourd'hui, les méthodes de génie génétique ont permis de synthétiser en quantités industrielles des hormones telles que l'insuline, l'interféron et la somatotropine (hormone de croissance), nécessaires au traitement d'un certain nombre de maladies génétiques humaines - diabète, certains types de tumeurs malignes, nanisme. ,

Grâce à des méthodes génétiques, des souches de micro-organismes (Ashbya gossypii, Pseudomonas denitrificans, etc.) ont également été obtenues, produisant des dizaines de milliers de fois plus de vitamines (C, B 3, B 13, etc.) que les formes originales.

Un domaine très important de l’ingénierie cellulaire est associé aux premiers stades de l’embryogenèse. Par exemple, la fécondation in vitro des ovules peut déjà vaincre certaines formes courantes d’infertilité chez l’homme.

Il est avantageux d'utiliser la culture de cellules végétales pour la propagation rapide de plantes à croissance lente - ginseng, palmier à huile, framboises, pêches, etc.

Depuis de nombreuses années, les méthodes biologiques développées par les biotechnologues sont utilisées pour résoudre le problème de la pollution de l'environnement. Ainsi, les bactéries des genres Rhodococcus et Nocardia sont utilisées avec succès pour l'émulsification et la sorption des hydrocarbures pétroliers du milieu aquatique. Ils sont capables de séparer les phases eau et huile, de concentrer l’huile et de purifier les eaux usées des impuretés pétrolières.

Références.

1) N.A. Lemeza, L.V. Kamlyuk N.D. Lisov « Un manuel de biologie pour ceux qui entrent à l'université »

BIOTECHNOLOGIE BIOTECHNOLOGIE

(du grec bio..., techne - art, compétence et...logie), l'utilisation des organismes vivants et du biol. processus de production. Le terme « B ». s'est répandu à partir du milieu. années 70 20ème siècle, bien que des branches de l'agriculture telles que la boulangerie, la vinification, la brasserie et la fabrication du fromage, basées sur l'utilisation de micro-organismes, soient connues depuis des temps immémoriaux. Moderne B. se caractérise par l'utilisation de biol. méthodes de lutte contre la pollution de l'environnement (traitement biologique des eaux usées, etc.), de protection des plantes contre les ravageurs et les maladies et de production de substances biologiquement actives précieuses (antibiotiques, enzymes, médicaments hormonaux, etc.) pour l'agriculture populaire. Basé sur le microbiol. synthèse développée par les industriels. méthodes d'obtention de protéines et d'acides aminés utilisés comme additifs alimentaires. Développement de la génétique et l'ingénierie cellulaire permet d'obtenir délibérément des médicaments auparavant inaccessibles (par exemple, l'insuline, l'interféron, l'hormone de croissance humaine, etc.), de créer de nouveaux types utiles de micro-organismes, de variétés végétales, de races animales, etc. Les réalisations de la biologie la plus récente comprennent également l'utilisation d'enzymes immobilisées, obtenant des synthèses. vaccins, utilisation de la technologie cellulaire dans l'élevage dans les élevages, etc. Les hybridomes et les anticorps monoclonaux qu'ils produisent (de même spécificité), utilisés comme réactifs uniques, pour le diagnostic, se sont généralisés. et les médicaments. Moderne B. utilise les acquis de la biochimie, de la microbiologie, disent-ils. biologie et génétique, immunologie, bioorganique. chimie; Il se développe intensivement en URSS, aux États-Unis, au Japon, en France, en Allemagne, en Hongrie et dans d'autres pays.

.(Source : « Dictionnaire encyclopédique biologique ». Rédacteur en chef M. S. Gilyarov ; Comité de rédaction : A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin et autres - 2e éd., corrigé. - M. : Sov. Encyclopedia, 1986.)

Utilisation d'organismes vivants et de processus biologiques pour produire et transformer divers produits.
Les méthodes biotechnologiques sont utilisées depuis longtemps en boulangerie, fromagerie, vinification et autres industries impliquant des micro-organismes (bactéries et champignons microscopiques). Du ser. 20e siècle les micro-organismes ont commencé à être utilisés pour la production industrielle, d’abord d’antibiotiques, puis de vitamines, d’acides aminés, d’enzymes, de protéines alimentaires, d’engrais bactériens, etc. L’industrie microbiologique est devenue un secteur important de l’économie dans de nombreux pays.
Avec son apparition dans les années 1970. L'ingénierie génétique et cellulaire, l'amélioration des méthodes de culture des cellules et des tissus dans le développement de la biotechnologie ont entamé une nouvelle étape. À cette époque, le terme « biotechnologie » lui-même apparaît, généralement utilisé uniquement en relation avec les technologies industrielles basées sur l'utilisation d'approches et de méthodes de génétique moléculaire. Au début 21ème siècle Plusieurs tendances ont émergé en biotechnologie. La synthèse microbiologique relativement « ancienne » à grande échelle s'est enrichie de nouvelles méthodes qui augmentent son efficacité (production et sélection de mutants productifs, utilisation de méthodes de génie génétique, etc.). Par exemple, pour augmenter la production de thréonine, un acide aminé essentiel, dans les cellules productrices - coli
– des gènes supplémentaires responsables de la synthèse de cet acide aminé sont introduits.
Une direction indépendante en biotechnologie est devenue l'utilisation d'enzymes immobilisées, c'est-à-dire enzymes fixées sur n'importe quel support solide. Dans le même temps, leur efficacité et leur durée d'utilisation augmentent plusieurs fois.
Le développement des méthodes de génie génétique a permis de créer la combinaison de gènes souhaitée, de les cloner et d'introduire ce matériel génétique étranger dans des cellules et des organismes entiers. Ainsi, des gènes humains responsables de la synthèse de certaines protéines ont été insérés dans l'ADN de bactéries, qui ont acquis la capacité de synthétiser cette protéine. Ainsi dans les années 1980. Une préparation de l'hormone du métabolisme des glucides, l'insuline humaine, a été obtenue (avec l'aide d'E. coli). Des gènes étrangers sont insérés dans le génome d’organismes végétaux et animaux, produisant par exemple des plantes transgéniques et des animaux transgéniques dotés de propriétés et de caractéristiques souhaitées par l’homme. rendements et productivité élevés, résistance aux maladies, températures élevées et basses, plus grande fabricabilité, simplification de l'élevage des animaux et de la récolte. a fourni la possibilité d'obtenir des cultures hautement productives de cellules végétales qui produisent des substances biologiquement actives pour la médecine. Des hybrides cellulaires entre lymphocytes sanguins et cellules tumorales (hybridomes) sont utilisés pour obtenir anticorps(immunoglobulines) d'un type spécifique (appelés anticorps monoclonaux).
Clonage, qui a longtemps été largement utilisée dans la culture des plantes et est connue sous le nom de multiplication végétative, depuis la fin. 20e siècle a commencé à être utilisé pour la propagation agricole. animaux (Dolly la brebis, obtenue en Grande-Bretagne en 1997).
L'importance de la biotechnologie est grande. Les substances biologiquement actives (antibiotiques, vitamines, enzymes, etc.) obtenues par synthèse microbiologique sont largement utilisées dans les industries médicale, agricole, alimentaire, légère et autres. À l'aide de micro-organismes, le biogaz combustible (un mélange de méthane et de dioxyde de carbone) est obtenu à partir des déchets végétaux, la neutralisation et la décomposition des déchets industriels et domestiques, le traitement des eaux usées et la lixiviation des métaux (or, cuivre) des roches et des décharges sont effectués. dehors. On pense que dans un avenir proche, la biotechnologie sera en mesure de résoudre les principaux problèmes de l'humanité : protéger la santé et l'environnement, fournir de la nourriture et des sources d'énergie.

.(Source : « Biologie. Encyclopédie illustrée moderne. » Rédacteur en chef A. P. Gorkin ; M. : Rosman, 2006.)

Voyez ce qu'est « BIOTECHNOLOGIE » dans d'autres dictionnaires :

Biotechnologie… Dictionnaire d'orthographe-ouvrage de référence

Encyclopédie moderne

- (du bio..., du grec techne skills, skills et...logy), une discipline scientifique complexe qui étudie les processus biologiques fondamentaux (génétiques, biochimiques, physiologiques) dans le but de les utiliser dans la création de diverses technologies. . Dictionnaire écologique

Au sens large, une discipline scientifique et un champ de pratique à la frontière entre la biologie et la technologie qui étudie les voies et méthodes permettant de modifier l'environnement naturel autour de l'homme en fonction de ses besoins. La biotechnologie au sens étroit est la totalité... ... Dictionnaire financier

Biotechnologie- BIOTECHNOLOGIE, utilisation d'organismes vivants dans la production et la transformation de divers produits. Certains procédés biotechnologiques sont utilisés depuis l'Antiquité dans la pâtisserie, dans la préparation du vin et de la bière, du vinaigre, du fromage et dans divers... ... Dictionnaire encyclopédique illustré

BIOTECHNOLOGIE, utilisation de procédés biologiques à des fins médicales, industrielles ou manufacturières. Les gens utilisent depuis longtemps la levure pour fermenter les aliments et les bactéries pour produire des fromages et des boissons lactées fermentées. DANS… … Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

Total industriel méthodes utilisant des organismes vivants (principalement unicellulaires) et biol. processus de production d'aliments, de médicaments et d'autres produits utiles, ainsi que pour résoudre les problèmes environnementaux liés au nettoyage... ... Dictionnaire de microbiologie

Biotechnologie- (technologie des systèmes vivants) 1) une discipline qui étudie les possibilités d'utiliser les organismes vivants, leurs systèmes ou produits de leur activité vitale pour résoudre des problèmes technologiques, ainsi que la possibilité de créer des organismes vivants avec les propriétés nécessaires... Terminologie officielle

L'utilisation d'organismes vivants et de processus biologiques dans la production industrielle. La synthèse microbiologique d'enzymes, de vitamines, d'acides aminés, d'antibiotiques, etc. se développe. La production industrielle d'autres produits biologiquement actifs... ... Grand dictionnaire encyclopédique

Nom, nombre de synonymes : 1 technologie (34) Dictionnaire des synonymes ASIS. V.N. Trishin. 2013… Dictionnaire des synonymes

Livres

• Biotechnologie. En 2 parties. Partie 2. Manuel et atelier pour le baccalauréat universitaire, Nazarenko L.V. La biotechnologie est actuellement l'un des domaines scientifiques prioritaires ; les progrès dans le domaine de la biotechnologie sont associés à l'augmentation du bien-être de l'humanité à l'avenir et...

Les technologies biologiques (biotechnologies) assurent la production contrôlée de produits utiles pour diverses sphères de l'activité humaine, basée sur l'utilisation du potentiel catalytique d'agents et de systèmes biologiques de divers degrés d'organisation et de complexité - micro-organismes, virus, cellules et tissus végétaux et animaux, ainsi que des substances extracellulaires et des composants cellulaires.

Le développement et la transformation de la biotechnologie sont motivés par les profonds changements survenus en biologie au cours des 25 à 30 dernières années. Ces événements étaient basés sur de nouvelles idées dans le domaine de la biologie moléculaire et de la génétique moléculaire. Dans le même temps, il convient de noter que le développement et les réalisations de la biotechnologie sont étroitement liés à l’ensemble des connaissances non seulement des sciences biologiques, mais aussi de bien d’autres.

L'expansion du domaine pratique de la biotechnologie est également due aux besoins socio-économiques de la société. Des problèmes urgents auxquels l'humanité est confrontée au seuil du 21e siècle, tels que le manque d'eau potable et de nutriments (en particulier les protéines), la pollution de l'environnement, le manque de matières premières et de ressources énergétiques, la nécessité d'obtenir de nouveaux matériaux respectueux de l'environnement, de développer de nouveaux outils de diagnostic et de traitement, ne peuvent être résolus par les méthodes traditionnelles. Par conséquent, pour assurer le maintien de la vie humaine, améliorer la qualité de la vie et sa durée, il devient de plus en plus nécessaire de maîtriser des méthodes et des technologies fondamentalement nouvelles.

Le développement du progrès scientifique et technologique, accompagné d'une augmentation du taux de ressources matérielles et énergétiques, conduit malheureusement à un déséquilibre des processus de la biosphère. Les bassins d'eau et d'air des villes sont pollués, la fonction reproductrice de la biosphère est réduite et, en raison de l'accumulation de produits sans issue de la technosphère, les cycles de circulation globale de la biosphère sont perturbés.

Le rythme rapide du progrès scientifique et technologique moderne de l'humanité a été décrit de manière figurative par l'ingénieur et philosophe suisse Eichelberg : « On pense que l'âge de l'humanité est de 600 000 ans. Imaginons le mouvement de l'humanité sous la forme d'un marathon de 60 km, qui, partant quelque part, se dirige vers le centre d'une de nos villes, comme vers la ligne d'arrivée... La majeure partie de la distance emprunte un chemin très difficile - à travers des forêts vierges, et nous Nous n'en savons rien, car ce n'est qu'à la toute fin, à 58-59 km de course, que nous trouvons, à côté d'outils primitifs, des dessins rupestres comme premiers signes de culture, et seulement à le dernier kilomètre apparaît des signes d'agriculture.

200 m avant la ligne d'arrivée, une route recouverte de dalles de pierre passe devant des fortifications romaines. A 100 mètres, les coureurs sont entourés de bâtiments de la ville médiévale. Il reste 50 mètres avant la ligne d'arrivée, où se tient un homme qui regarde les coureurs avec des yeux intelligents et compréhensifs : c'est Léonard de Vinci. Il reste 10 m. Ils commencent à la lueur des torches et au mauvais éclairage des lampes à huile. Mais lors du lancement dans les 5 derniers mètres, un miracle époustouflant se produit : la lumière inonde la route de nuit, des charrettes sans animaux de trait se précipitent, les voitures font du bruit dans l'air, et le coureur étonné est aveuglé par la lumière des projecteurs de la photo et de la télévision. caméras... ", c'est-à-dire en 1 m, le génie humain fait un bond fulgurant dans le domaine du progrès scientifique et technologique. Poursuivant cette image, on peut ajouter qu'à mesure que le coureur s'approche de la ligne d'arrivée, la fusion thermonucléaire est apprivoisée, les vaisseaux spatiaux sont lancés et le code génétique est déchiffré.

La biotechnologie est la base du progrès scientifique et technologique et de l'amélioration de la qualité de la vie humaine.

La biotechnologie « blanche » comprend la biotechnologie industrielle, axée sur la production de produits auparavant fabriqués par l'industrie chimique - alcool, vitamines, acides aminés, etc. (en tenant compte des exigences de conservation des ressources et de protection de l'environnement).

La biotechnologie verte couvre un domaine pertinent pour l'agriculture. Il s'agit de recherches et de technologies visant à créer des méthodes et des préparations biotechnologiques pour lutter contre les parasites et les agents pathogènes des plantes cultivées et des animaux domestiques, créer des biofertilisants et augmenter la productivité des plantes, notamment en utilisant des méthodes de génie génétique.

La biotechnologie rouge (médicale) est le domaine le plus important de la biotechnologie moderne. Il s'agit de la production de diagnostics et de médicaments à l'aide de méthodes biotechnologiques faisant appel aux technologies du génie cellulaire et génétique (vaccins verts, diagnostic génétique, anticorps monoclonaux, conceptions et produits d'ingénierie tissulaire, etc.).

La biotechnologie grise développe des technologies et des médicaments pour protéger l'environnement ; il s'agit de la remise en état des sols, du traitement des eaux usées et des émissions gazeuses, de l'élimination des déchets industriels et de la dégradation des substances toxiques à l'aide d'agents et de processus biologiques.

La biotechnologie bleue se concentre principalement sur l’utilisation efficace des ressources océaniques. Il s'agit tout d'abord de l'utilisation du biote marin pour obtenir des substances alimentaires, techniques, biologiquement actives et médicinales.

La biotechnologie moderne est l'un des domaines prioritaires de l'économie nationale de tous les pays développés. La manière d'accroître la compétitivité des produits biotechnologiques sur les marchés de vente est l'un des principaux moyens de la stratégie globale de développement de la biotechnologie dans les pays industrialisés. Les programmes gouvernementaux spécialement adoptés pour le développement accéléré de nouveaux domaines de la biotechnologie constituent un facteur stimulant.

Les programmes publics prévoient l'octroi de prêts gratuits aux investisseurs, de prêts à long terme et d'exonérations fiscales. Alors que la recherche fondamentale et ciblée devient de plus en plus coûteuse, de nombreux pays cherchent à déplacer d’importantes recherches au-delà des frontières nationales.

Comme on le sait, la probabilité de succès des projets de R&D en général ne dépasse pas 12 à 20 %, environ 60 % des projets atteignent le stade de l'achèvement technique, 30 % - le développement commercial et seulement 12 % sont rentables.

Caractéristiques du développement de la recherche et de la commercialisation des technologies biologiques aux États-Unis, au Japon, dans les pays de l'UE et en Russie

Les allocations à ce secteur de la science et de l’économie aux États-Unis sont importantes et s’élèvent à plus de 20 milliards de dollars. États-Unis chaque année. Les revenus de l'industrie biotechnologique américaine sont passés de 8 milliards de dollars. en 1992 à 39 milliards de dollars. en 2003

Cette industrie fait l'objet d'une attention particulière du gouvernement. Ainsi, lors de la période de formation des dernières biotechnologies et de l'émergence de ses orientations liées à la manipulation du matériel génétique, au milieu des années 70. Au siècle dernier, le Congrès américain a accordé une grande attention à la sécurité de la recherche génétique. Rien qu'en 1977, 25 audiences spéciales ont eu lieu et 16 projets de loi ont été adoptés.

Au début des années 90. L'accent est désormais mis sur l'élaboration de mesures visant à encourager l'utilisation pratique de la biotechnologie pour la production de nouveaux produits. Le développement de la biotechnologie aux États-Unis est associé à la solution de nombreux problèmes clés : l'énergie, les matières premières, l'alimentation et l'environnement.

Parmi les domaines biotechnologiques qui sont sur le point d'être mis en œuvre concrètement ou qui sont au stade de développement industriel figurent les suivants :
- bioconversion de l'énergie solaire ;
- l'utilisation de micro-organismes pour augmenter le rendement en pétrole et la lixiviation des métaux non ferreux et rares ;
- concevoir des souches capables de remplacer des catalyseurs inorganiques coûteux et de modifier les conditions de synthèse pour obtenir des composés fondamentalement nouveaux ;
- l'utilisation de stimulants bactériens de la croissance des plantes, modifiant le génotype des céréales et leur adaptation à la maturation dans des conditions extrêmes (sans labour, arrosage et engrais) ;
- biosynthèse dirigée pour la production efficace de produits cibles (acides aminés, enzymes, vitamines, antibiotiques, additifs alimentaires, médicaments pharmacologiques ;
- l'obtention de nouveaux médicaments diagnostiques et thérapeutiques basés sur des méthodes d'ingénierie cellulaire et génétique.

Le rôle du leader américain est dû aux allocations élevées de capitaux publics et privés à la recherche fondamentale et appliquée. La National Science Foundation (NSF), les ministères de la Santé et des Services sociaux, de l’Agriculture, de l’Énergie, des Produits chimiques, de l’Alimentation, de la Défense, de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) et de l’Intérieur jouent un rôle clé dans le financement de la biotechnologie. Les allocations sont allouées sur une base programme-cible, c'est-à-dire Les projets de recherche sont subventionnés et sous contrat.

Parallèlement, de grandes entreprises industrielles établissent des relations commerciales avec des universités et des centres de recherche. Cela contribue à la formation de complexes dans un domaine ou un autre, allant de la recherche fondamentale à la production en série d'un produit et à sa mise sur le marché. Ce « système de participation » prévoit la constitution de fonds spécialisés dotés de conseils d'experts appropriés et l'attraction du personnel le plus qualifié.

Lors de la sélection de projets à fort impact commercial, il est devenu avantageux de recourir à ce que l’on appelle « l’analyse des contraintes ». Cela permet de réduire considérablement le temps de mise en œuvre du projet (en moyenne de 7-10 à 2-4 ans) et d'augmenter la probabilité de succès à 80 %. Le concept de « limitations spécifiées » inclut le potentiel de vente réussie du produit et de réalisation de bénéfices, l'augmentation de la production annuelle, la compétitivité du produit, le risque potentiel du point de vue des ventes, la possibilité de restructurer la production en tenant compte de nouvelles réalisations, etc.

Les dépenses annuelles totales du gouvernement américain en matière de recherche en génie génétique et en biotechnologie s'élèvent à des milliards de dollars. Les investissements des entreprises privées dépassent largement ces chiffres. Plusieurs milliards de dollars sont alloués chaque année à la seule création de médicaments diagnostiques et anticancéreux. Il s'agit principalement des domaines suivants : méthodes de recombinaison de l'ADN, production d'hybrides, production et utilisation d'anticorps monoclonaux, culture tissulaire et cellulaire.

Aux États-Unis, il est devenu courant que des entreprises qui n'étaient pas auparavant associées à la biotechnologie commencent à acquérir des participations dans des entreprises existantes et à créer leurs propres entreprises de biotechnologie (tableau 1.1). C'est par exemple la pratique de géants de la chimie tels que Philips Petrolium, Monsanto, Dow Chemical. Environ 250 entreprises chimiques ont actuellement des intérêts dans la biotechnologie. Ainsi, le géant de l'industrie chimique américaine, la société De Pont, possède plusieurs complexes biotechnologiques d'une valeur de 85 à 150 mille dollars. avec un effectif de 700 à 1 000 personnes.

Des complexes similaires ont été créés au sein de la structure Monsanto ; actuellement, jusqu'à 75 % du budget (plus de 750 millions de dollars) est alloué au domaine de la biotechnologie. L'objectif de ces sociétés est la production d'hormones de croissance génétiquement modifiées, ainsi que d'un certain nombre de médicaments génétiquement modifiés destinés à la médecine vétérinaire et à la pharmacologie. En outre, les entreprises, en collaboration avec les centres de recherche universitaires, signent des contrats de R&D commune.

Tableau 1.1. Les plus grandes entreprises américaines et sociétés pharmaceutiques produisant des médicaments biotechnologiques médicaux

Par exemple, dans les années 80. General Electric, avec l'aide de petites entreprises, a commencé à maîtriser la production de composés biologiquement actifs ; rien qu'en 1981, ses allocations de risques en biotechnologie se sont élevées à 3 millions de dollars. La prise de risque des petites entreprises offre aux grandes entreprises et sociétés un mécanisme leur permettant de sélectionner des innovations économiquement viables avec de solides perspectives commerciales.

N / A. Voinov, T.G. Volova

Le terme « biotechnologie » a été utilisé pour la première fois par l’ingénieur hongrois Karl Ereky en 1917. Certains éléments de la biotechnologie sont apparus il y a assez longtemps. Il s’agissait essentiellement de tentatives visant à utiliser des cellules individuelles (micro-organismes) et certaines enzymes dans la production industrielle pour faciliter l’apparition d’un certain nombre de processus chimiques.

Ainsi, en 1814, l'académicien de Saint-Pétersbourg K. S. Kirchhoff découvrit le phénomène de catalyse biologique et tenta d'obtenir du sucre à partir des matières premières nationales disponibles en utilisant une méthode biocatalytique (jusqu'au milieu du XIXe siècle, le sucre n'était obtenu qu'à partir de la canne à sucre). En 1891, aux USA, le biochimiste japonais Dz. Takamine a reçu le premier brevet pour l'utilisation de préparations enzymatiques à des fins industrielles : le scientifique a proposé d'utiliser la diastase pour la saccharification des déchets végétaux.

Au début du XXe siècle, les industries de la fermentation et de la microbiologie se développent activement. C'est au cours de ces mêmes années que furent faites les premières tentatives d'utilisation d'enzymes dans l'industrie textile.

En 1916-1917, le biochimiste russe A. M. Kolenev tente de développer une méthode permettant de contrôler l'action des enzymes présentes dans les matières premières naturelles lors de la production de tabac.

L'académicien A. N. Bakh a apporté une énorme contribution à l'utilisation pratique des acquis de la biochimie, qui a créé un domaine appliqué important de la biochimie - la biochimie technique. A. N. Bach et ses étudiants ont élaboré de nombreuses recommandations pour améliorer les technologies de traitement d'une grande variété de matières premières biochimiques, l'amélioration des technologies de boulangerie, de brassage, de vinification, de production de thé et de tabac, etc., ainsi que des recommandations pour augmenter le rendement des plantes cultivées en les gérer par des processus biochimiques.

Toutes ces études, ainsi que les progrès des industries chimiques et microbiologiques et la création de nouvelles productions biochimiques industrielles (thé, tabac, etc.) ont été les conditions les plus importantes pour l'émergence de la biotechnologie moderne.

En termes de production, l'industrie microbiologique est devenue la base de la biotechnologie en cours de formation. Au cours des années d'après-guerre, l'industrie microbiologique a acquis des caractéristiques fondamentalement nouvelles : les micro-organismes ont commencé à être utilisés non seulement comme moyen d'augmenter l'intensité des processus biochimiques, mais aussi comme usines de synthèse miniatures capables de synthétiser les composés chimiques les plus précieux et les plus complexes à l'intérieur. leurs cellules. Le tournant a été associé à la découverte et au début de la production d’antibiotiques.

Le premier antibiotique, la pénicilline, a été isolé en 1940. Après la pénicilline, d’autres antibiotiques ont été découverts (ces travaux se poursuivent encore aujourd’hui). Avec la découverte des antibiotiques, de nouvelles tâches sont immédiatement apparues : établir la production de substances médicinales produites par des micro-organismes, travailler à réduire le coût et augmenter la disponibilité de nouveaux médicaments, et les obtenir en très grandes quantités nécessaires à la médecine.

La synthèse chimique d'antibiotiques était très coûteuse, voire incroyablement difficile, presque impossible (ce n'est pas pour rien que la synthèse chimique de la tétracycline par l'académicien scientifique soviétique M. M. Shemyakin est considérée comme l'une des plus grandes réalisations de la synthèse organique). Et puis ils ont décidé d'utiliser des micro-organismes synthétisant la pénicilline et d'autres antibiotiques pour la production industrielle de médicaments. C'est ainsi qu'est né le domaine le plus important de la biotechnologie, basé sur l'utilisation de procédés de synthèse microbiologique.

Types de biotechnologie

Bio-ingénierie

La bio-ingénierie ou génie biomédical est une discipline visant à faire progresser les connaissances en ingénierie, en biologie et en médecine et à améliorer la santé humaine grâce à des développements interdisciplinaires combinant des approches d'ingénierie avec les progrès de la science biomédicale et de la pratique clinique. La bio-ingénierie/ingénierie biomédicale est l’application d’approches techniques pour résoudre des problèmes médicaux afin d’améliorer les soins de santé. Cette discipline d'ingénierie se concentre sur l'utilisation des connaissances et de l'expérience pour trouver et résoudre des problèmes en biologie et en médecine.

Les bioingénieurs travaillent pour le bien de l’humanité, s’occupant des systèmes vivants et appliquant des technologies de pointe pour résoudre des problèmes médicaux. Les spécialistes du génie biomédical peuvent participer à la création d'appareils et d'équipements, au développement de nouvelles procédures basées sur des connaissances interdisciplinaires et à des recherches visant à obtenir de nouvelles informations pour résoudre de nouveaux problèmes.

Parmi les réalisations importantes de la bio-ingénierie figurent le développement d’articulations artificielles, l’imagerie par résonance magnétique, les stimulateurs cardiaques, l’arthroscopie, l’angioplastie, les prothèses cutanées issues de la bio-ingénierie, la dialyse rénale et les machines cœur-poumon. En outre, l'un des principaux domaines de recherche en bio-ingénierie est l'utilisation de méthodes de modélisation informatique pour créer des protéines dotées de nouvelles propriétés, ainsi que la modélisation de l'interaction de divers composés avec des récepteurs cellulaires afin de développer de nouveaux produits pharmaceutiques (« conception de médicaments »).

Biomédecine

Branche de la médecine qui étudie d'un point de vue théorique le corps humain, sa structure et son fonctionnement dans des conditions normales et pathologiques, les conditions pathologiques, les méthodes de diagnostic, de correction et de traitement. La biomédecine comprend l'information accumulée et la recherche, dans une plus ou moins grande mesure, la médecine générale, la médecine vétérinaire, la dentisterie et les sciences biologiques fondamentales, telles que la chimie, la chimie biologique, la biologie, l'histologie, la génétique, l'embryologie, l'anatomie, la physiologie, la pathologie, le génie biomédical, zoologie, botanique et microbiologie.

Surveillance, correction, ingénierie et contrôle des systèmes biologiques humains au niveau moléculaire à l'aide de nanodispositifs et de nanostructures. Un certain nombre de technologies destinées à l’industrie de la nanomédecine ont déjà été créées dans le monde. Il s’agit notamment de l’administration ciblée de médicaments aux cellules malades, des laboratoires sur puce et de nouveaux agents bactéricides.

Biopharmacologie

Branche de la pharmacologie qui étudie les effets physiologiques produits par des substances d'origine biologique et biotechnologique. En fait, la biopharmacologie est le fruit de la convergence de deux sciences traditionnelles : la biotechnologie, à savoir sa branche appelée « rouge », la biotechnologie médicale et la pharmacologie, qui ne s'intéressait auparavant qu'aux produits chimiques à petites molécules. d'intérêt mutuel.

Les objets de la recherche biopharmacologique sont l'étude des produits biopharmaceutiques, la planification de leur production, l'organisation de la production. Les agents thérapeutiques biopharmacologiques et les moyens de prévention des maladies sont obtenus à partir de systèmes biologiques vivants, de tissus d'organismes et de leurs dérivés, en utilisant la biotechnologie, c'est-à-dire des substances médicinales d'origine biologique et biotechnologique.

Bioinformatique

Un ensemble de méthodes et d’approches, comprenant :

1. méthodes mathématiques d'analyse informatique en génomique comparative (bioinformatique génomique);
2. développement d'algorithmes et de programmes de prédiction de la structure spatiale des protéines (bioinformatique structurale) ;
3. recherche sur les stratégies, les méthodologies informatiques appropriées et la gestion globale de la complexité informationnelle des systèmes biologiques.

La bioinformatique utilise des méthodes de mathématiques appliquées, de statistiques et d'informatique. La bioinformatique est utilisée en biochimie, en biophysique, en écologie et dans d'autres domaines.

Bionique

Science appliquée sur l'application dans les dispositifs et systèmes techniques des principes d'organisation, des propriétés, des fonctions et des structures de la nature vivante, c'est-à-dire les formes des êtres vivants dans la nature et leurs analogues industriels. En termes simples, la bionique est une combinaison de biologie et de technologie. La bionique envisage la biologie et la technologie sous un angle complètement nouveau, expliquant les similitudes et les différences qui existent dans la nature et la technologie.

Distinguer:

• la bionique biologique, qui étudie les processus se produisant dans les systèmes biologiques ;
• la bionique théorique, qui construit des modèles mathématiques de ces processus ;
• la bionique technique, qui applique des modèles de bionique théorique pour résoudre des problèmes d'ingénierie.

La bionique est étroitement liée à la biologie, à la physique, à la chimie, à la cybernétique et aux sciences de l'ingénieur : électronique, navigation, communications, affaires maritimes et autres.

Bioremédiation

Un ensemble de méthodes pour purifier l'eau, le sol et l'atmosphère en utilisant le potentiel métabolique d'objets biologiques - plantes, champignons, insectes, vers et autres organismes.

Clonage

Apparition naturelle ou production de plusieurs organismes génétiquement identiques par reproduction asexuée (y compris végétative). Le terme « clonage » dans le même sens est souvent utilisé en relation avec les cellules d'organismes multicellulaires. Le clonage est aussi appelé obtention de plusieurs copies identiques de molécules héréditaires (clonage moléculaire). Enfin, le clonage est aussi souvent appelé méthode biotechnologique utilisée pour produire artificiellement des clones d'organismes, de cellules ou de molécules. Un groupe d’organismes ou de cellules génétiquement identiques est un clone.

Génie génétique

L'essence du génie génétique est la création artificielle de gènes possédant les propriétés souhaitées et leur introduction dans la cellule appropriée. Le transfert de gènes est effectué par un vecteur (ADN recombinant) - une molécule d'ADN spéciale construite à partir de l'ADN de virus ou de plasmides, qui contient le gène souhaité, le transporte dans la cellule et assure son intégration dans l'appareil génétique de la cellule.

Pour marquer certaines cellules d'organismes dans les études de génétique moléculaire, le gène GFP isolé des méduses est utilisé. Il assure la synthèse d'une protéine fluorescente qui brille dans le noir.

Le génie génétique est largement utilisé dans la recherche scientifique et dans les dernières méthodes de sélection.

La biotechnologie est un ensemble de méthodes industrielles utilisées pour produire diverses substances à l'aide d'organismes vivants, de processus ou de phénomènes biologiques. La biotechnologie traditionnelle repose sur le phénomène de fermentation, c'est-à-dire l'utilisation d'enzymes microbiennes dans les processus de production. L'ingénierie cellulaire est une branche de la biotechnologie qui développe et utilise des technologies permettant de cultiver des cellules et des tissus en dehors du corps dans des conditions artificielles. Le génie génétique est une branche de la biotechnologie qui développe et utilise des technologies permettant d'isoler les gènes d'organismes et de cellules individuelles, de les modifier et de les introduire dans d'autres cellules ou organismes.

Quelques aspects éthiques et juridiques de l'utilisation des méthodes biotechnologiques

L'éthique est la doctrine de la moralité, selon laquelle la vertu principale est la capacité de trouver un juste milieu entre deux extrêmes. Cette science a été fondée par Aristote.

La bioéthique fait partie de l'éthique qui étudie l'aspect moral de l'activité humaine en médecine et en biologie. Le terme a été proposé par V.R. Potier en 1969

Au sens strict, la bioéthique fait référence à une série de problèmes éthiques dans le domaine de la médecine. Au sens large, la bioéthique fait référence à l'étude des problèmes sociaux, environnementaux, médicaux et socio-juridiques affectant non seulement les humains, mais aussi tout organisme vivant inclus dans les écosystèmes. C'est-à-dire qu'il a une orientation philosophique, évalue les résultats du développement de nouvelles technologies et idées en médecine, biotechnologie et biologie en général.

Les méthodes biotechnologiques modernes ont un potentiel si puissant et peu exploré que leur utilisation généralisée n'est possible qu'avec le strict respect des normes éthiques. Les principes moraux existant dans la société nous obligent à rechercher un compromis entre les intérêts de la société et ceux de l'individu. De plus, les intérêts de l’individu sont actuellement placés au-dessus des intérêts de la société. Par conséquent, le respect et le développement ultérieur des normes éthiques dans ce domaine devraient viser avant tout à la pleine protection des intérêts humains.

L'introduction massive dans la pratique médicale et la commercialisation de technologies fondamentalement nouvelles dans le domaine du génie génétique et du clonage ont également conduit à la nécessité de créer un cadre juridique approprié réglementant tous les aspects juridiques des activités dans ces domaines.

Arrêtons-nous sur les domaines de la recherche biotechnologique qui sont directement liés à un risque élevé de violation des droits individuels et suscitent le débat le plus houleux sur leur utilisation généralisée : la transplantation d'organes et de cellules à des fins thérapeutiques et le clonage.

Ces dernières années, l’intérêt pour l’étude et l’utilisation des cellules souches embryonnaires humaines en biomédecine et pour les techniques de clonage permettant de les obtenir a fortement augmenté. Comme on le sait, les cellules souches embryonnaires sont capables de se transformer en différents types de cellules et de tissus (hématopoïétiques, reproducteurs, musculaires, nerveux, etc.). Ils se sont révélés prometteurs pour une utilisation en thérapie génique, en transplantologie, en hématologie, en médecine vétérinaire, en pharmacotoxicologie, en dépistage de médicaments, etc.

Ces cellules sont isolées d'embryons humains et de fœtus de 5 à 8 semaines de développement obtenus lors d'une interruption médicale de grossesse (à la suite d'un avortement), ce qui soulève de nombreuses questions quant à la légalité éthique et juridique de la conduite de recherches sur des embryons humains, notamment les suivantes :

• Dans quelle mesure la recherche scientifique sur les cellules souches embryonnaires humaines est-elle nécessaire et justifiée ?
• Est-il permis de détruire la vie humaine au nom du progrès médical et dans quelle mesure est-ce moral ?
• Le cadre juridique est-il suffisamment développé pour l’utilisation de ces technologies ?

Dans un certain nombre de pays, toute recherche sur les embryons est interdite (par exemple en Autriche, en Allemagne). En France, les droits de l'embryon sont protégés dès la conception. Au Royaume-Uni, au Canada et en Australie, bien que la création d'embryons à des fins de recherche ne soit pas interdite, un système législatif a été élaboré pour réglementer et contrôler cette recherche.

En Russie, la situation dans ce domaine est plus qu'incertaine : les activités d'étude et d'utilisation des cellules souches ne sont pas suffisamment réglementées et d'importantes lacunes législatives subsistent qui entravent le développement de ce domaine. Concernant le clonage, en 2002, une loi fédérale a introduit une interdiction temporaire (5 ans) du clonage humain, mais celle-ci a expiré en 2007 et la question reste ouverte.

Marché de la biotechnologie

L’informatique présente bien plus de parallèles avec la biotechnologie moderne qu’il n’y paraît à première vue. Les technologies de l’information ne sont pas apparues d’elles-mêmes ; leur épanouissement a été précédé par des découvertes fondamentales en physique, physique des matériaux, mathématiques computationnelles et cybernétique. En conséquence, l'informatique est aujourd'hui le domaine des « startups faciles », dans lesquelles très peu de temps s'écoule entre l'émergence d'une idée et la réalisation du profit, et peu de gens pensent au travail qui a été accompli jusqu'à présent.

La situation des biotechnologies est similaire, nous n'en sommes qu'à un stade précoce, où les outils et les programmes sont encore en cours de développement. Les biotechnologies attendent l'apparition de leur « ordinateur personnel », mais dans notre cas, ce ne sera pas un appareil de masse compréhensible - nous parlons plutôt d'un ensemble d'outils efficaces et peu coûteux.

Nous pouvons dire que la situation actuelle est similaire à celle des années 1990 dans le domaine informatique. Les technologies sont encore en développement et sont assez coûteuses. Par exemple, le séquençage complet d’une personne coûte 1 000 $. C'est beaucoup moins cher que le prix de 3,3 milliards de dollars du Projet Génome Humain, mais cela reste incroyablement élevé pour la personne moyenne, et son application pour le diagnostic clinique à un niveau plus large n'est pas encore possible. Pour ce faire, le prix de la technologie doit encore baisser d'un facteur 10 et améliorer les propriétés techniques de manière à niveler les erreurs de séquençage. Il n'existe pas de projets biotechnologiques aussi puissants que Facebook, mais Illumina, Oxford Nanopore, Roche sont autant d'entreprises extrêmement prospères, dont les activités ressemblent souvent à celles de Google, qui rachète des startups intéressantes. Nanopore, par exemple, est devenue milliardaire avant même d’entrer sur le marché grâce à la combinaison d’une bonne idée initiale, d’une gestion et d’une levée de fonds réussie.

Aujourd’hui, la biotechnologie est également un marché du big data, ce qui poursuit le parallèle avec l’informatique, qui dans ce cas sert en quelque sorte d’outil pour une biotechnologie plus vaste et plus complexe. Des sociétés telles que Editas Medicine (l’un des créateurs de la célèbre technologie d’édition du génome CRISPR/Cas9) ont fondé leur propriété intellectuelle sur les résultats du séquençage de données génomiques bactériennes provenant de sources ouvertes. Ils étaient loin d’être les premiers à bénéficier des informations accumulées, ils n’étaient même pas les premiers à découvrir le principe de fonctionnement du cluster CRISPR, mais c’est Editas Medicine qui a créé le produit biotechnologique. Aujourd'hui, c'est une entreprise qui vaut plus d'un milliard de dollars.

Et ce n’est pas la seule activité qui naîtra de l’analyse des données existantes. De plus, on ne peut pas dire qu'il existe une file d'attente pour de telles données - il y en a déjà beaucoup plus que ce qui peut être analysé, et il y en aura encore plus, car les scientifiques n'arrêtent pas de séquencer. Malheureusement, les méthodes d’analyse sont encore imparfaites et tout le monde n’est donc pas en mesure de transformer les données en un produit valant plusieurs milliards de dollars. Mais si l’on estime le rythme de développement des outils d’analyse (indice : c’est très rapide), il n’est pas difficile de comprendre qu’à l’avenir il y aura beaucoup plus d’entreprises qui remarqueront quelque chose d’intéressant dans le big data génomique.

La Russie peut-elle devenir un pays biotechnologique ?

Le principal problème de la biotechnologie en Russie n'est pas l'interdiction des OGM, comme beaucoup le pensent, mais un grand nombre de barrières bureaucratiques diverses. Ce fait est également constaté au sein du gouvernement. Mais même les obstacles peuvent être adaptés. Au cours des 26 dernières années, nous nous sommes développés sous la pression des réformes, des changements constants dans les règles du jeu, et les entreprises ont besoin de stabilité et de confiance dans l'absence de chocs.

Si l’on ne s’attaque pas aux biotechnologies russes, elles commenceront à se développer. Je voudrais également souligner qu'un désir irréfléchi d'aider, ces investissements très inconsidérés de l'État conduisent en fait au résultat inverse : les subventions enseignent aux entreprises qu'elles seront constamment soutenues par l'État. Comme le montre la pratique, les entreprises bénéficiant d'investissements publics deviennent inefficaces. Une concurrence saine est nécessaire partout, c'est pourquoi les contributions initiales ne doivent même pas provenir de l'État, mais des entreprises, qui doivent avoir confiance en l'avenir, ce qui nous pose encore des problèmes.

La meilleure chose à faire pour l’État est d’investir dans la création d’un environnement optimal pour la biotechnologie. Nous avons à la fois des esprits et des personnes dotés de l’énergie et du désir de créer – il est important de ne pas laisser ce désir se perdre.

Aujourd'hui, les biotechnologies sont dans une phase de croissance intensive, mais il est déjà possible d'imaginer le vecteur de leur développement. Après tout, le sens même de la technologie ne changera pas, tout comme il n’a pas changé après l’avènement de l’ordinateur : son idée en 1951 n’était pas très différente de celle qui sous-tendait les ordinateurs modernes. Seules la fonctionnalité et les performances diffèrent considérablement. La même chose se produira avec les biotechnologies, et le moteur de leur développement est encore plus clair : c'est le désir éternel des gens d'être en bonne santé et de vivre longtemps, sans respecter toutes les règles complexes d'un mode de vie sain. Par conséquent, dans un avenir très proche, nous assisterons à l’essor de la biotechnologie, ce qui constitue en fin de compte une excellente nouvelle pour toute l’humanité.

biotechnologie génie génétique animal

Introduction

Concepts généraux, principaux jalons de la biotechnologie

Génie génétique

Clonage et biotechnologie en élevage

Conclusion

Références

Introduction

La biotechnologie, ou technologie des bioprocédés, est l'utilisation industrielle d'agents biologiques ou de leurs systèmes pour obtenir des produits de valeur et réaliser des transformations ciblées. Les agents biologiques sont dans ce cas des micro-organismes, des cellules végétales et animales, des composants cellulaires : membranes cellulaires, ribosomes, mitochondries, chloroplastes, ainsi que des macromolécules biologiques (ADN, ARN, protéines - le plus souvent des enzymes). La biotechnologie utilise également l’ADN ou l’ARN viral pour transférer des gènes étrangers dans les cellules.

L’homme utilise la biotechnologie depuis des milliers d’années : il fait du pain, brasse de la bière, fabrique du fromage et d’autres produits à base d’acide lactique, en utilisant divers micro-organismes, sans même connaître leur existence. En fait, le terme lui-même est apparu dans notre langue il n'y a pas si longtemps, à la place des mots « microbiologie industrielle », « biochimie technique », etc. Le processus biotechnologique le plus ancien était probablement la fermentation à l'aide de micro-organismes. Ceci est étayé par une description du processus de fabrication de la bière, découverte en 1981 lors de fouilles à Babylone sur une tablette datant d'environ le 6ème millénaire avant JC. e. Au 3ème millénaire avant JC. e. Les Sumériens produisaient jusqu'à deux douzaines de types de bière. Les processus biotechnologiques non moins anciens sont la vinification, la boulangerie et la production de produits à base d'acide lactique. Au sens traditionnel et classique, la biotechnologie est la science des méthodes et technologies permettant de produire diverses substances et produits à l'aide d'objets et de processus biologiques naturels.

Le terme « nouvelle » biotechnologie, par opposition à « ancienne » biotechnologie, est utilisé pour faire la distinction entre les bioprocédés utilisant des techniques de génie génétique, les nouvelles technologies de bioprocédés et les formes plus traditionnelles de bioprocédés. Ainsi, la production habituelle d'alcool pendant le processus de fermentation est une « ancienne » biotechnologie, mais l'utilisation de levure dans ce processus, améliorée par des méthodes de génie génétique afin d'augmenter le rendement en alcool, est une « nouvelle » biotechnologie.

La biotechnologie en tant que science constitue la branche la plus importante de la biologie moderne, devenue, comme la physique, à la fin du 20e siècle. l’une des principales priorités de la science et de l’économie mondiales.

Un essor de la recherche sur la biotechnologie dans la science mondiale s'est produit dans les années 80, lorsque de nouvelles approches méthodologiques et méthodologiques ont assuré la transition vers leur utilisation efficace dans la science et la pratique, et qu'une réelle opportunité s'est présentée pour en tirer le maximum d'effet économique. Selon les prévisions, dès le début du XXIe siècle, les biens biotechnologiques représenteront un quart de la production mondiale totale.

Dans notre pays, une expansion significative des travaux de recherche et la mise en production de leurs résultats ont également été réalisées dans les années 80. Au cours de cette période, le premier programme national de biotechnologie a été développé et activement mis en œuvre dans le pays, des centres interministériels de biotechnologie ont été créés, des spécialistes qualifiés - des biotechnologues ont été formés, des laboratoires et des départements de biotechnologie ont été organisés dans des instituts de recherche et des universités.

Cependant, l'attention portée aux problèmes de la biotechnologie dans le pays s'est par la suite affaiblie et leur financement a été réduit. En conséquence, le développement de la recherche biotechnologique et son utilisation pratique en Russie ont ralenti, ce qui a entraîné un retard par rapport au niveau mondial, notamment dans le domaine du génie génétique.

Quant aux procédés biotechnologiques plus modernes, ils reposent sur des méthodes d’ADN recombinant, ainsi que sur l’utilisation d’enzymes, de cellules ou d’organites cellulaires immobilisés. La biotechnologie moderne est la science du génie génétique et des méthodes et technologies cellulaires pour la création et l'utilisation d'objets biologiques génétiquement transformés afin d'intensifier la production ou d'obtenir de nouveaux types de produits à diverses fins.

L’industrie de la microbiologie utilise actuellement des milliers de souches de micro-organismes différents. Dans la plupart des cas, ils sont améliorés par mutagenèse induite et sélection ultérieure. Cela permet la synthèse à grande échelle de diverses substances.

Certaines protéines et métabolites secondaires ne peuvent être produits qu’en cultivant des cellules eucaryotes. Les cellules végétales peuvent servir de source d'un certain nombre de composés - atropine, nicotine, alcaloïdes, saponines, etc. Les cellules animales et humaines produisent également un certain nombre de composés biologiquement actifs. Par exemple, les cellules hypophysaires contiennent de la lipotropine, un stimulateur de la dégradation des graisses, et de la somatotropine, une hormone qui régule la croissance.

Des cultures continues de cellules animales ont été créées pour produire des anticorps monoclonaux, largement utilisés pour diagnostiquer les maladies. En biochimie, microbiologie et cytologie, les méthodes d'immobilisation des enzymes et des cellules entières de micro-organismes, de plantes et d'animaux présentent un intérêt incontestable. En médecine vétérinaire, les méthodes biotechnologiques telles que la culture cellulaire et embryonnaire, l’ovogenèse in vitro et l’insémination artificielle sont largement utilisées. Tout cela indique que la biotechnologie deviendra une source non seulement de nouveaux produits alimentaires et de médicaments, mais aussi d’énergie et de nouveaux produits chimiques, ainsi que d’organismes dotés des propriétés souhaitées.

1. Concepts généraux, principaux jalons de la biotechnologie

Réalisations exceptionnelles de la biotechnologie à la fin du XXe siècle. a attiré l’attention non seulement d’un large éventail de scientifiques, mais aussi de l’ensemble de la communauté mondiale. Ce n'est pas un hasard si le 21ème siècle. proposé d’être considéré comme le siècle de la biotechnologie.

Le terme « biotechnologie » a été inventé par l'ingénieur hongrois Karl Ereky (1917) lorsqu'il décrit la production de viande de porc (produit final) à partir de betteraves sucrières (matière première) comme aliment pour porcs (biotransformation).

Par biotechnologie, K. Ereki entendait « tous les types de travaux dans lesquels certains produits sont fabriqués à partir de matières premières avec l'aide d'organismes vivants ». Toutes les définitions ultérieures de ce concept ne sont que des variantes de la formulation pionnière et classique de K. Ereki.

Selon la définition de l'académicien Yu.A. Ovchinnikova, la biotechnologie est un domaine complexe et multidisciplinaire de progrès scientifique et technologique, comprenant une variété de synthèses microbiologiques, d'enzymologie du génie génétique et cellulaire, l'utilisation des connaissances, les conditions et la séquence d'action des enzymes protéiques dans le corps des plantes, des animaux et des humains. , dans les réacteurs industriels.

La biotechnologie comprend la transplantation d'embryons, la production d'organismes transgéniques et le clonage.

Stanley Cohen et Herbert Boyer ont développé en 1973 une méthode permettant de transférer un gène d'un organisme à un autre. Cohen a écrit : "... l'espoir est qu'il sera possible d'introduire dans E. coli des gènes associés à des fonctions métaboliques ou synthétiques trouvées chez d'autres espèces, comme des gènes pour la photosynthèse ou la production d'antibiotiques." Avec leurs travaux, une nouvelle ère dans la biotechnologie moléculaire a commencé. Un grand nombre de techniques ont été développées pour 1) identifier 2) isoler ; 3) donner une description ; 4) utiliser les gènes.

En 1978, les employés de Genetech (États-Unis) ont isolé pour la première fois des séquences d'ADN codant pour l'insuline humaine et les ont transférées dans des vecteurs de clonage capables de se répliquer dans des cellules d'Escherichia coli. Ce médicament pourrait être utilisé par les patients diabétiques ayant eu une réaction allergique à l’insuline porcine.

Actuellement, la biotechnologie moléculaire permet d'obtenir un grand nombre de produits : insuline, interféron, « hormones de croissance », antigènes viraux, un grand nombre de protéines, de médicaments, de substances de faible poids moléculaire et de macromolécules.

Des succès incontestables dans l’utilisation de la mutagenèse induite et de la sélection pour améliorer les souches productrices dans la production d’antibiotiques, etc. sont devenus encore plus importants grâce aux techniques de biotechnologie moléculaire.

Les principales étapes du développement de la biotechnologie moléculaire sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1. Historique du développement de la biotechnologie moléculaire (Glick, Pasternak, 2002)

DateÉvénement1917Karl Erecki a inventé le terme « biotechnologie »1943La pénicilline a été produite à l'échelle industrielle1944Avery, Mac Leod et McCarthy ont montré que le matériel génétique est l'ADN1953Watson et Crick ont ​​déterminé la structure de la molécule d'ADN1961La revue « Biotechnology and Bioengineering » a été fondée1961-1966Le code génétique a été déchiffré1970Le le premier agent de restriction a été isolé endonucléase1972Koran et al. ont synthétisé le gène d'ARNt complet 1973 Boyer et Cohen ont jeté les bases de la technologie de l'ADN recombinant 1975 Kohler et Milstein ont décrit la production d'anticorps monoclonaux 1976 Les premières lignes directrices réglementant le travail avec l'ADN recombinant ont été publiées 1976 Méthodes pour 1978 Genetech a lancé l'insuline humaine obtenue à l'aide d'E. coli 1980 L'audience de la Cour suprême des États-Unis Diamond contre Cha Krabarti a rendu un verdict selon lequel les micro-organismes obtenus par des méthodes de génie génétique peuvent être brevetés 1981 Les premiers synthétiseurs automatiques d'ADN ont été lancés vente 1981 L'utilisation du premier ensemble diagnostique d'anticorps monoclonaux a été approuvée aux États-Unis 1982 Le premier vaccin animal obtenu à l'aide de la technologie de l'ADN recombinant a été approuvé pour une utilisation en Europe 1983 Les Ti hybrides ont été utilisés pour la transformation des plantes - plasmides 1988 Un brevet américain a été délivré pour un lignée de souris avec une incidence accrue de tumeurs obtenues par des méthodes de génie génétique 1988 Création de la méthode de réaction en chaîne par polymérase (PCR) 1990 Un plan pour tester la thérapie génique utilisant des cellules somatiques humaines a été approuvé aux États-Unis 1990 Les travaux sur le projet du génome humain ont été officiellement lancé 1994-1995 Des détails détaillés ont été publiés, des cartes génétiques et physiques des chromosomes humains 1996 Les ventes annuelles de la première protéine recombinante (érythropoïétine) ont dépassé 1 milliard de dollars 1996 La séquence nucléotidique de tous les chromosomes d'un micro-organisme eucaryote a été déterminée 1997 Un mammifère a été cloné à partir d'un cellule somatique

2. Génie génétique

Une partie importante de la biotechnologie est le génie génétique. Née au début des années 70, elle connaît aujourd'hui un grand succès. Les techniques de génie génétique transforment les cellules bactériennes, de levure et de mammifères en « usines » pour la production à grande échelle de n’importe quelle protéine. Cela permet d’analyser en détail la structure et les fonctions des protéines et de les utiliser comme médicaments. Actuellement, Escherichia coli (E. coli) est devenue un fournisseur d'hormones aussi importantes que l'insuline et la somatotropine. Auparavant, l'insuline était obtenue à partir de cellules pancréatiques animales, son coût était donc très élevé.

Le génie génétique est une branche de la biotechnologie moléculaire associée au transfert de matériel génétique (ADN) d'un organisme à un autre.

Le terme « génie génétique » est apparu dans la littérature scientifique en 1970, et le génie génétique en tant que discipline indépendante - en décembre 1972, lorsque P. Berg et le personnel de l'Université de Stanford (États-Unis) ont obtenu le premier ADN recombinant, constitué de l'ADN du Virus SV40 et un bactériophage ?dvgal . Dans notre pays, grâce au développement de la génétique moléculaire et de la biologie moléculaire, ainsi qu'à une évaluation correcte des tendances de développement de la biologie moderne, le 4 mai 1972, le premier atelier sur le génie génétique a eu lieu au Centre scientifique de recherche biologique. de l'Académie des Sciences de l'URSS à Pushchino (près de Moscou). A partir de cette réunion, toutes les étapes du développement du génie génétique en Russie sont prises en compte.

Le développement rapide du génie génétique est associé au développement de nouvelles méthodes de recherche, parmi lesquelles il faut souligner les principales :

Le clivage de l’ADN (digestion par restriction) est nécessaire à l’isolement et à la manipulation des gènes ;

hybridation d'acides nucléiques, dans laquelle, grâce à leur capacité à se lier les uns aux autres selon le principe de complémentarité, il est possible d'identifier des séquences spécifiques d'ADN et d'ARN, ainsi que de combiner divers éléments génétiques. Utilisé dans la réaction en chaîne par polymérase pour l'amplification de l'ADN in vitro ;

Clonage d'ADN - réalisé en introduisant des fragments d'ADN ou des groupes de ceux-ci dans des éléments génétiques à réplication rapide (plasmides ou virus), ce qui permet de reproduire des gènes dans les cellules de bactéries, de levures ou d'eucaryotes ;

détermination des séquences nucléotidiques (séquençage) dans le fragment d'ADN cloné. Vous permet de déterminer la structure des gènes et la séquence d'acides aminés des protéines qu'ils codent ;

synthèse chimico-enzymatique de polynucléotides - souvent nécessaire pour modifier de manière ciblée les gènes et faciliter leur manipulation.

B. Glick et J. Pasternak (2002) ont décrit les 4 étapes suivantes d'expériences avec de l'ADN recombinant :

L'ADN natif (ADN cloné, ADN inséré, ADN cible, ADN étranger) est extrait de l'organisme donneur, soumis à une hydrolyse enzymatique (clivé, coupé) et combiné (ligaturé, cousu) avec d'autres ADN (vecteur de clonage, vecteur de clonage) avec le formation d'une nouvelle molécule recombinante (conception « vecteur de clonage - ADN intégré »).

Cette construction est introduite dans la cellule hôte (destinataire), où elle est répliquée et transmise aux descendants. Ce processus est appelé transformation.

Les cellules porteuses d'ADN recombinant (cellules transformées) sont identifiées et sélectionnées.

Un produit protéique spécifique synthétisé par les cellules est obtenu, ce qui confirme le clonage du gène souhaité.

3. Clonage et biotechnologie en élevage

Le clonage est un ensemble de méthodes utilisées pour obtenir des clones. Le clonage d'organismes multicellulaires implique le transfert de noyaux de cellules somatiques dans un œuf fécondé sans le pronoyau. J. Gurdon (1980) fut le premier à prouver la possibilité d'un transfert d'ADN par microinjection dans le pronoyau d'un œuf de souris fécondé. Puis R. Brinster et al. (1981) ont produit des souris transgéniques qui synthétisent de grandes quantités de thymidine kinase du NSV dans les cellules hépatiques et rénales. Ceci a été réalisé par injection du gène de la thymidine kinase du NSV sous le contrôle du promoteur du gène de la métallothionéine-I.

En 1997, Wilmut et al. ont cloné la brebis Dolly par transfert nucléaire à partir d'une brebis adulte. Ils ont prélevé des cellules épithéliales mammaires d’une brebis Dorset finlandaise âgée de 6 ans. Ils ont été cultivés en culture cellulaire ou dans un oviducte avec une ligature pendant 7 jours, puis l'embryon au stade blastocyste a été implanté dans une mère Scottish Blackhead « de substitution ». Dans l'expérience, à partir de 434 œufs, un seul mouton, Dolly, a été obtenu, qui était génétiquement identique à la race donneuse finlandaise Dorset.

Le clonage d'animaux par transfert nucléaire à partir de cellules totipotentes différenciées entraîne parfois une viabilité réduite. Les animaux clonés ne constituent pas toujours une copie génétique exacte du donneur en raison de modifications du matériel héréditaire et de l'influence des conditions environnementales. Les copies génétiques varient en poids vif et ont des tempéraments différents.

Les découvertes réalisées au milieu du siècle dernier dans le domaine de la structure du génome ont donné une impulsion puissante à la création de systèmes fondamentalement nouveaux permettant de modifier de manière ciblée le génome des êtres vivants. Des méthodes ont été développées qui permettent de construire et d'intégrer des constructions de gènes étrangers dans le génome. L'une de ces orientations est l'intégration dans le génome animal de constructions génétiques associées aux processus de régulation métabolique, qui assurent des modifications ultérieures dans un certain nombre de traits biologiques et économiquement utiles des animaux.

Les animaux qui portent un gène recombinant (étranger) dans leur génome sont généralement appelés transgéniques, et un gène intégré dans le génome du receveur est appelé transgène. Grâce au transfert de gènes, les animaux transgéniques développent de nouvelles caractéristiques qui, par sélection, se fixent dans la progéniture. C'est ainsi que sont créées les lignées transgéniques.

L'une des tâches les plus importantes de la biotechnologie agricole est l'élevage d'animaux transgéniques avec une productivité améliorée et des produits de meilleure qualité, résistants aux maladies, ainsi que la création de soi-disant animaux - bioréacteurs - producteurs de substances biologiquement actives de valeur.

D'un point de vue génétique, les gènes codant pour les protéines de la cascade de l'hormone de croissance sont particulièrement intéressants : l'hormone de croissance elle-même et le facteur de libération de l'hormone de croissance.

Selon L.K. Ernst, chez les porcs transgéniques porteurs du gène du facteur de libération de l'hormone de croissance, l'épaisseur de graisse était inférieure de 24,3 % à celle du témoin. Des changements significatifs ont été notés dans les taux de lipides dans le muscle longissimus dorsi. Ainsi, la teneur en lipides totaux de ce muscle chez les porcs transgéniques était inférieure de 25,4 %, les phospholipides - 32,2 %, le cholestérol - 27,7 %.

Ainsi, les porcs transgéniques se caractérisent par un niveau accru d'inhibition de la lipogenèse, ce qui présente un intérêt certain pour la pratique de l'élevage porcin.

Il est très important d’utiliser des animaux transgéniques en médecine et en médecine vétérinaire pour obtenir des composés biologiquement actifs en incluant dans les cellules du corps des gènes qui les amènent à synthétiser de nouvelles protéines.

Importance pratique et perspectives du génie génétique

La microbiologie industrielle est une branche industrielle développée qui détermine en grande partie le visage actuel de la biotechnologie. Et la production de presque tous les médicaments, matières premières ou substances dans cette industrie est désormais liée d’une manière ou d’une autre au génie génétique. Le fait est que le génie génétique permet de créer des micro-organismes superproducteurs d'un produit particulier. Grâce à son intervention, cela se produit plus rapidement et plus efficacement qu'avec la sélection et la génétique traditionnelles : cela permet d'économiser du temps et de l'argent. Disposant d'un micro-organisme superproducteur, vous pouvez obtenir plus de produits en utilisant le même équipement sans augmenter la production, sans investissements en capital supplémentaires. De plus, les micro-organismes se développent mille fois plus vite que les plantes ou les animaux.

Par exemple, grâce au génie génétique, il est possible d'obtenir un micro-organisme qui synthétise la vitamine B2 (riboflavine), utilisée comme additif alimentaire dans l'alimentation animale. Sa production par cette méthode équivaut à la construction de 4 à 5 nouvelles usines pour produire le médicament par synthèse chimique conventionnelle.

Des opportunités particulièrement larges se présentent pour le génie génétique dans la production d'enzymes-protéines - produits directs du travail génétique. Vous pouvez augmenter la production d'une enzyme par une cellule soit en y introduisant plusieurs gènes de cette enzyme, soit en améliorant leur fonctionnement en installant un promoteur plus fort devant eux. Ainsi, la production d'enzymes ?-l'amylase dans la cellule a été augmentée de 200 fois et la ligase de 500 fois.

Dans l’industrie microbiologique, les protéines alimentaires sont généralement obtenues à partir d’hydrocarbures pétroliers et gaziers et de déchets de bois. 1 tonne de levure alimentaire donne 35 000 morceaux d'œufs supplémentaires et 1,5 tonne de viande de poulet. Notre pays produit plus d'un million de tonnes de levure alimentaire par an. Il est prévu d'utiliser des fermenteurs d'une capacité allant jusqu'à 100 tonnes/jour. La tâche du génie génétique dans ce domaine est d'améliorer la composition en acides aminés des protéines alimentaires et leur valeur nutritionnelle en introduisant les gènes correspondants dans la levure. Des travaux sont également en cours pour améliorer la qualité de la levure destinée à l'industrie brassicole.

Le génie génétique est associé aux espoirs d’élargir la gamme d’engrais microbiologiques et de produits phytopharmaceutiques et d’augmenter la production de méthane à partir des déchets ménagers et agricoles. En sélectionnant des micro-organismes qui décomposent plus efficacement diverses substances nocives présentes dans l'eau et le sol, l'efficacité de la lutte contre la pollution de l'environnement peut être considérablement augmentée.

La croissance démographique sur Terre, comme il y a plusieurs décennies, dépasse l’augmentation de la production agricole. La conséquence en est une malnutrition chronique, voire simplement la faim, parmi des centaines de millions de personnes. Production d'engrais, mécanisation, sélection traditionnelle d'animaux et de plantes - tout cela a constitué la base de la soi-disant « révolution verte », qui ne s'est pas entièrement justifiée. Actuellement, d'autres moyens non traditionnels pour accroître l'efficacité de la production agricole sont recherchés. De grands espoirs sont placés dans ce domaine dans le génie génétique des plantes. Ce n’est qu’avec son aide qu’il sera possible d’élargir radicalement les limites de la variabilité d’une plante vers des propriétés utiles, en lui transférant des gènes d’autres plantes (éventuellement sans rapport) et même des gènes d’un animal ou d’une bactérie. Grâce au génie génétique, il est possible de déterminer la présence de virus dans les plantes agricoles, de prédire les rendements des cultures et d'obtenir des plantes capables de résister à divers facteurs environnementaux défavorables. Cela inclut la résistance aux herbicides (moyens de contrôle des mauvaises herbes), aux insecticides (moyens de lutte contre les insectes nuisibles), la résistance des plantes à la sécheresse, à la salinité des sols, la fixation de l'azote atmosphérique par les plantes, etc. Dans une liste assez longue de propriétés que les gens souhaite doter les cultures agricoles d'une résistance aux substances utilisées contre les mauvaises herbes et les insectes nuisibles. Malheureusement, ces produits nécessaires ont également un effet néfaste sur les plantes bénéfiques. Le génie génétique peut grandement contribuer à résoudre ces problèmes.

La situation est plus compliquée avec la résistance croissante des plantes à la sécheresse et à la salinité des sols. Il existe des plantes sauvages qui tolèrent bien les deux. Il semblerait que l'on puisse prendre leurs gènes qui déterminent ces formes de résistance, les transplanter dans des plantes cultivées - et le problème est résolu. Mais plusieurs gènes sont responsables de ces traits, et on ne sait pas encore lesquels.

L’un des problèmes les plus passionnants que le génie génétique tente de résoudre est la fixation de l’azote atmosphérique par les plantes. Les engrais azotés sont la clé d’un rendement élevé, car les plantes ont besoin d’azote pour se développer pleinement. Aujourd’hui, le monde produit plus de 50 millions de tonnes d’engrais azotés, tout en consommant de grandes quantités d’électricité, de pétrole et de gaz. Mais seulement la moitié de ces engrais sont absorbés par les plantes, le reste est éliminé du sol, empoisonnant l'environnement. Il existe des groupes de plantes (légumineuses) qui consomment généralement de l'azote provenant de sources autres que le sol. Les bactéries nodulaires s'installent sur les racines des légumineuses et absorbent l'azote directement de l'air.

Comme les plantes, la levure est un organisme eucaryote, et faire fonctionner les gènes de fixation de l’azote en elle serait une étape importante vers l’objectif visé. Mais même si les gènes de la levure n'ont pas commencé à fonctionner, les raisons de cette situation font l'objet d'études approfondies.

Grâce au génie génétique, les intérêts de l’élevage et de la médecine sont étroitement liés de manière inattendue.

Dans le cas de la transplantation du gène de l'interféron chez une vache (un médicament très efficace dans la lutte contre la grippe et plusieurs autres maladies), 10 millions d'unités peuvent être isolées à partir de 1 ml de sérum. interféron. Un certain nombre de composés biologiquement actifs peuvent être obtenus de manière similaire. Ainsi, une ferme d’élevage produisant des médicaments n’est pas un phénomène si fantastique.

Grâce à la méthode du génie génétique, des micro-organismes ont été obtenus qui produisent de l'homosérine, du tryptophane, de l'isoleucine et de la thréonine, qui manquent dans les protéines végétales utilisées dans l'alimentation animale. Une alimentation déséquilibrée en acides aminés réduit leur productivité et conduit à une surconsommation d’aliments. Ainsi, la production d’acides aminés constitue un problème économique national important. Un nouveau superproducteur de thréonine produit cet acide aminé 400 à 700 fois plus efficacement que le micro-organisme d'origine

une tonne de lysine permettra d'économiser des dizaines de tonnes de céréales fourragères et 1 tonne de thréonine permettra d'économiser 100 tonnes. Les suppléments de thréonine améliorent l'appétit des vaches et augmentent la production de lait. L'ajout d'un mélange de lysine et de thréonine à l'alimentation à une concentration de seulement 0,1 % permet d'économiser jusqu'à 25 % d'aliment.

Grâce au génie génétique, il est également possible de réaliser une biosynthèse mutationnelle d'antibiotiques. Son essence se résume au fait qu'à la suite de modifications ciblées du gène de l'antibiotique, le résultat n'est pas un produit fini, mais une sorte de produit semi-fini. En lui substituant certains composants physiologiquement actifs, vous pouvez obtenir tout un ensemble de nouveaux antibiotiques. Un certain nombre d'entreprises biotechnologiques au Danemark et SPIA produisent déjà des vaccins génétiquement modifiés contre la diarrhée chez les animaux de ferme.

Les médicaments suivants sont déjà produits, font l'objet d'essais cliniques ou sont activement en cours de développement : insuline, hormone de croissance, interféron, facteur VIII, un certain nombre de vaccins antiviraux, des enzymes pour lutter contre les caillots sanguins (urokinase et activateur tissulaire du plasminogène), des protéines du sang. et le système immunitaire du corps. Les mécanismes génétiques moléculaires de l'apparition du cancer sont étudiés. En outre, des méthodes de diagnostic des maladies héréditaires et des moyens de les traiter, appelées thérapie génique, sont en cours de développement. Par exemple, le diagnostic ADN permet la détection précoce des anomalies héréditaires et permet de diagnostiquer non seulement les porteurs du trait, mais également les porteurs latents hétérozygotes chez lesquels ces traits ne se manifestent pas phénotypiquement. Actuellement, le diagnostic génétique du déficit d’adhésion des leucocytes et du déficit de synthèse de l’uridine monophosphate chez les bovins a déjà été développé et est largement utilisé.

Il convient de noter que toutes les méthodes permettant de modifier l'hérédité contiennent également un élément d'imprévisibilité. Beaucoup dépend des objectifs pour lesquels ces recherches sont menées. L'éthique de la science exige que la base d'une expérience de transformation dirigée des structures héréditaires soit un désir inconditionnel de préserver et de renforcer le patrimoine héréditaire d'espèces utiles d'êtres vivants. Lors de la conception de formes organiques génétiquement nouvelles, l’objectif devrait être d’améliorer la productivité et la résistance des animaux, des plantes et des micro-organismes qui font l’objet de l’agriculture. Les résultats devraient contribuer à renforcer les liens biologiques dans la biosphère et à améliorer la santé de l’environnement extérieur.

Le sens et les objectifs de la biotechnologie

La recherche en biotechnologie développe des méthodes d'étude du génome, d'identification des gènes et des moyens de transférer du matériel génétique. L'un des principaux domaines de la biotechnologie est le génie génétique. Les micro-organismes sont créés à l'aide de méthodes de génie génétique - producteurs de substances biologiquement actives nécessaires à l'homme. Des souches de micro-organismes producteurs d'acides aminés essentiels, nécessaires à l'optimisation de la nutrition des animaux de ferme, ont été développées.

La tâche de créer une souche qui produit de l'hormone de croissance chez les animaux, principalement les bovins, est en train d'être résolue. L'utilisation d'une telle hormone dans l'élevage bovin permet d'augmenter le taux de croissance des jeunes animaux de 10 à 15 % et la production laitière des vaches jusqu'à 40 % lorsqu'elle est administrée quotidiennement (ou après 2-3 jours) à une dose de 44 mg, sans modifier la composition du lait. Aux États-Unis, grâce à l'utilisation de cette hormone, on s'attend à obtenir environ 52 % de l'augmentation totale de la productivité et à augmenter la production de lait jusqu'à une moyenne de 9 200 kg. Des travaux sont également en cours pour introduire le gène de l'hormone de croissance chez les bovins (Ernst, 1989, 2004).

Dans le même temps, la production de l’acide aminé tryptophane, obtenu à partir de bactéries génétiquement transformées, a été interdite. Il a été constaté que les patients atteints du syndrome d'éosinophilie-myalgie (EMS) consommaient du tryptophane comme complément alimentaire. Cette maladie provoque des douleurs musculaires sévères et débilitantes et peut entraîner la mort. Cet exemple démontre la nécessité d'études approfondies de toxicité de tous les produits obtenus par des méthodes de génie génétique.

Le rôle énorme de la symbiose des animaux supérieurs avec les micro-organismes du tractus gastro-intestinal est connu. Ils commencent à développer des approches pour contrôler et gérer l’écosystème du rumen grâce à l’utilisation de la microflore génétiquement modifiée. Ainsi, l'une des voies est déterminée qui conduit à l'optimisation et à la stabilisation de la nutrition, en éliminant la carence d'un certain nombre de facteurs nutritionnels essentiels pour les animaux de ferme. Cela contribuera à terme à la réalisation du potentiel génétique des animaux en termes de caractères de productivité. La création de formes de symbiotes - producteurs d'acides aminés essentiels et de micro-organismes cellulolytiques à activité accrue (Ernst et al. 1989) est particulièrement intéressante.

Les méthodes biotechnologiques sont également utilisées pour étudier les macroorganismes et les agents pathogènes. Des différences nettes entre les séquences nucléotidiques de l'ADN des corynébactéries typiques et de l'ADN des micro-organismes corynémorphes ont été révélées.

En utilisant les méthodes de biologie physicochimique, une fraction potentiellement immunogène de mycobactéries a été obtenue et ses propriétés protectrices ont été étudiées expérimentalement.

La structure du génome du parvovirus porcin est étudiée. Il est prévu de développer des médicaments pour le diagnostic et la prévention des maladies massives chez les porcs causées par ce virus. Des travaux sont en cours pour étudier les adénovirus des bovins et de la volaille. Il est prévu de créer des vaccins antiviraux efficaces grâce au génie génétique.

Toutes les techniques traditionnelles associées à l'augmentation de la productivité animale (sélection et élevage, rationalisation de l'alimentation, etc.) visent directement ou indirectement à activer les processus de synthèse protéique. Ces impacts se réalisent au niveau de l’organisme ou de la population. On sait que le coefficient de transformation des protéines issues de l'alimentation animale est relativement faible. Par conséquent, accroître l’efficacité de la synthèse des protéines dans l’élevage est une tâche économique nationale importante.

Il est important d'élargir les recherches sur la synthèse intracellulaire des protéines chez les animaux de ferme et, surtout, d'étudier ces processus dans les tissus musculaires et la glande mammaire. C'est ici que se concentrent les processus de synthèse des protéines, qui représentent plus de 90 % de toutes les protéines des produits d'élevage. Il a été établi que le taux de synthèse des protéines dans les cultures cellulaires est presque 10 fois plus élevé que dans le corps des animaux de ferme. Par conséquent, l'optimisation des processus d'assimilation et de dissimilation des protéines chez les animaux, basée sur l'étude des mécanismes fins de synthèse intracellulaire, peut trouver une large application dans la pratique de l'élevage (Ernst, 1989, 2004).

De nombreux tests de biologie moléculaire peuvent être transférés aux travaux de sélection pour une évaluation génétique et phénotypique plus précise des animaux. D'autres applications appliquées de l'ensemble du complexe de la biotechnologie dans la pratique de la production agricole sont également prévues.

L'utilisation de méthodes modernes d'immunochimie analytique préparative en science vétérinaire a permis d'obtenir des immunoglobulines immunochimiquement pures de différentes classes chez les moutons et les porcs. Des antisérums monospécifiques ont été préparés pour une détermination quantitative précise des immunoglobulines dans divers fluides biologiques d'animaux.

Il est possible de produire des vaccins non pas à partir de l'agent pathogène dans son ensemble, mais à partir de sa partie immunogène (vaccins sous-unitaires). Aux États-Unis, un vaccin sous-unitaire a été créé contre la fièvre aphteuse des bovins, la colibacillose des veaux et des porcelets, etc.

L'un des domaines de la biotechnologie pourrait être l'utilisation d'animaux de ferme, modifiés par des manipulations génétiques, comme objets vivants pour la production de préparations biologiques de valeur.

Une tâche très prometteuse consiste à introduire dans le génome animal des gènes responsables de la synthèse de certaines substances (hormones, enzymes, anticorps, etc.) afin d'en saturer les produits animaux par biosynthèse. Les bovins laitiers sont les plus adaptés à cela, car ils sont capables de synthétiser et d'excréter une énorme quantité de produits synthétisés du corps avec le lait.

Le zygote est un objet favorable à l'introduction de tout gène cloné dans la structure génétique des mammifères. La microinjection directe de fragments d'ADN dans le pronoyau mâle de souris a montré que des gènes clonés spécifiques fonctionnent normalement, produisant des protéines spécifiques et modifiant le phénotype. L’injection d’hormone de croissance de rat dans un œuf de souris fécondé a entraîné une croissance plus rapide de la souris.

Les éleveurs utilisant des méthodes traditionnelles (évaluation, sélection, sélection) ont connu un succès remarquable en créant des centaines de races au sein de nombreuses espèces animales. La production laitière moyenne dans certains pays a atteint 10 500 kg. Des croisements de poules à forte production d'œufs, de chevaux à grande agilité, etc. ont été obtenus. Ces méthodes ont permis dans de nombreux cas de s'approcher d'un plateau biologique. Cependant, le problème de l'augmentation de la résistance des animaux aux maladies, de l'efficacité de la conversion alimentaire, de la composition protéique optimale du lait, etc. est loin d'être résolu. L’utilisation de la technologie transgénique peut augmenter considérablement les possibilités d’amélioration des animaux.

Actuellement, de plus en plus d’aliments et de suppléments nutritionnels génétiquement modifiés sont produits. Mais des discussions sont encore en cours quant à leur impact sur la santé humaine. Certains scientifiques pensent que l’action d’un gène étranger dans un nouvel environnement génotypique est imprévisible. Les aliments génétiquement modifiés ne font pas toujours l’objet de recherches approfondies.

Des variétés de maïs et de coton ont été obtenues avec le gène Baccillust huringensis (Bt), qui code pour une protéine qui est une toxine pour les insectes nuisibles à ces cultures. On a obtenu du colza transgénique dans lequel la composition de l'huile a été modifiée, contenant jusqu'à 45 % d'acide gras laurique à 12 chaînons. Il est utilisé dans la production de shampoings, de cosmétiques et de lessives.

Des plants de riz ont été créés dans l'endosperme dont la teneur en provitamine A est augmentée. Des plants de tabac transgéniques ont été testés, dans lesquels le niveau de nicotine est des dizaines de fois inférieur. En 2004, 81 millions d'hectares étaient occupés par des cultures transgéniques, alors qu'en 1996 elles étaient semées sur une superficie de 1,7 million d'hectares.

Des succès notables ont été obtenus dans l'utilisation de plantes pour la production de protéines humaines : pommes de terre - lactoferrine, riz - ?1-l'antitryapsine, et ? -interféron, tabac - érythropoïétine. En 1989, A. Hiaggg et ses co-auteurs ont créé du tabac transgénique produisant des anticorps monoclonaux Ig G1. Des travaux sont en cours pour créer des plantes transgéniques pouvant être utilisées comme « vaccins comestibles » pour la production de protéines antigéniques protectrices d’agents infectieux.

Ainsi, à l'avenir, il sera possible de transférer dans le génome des animaux de ferme des gènes qui augmentent le coût de l'alimentation, son utilisation et sa digestion, le taux de croissance, la production laitière, la tonte de la laine, la résistance aux maladies, la viabilité embryonnaire, la fertilité, etc.

L’utilisation de la biotechnologie dans l’embryogénétique des animaux de ferme est prometteuse. Les méthodes de transplantation d'embryons précoces sont de plus en plus utilisées dans le pays et les méthodes de stimulation des fonctions reproductrices de l'utérus sont améliorées.

Selon B. Glick et J. Pasternak (2002), la biotechnologie moléculaire du futur permettra aux individus de réussir dans diverses directions :

Diagnostiquer, prévenir et traiter avec précision de nombreuses maladies infectieuses et génétiques.

Augmenter la productivité agricole en créant des variétés végétales résistantes aux ravageurs, aux infections fongiques et virales et aux effets néfastes des facteurs environnementaux.

Créez des micro-organismes qui produisent divers composés chimiques, antibiotiques, polymères et enzymes.

Développer des races d’animaux hautement productives, résistantes aux maladies à prédisposition héréditaire et à faible charge génétique.

Recycler les déchets qui polluent l'environnement.

Les organismes génétiquement modifiés auront-ils des effets nocifs sur les humains, les autres organismes vivants et l’environnement ?

La création et l’utilisation généralisée d’organismes modifiés entraîneront-elles une diminution de la diversité génétique ?

Avons-nous le droit de modifier la nature génétique humaine en utilisant des méthodes de génie génétique ?

Les animaux génétiquement modifiés devraient-ils être brevetés ?

L’utilisation de la biotechnologie moléculaire nuira-t-elle à l’agriculture traditionnelle ?

Le désir de profit maximum conduira-t-il au fait que seules les personnes riches bénéficieront des avantages de la technologie moléculaire ?

Les droits humains à la vie privée seront-ils violés lorsque de nouvelles méthodes de diagnostic seront utilisées ?

Ces problèmes, ainsi que d'autres, surviennent avec l'utilisation généralisée des résultats de la biotechnologie. Cependant, l’optimisme parmi les scientifiques et le public ne cesse de croître, c’est pourquoi le rapport de 1987 de l’Office of Emerging Technology Assessment des États-Unis déclarait : « La biotechnologie moléculaire a marqué une autre révolution scientifique qui pourrait changer la vie et l’avenir… des gens aussi radicalement que l’industrie. La révolution informatique s'est produite il y a deux siècles et la révolution informatique d'aujourd'hui. La capacité de manipuler délibérément le matériel génétique promet de grands changements dans nos vies.

Conclusion

La biotechnologie est née à l'intersection de la microbiologie, de la biochimie et de la biophysique, de la génétique et de la cytologie, de la chimie bioorganique et de la biologie moléculaire, de l'immunologie et de la génétique moléculaire. Les méthodes de biotechnologie peuvent être appliquées aux niveaux suivants : moléculaire (manipulation de parties individuelles d'un gène), génique, chromosomique, plasmidique, cellulaire, tissulaire, organisme et population.

La biotechnologie est la science qui consiste à utiliser des organismes vivants, des processus et des systèmes biologiques dans la production, y compris la transformation de divers types de matières premières en produits.

Il existe actuellement plus de 3 000 entreprises de biotechnologie dans le monde. En 2004, la production mondiale de produits biotechnologiques valait plus de 40 milliards de dollars.

Le développement de la biotechnologie est associé à l'amélioration des techniques de recherche scientifique. Des instruments modernes complexes ont permis d'établir la structure des acides nucléiques, de révéler leur importance dans les phénomènes d'hérédité, de déchiffrer le code génétique et d'identifier les étapes de la biosynthèse des protéines. Sans prendre en compte ces réalisations, une activité humaine à part entière dans de nombreux domaines de la science et de la production est actuellement impensable : en biologie, en médecine et en agriculture.

La découverte de liens entre la structure des gènes et celle des protéines a conduit à la création de la génétique moléculaire. L'immunogénétique, qui étudie les bases génétiques des réactions immunitaires de l'organisme, se développe rapidement. La base génétique de nombreuses maladies humaines ou leur prédisposition a été identifiée. Ces informations aident les spécialistes dans le domaine de la génétique médicale à établir la cause exacte de la maladie et à élaborer des mesures préventives et thérapeutiques pour les personnes.

Références

1)Les AA Jouchenko, Yu.L. Gujov, V.A. Poukhalsky, "Génétique", Moscou, "KolosS" 2003

2)V. L. Petoukhov, O.S. Korotkevitch, S.Zh. Stambekov, "Génétique" Novossibirsk, 2007.

)A.V. Bakaï, I.I. Kocsis, G.G. Skripnichenko, "Génétique", Moscou "KoloS", 2006.

)E.P. Karmanova, A.E. Bolgov, "Atelier sur la génétique", Petrozavodsk 2004

5)VIRGINIE. Pukhalsky "Introduction à la génétique", Moscou "KolosS" 2007

)E.K. Merkuryeva, Z.V. Abramova, A.V. Bakaï, I.I. Kocsis, "Génétique" 1991

7)B.V. Zakharov, S.G. Mamontov, N.I. Sonin, "Biologie générale" 10e-11e années, Moscou 2004.

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