Cour Introduction aux biotechnologies
41
1 UNIVERSITE FERHAT ABBAS –SETIF 1 FACULTE DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA VIE DEPARTEMENT DES ETUDES DE BASE Cour Introduction aux biotechnologies A l’usage des étudiants de L2 Biotechnologie Elaboré par : Dr AMOR Loubna
Transcript of Cour Introduction aux biotechnologies
1
UNIVERSITE FERHAT ABBAS –SETIF 1
FACULTE DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA VIE
DEPARTEMENT DES ETUDES DE BASE
Cour
Introduction aux biotechnologies
A l’usage des étudiants de L2
Biotechnologie
Elaboré par :
Dr AMOR Loubna
2
Ӏ. Introduction
Ӏ.1. Définitions
Ӏ.1.1. Qu’est ce que la Biotechnologie
La biotechnologie est une science multidisciplinaire qui associe les potentialités d‘une
entité vivante ou une partie de cette entité à différentes techniques et procédés dans un
but économique. Actuellement la biotechnologie est considérée parmi les technologies
les plus émergentes, en raison des grands progrès de la biologie moléculaire ces
dernières années.
I.1.2. Origine étymologique du mot Biotechnologie
Le mot biotechnologie est formé de deux termes :
Bio dont l‘origine grec est Bios ce qui signifie la vie. Ce terme à évolué au mot
Biologie au début du XIXème .
Technologie venant du grec Technologia. Ce mot est apparu dans les textes
français en 1656 pour désigner « l‘étude des techniques, des outils, des machines
et des matériaux »
Selon Robert Bud, le terme «biotechnologie» a été utilisé par le hongrois Károly Ereky
en 1919 pour décrire une technologie basée sur la conversion des matières premières
organiques en un produit plus utile dans un livre intitulé «La biotechnologie de la
viande, la graisse et la production de lait dans une agriculture à grande échelle». Depuis
son apparition, la notion de la biotechnologie a été définie de diverses manières.
Ӏ.1.3. Quelques Définitions de la Biotechnologie
Donner une définition de la biotechnologie s‘avère difficile car le domaine englobe
différentes activités scientifiques et de production. En outre, la biotechnologie couvre
une vaste gamme de concepts biologiques et technologiques. Cependant, l‘absence
d‘une définition générale n‘a pas freiné la progression du développement
biotechnologique.
Ceci est une liste des définitions de la biotechnologie utilisées par les organisations de
divers pays. La plupart de ces définitions englobent les biotechnologies anciennes et
nouvelles.
3
A. Définition des Nations Unies
Selon l‘article 2 de la Convention des Nations Unies sur la diversité biologique
de Rio 1992, la biotechnologie est définie comme : «toute application
technologique utilisant des systèmes biologiques, organismes vivants, ou leurs
dérivés, pour fabriquer ou modifier des produits ou des procédés spécifiques ».
Selon l‘article 3 du Protocole de Cartagena, signé à Montréal en Janvier 2000
sur la prévention des risques biotechnologique, la définition tient compte de
deux aspects distincts :
a- La biotechnologie comme «l‘application des acides nucléiques et des
techniques in vitro, y compris l‘acide désoxyribonucléique recombinant
(ADN) et l‘injection directe d'acides nucléiques dans les cellules ou les
organelles,
b- la fusion de cellules de familles taxonomiques différentes, pour surmonter
les barrières physiologiques de reproduction ou recombinantes. Ces fusions
sont différentes des techniques utilisées dans sélection et élevage
traditionnels.
B. Définition de la FAO (Organisation des Nations-Unies pour l’Alimentation
et l’Agriculture)
Cette organisation donne deux définitions complémentaires de la biotechnologie :
« L‘utilisation de procédés biologiques ou d‘organismes vivants pour la production de
matières et de services bénéfiques à l‘humanité. La biotechnologie implique l‘utilisation
de techniques qui augmentent la valeur économique des végétaux et des animaux et
développent des microorganismes afin d‘agir dans l‘environnement ».
« La biotechnologie implique la manipulation, sur des bases scientifiques, d‘organismes
vivants, particulièrement à l‘échelle génétique, afin de produire des nouveaux produits
tels que les hormones, les vaccins, les anticorps monoclonaux, etc. ».
Ӏ.2. Les origines des biotechnologies
Ӏ.2.1. La fermentation
C‘est un phénomène naturel, se produisant lors de la décomposition de la matière
organique par les microorganismes, substrats glucidiques notamment, sans utilisation
4
d'oxygène. Au cours de cette dégradation il y a production d‘acide, d‘alcool ou de gaz.
Ce sont des molécules d‘intérêts, qui présentent un bénéfice pour l‘homme.
LES CHAMPS D’APPLICATION DES PRODUITS DE LA FERMENTATION
Dans les industries alimentaires.
Dans les applications médicales et pharmaceutiques.
Dans les industries du plastique
Dans les industries minières.
Ӏ.2.2. La génétique
La génétique a considérablement évolué, c‘est une branche qui regroupe plusieurs
disciplines liées à l‘ADN et qui concourent à la compréhension de l‘expression des
caractères héréditaires et à leurs régulations. La connaissance de la nature chimique de
l‘ADN puis son organisation spatiale élucidée par Watson et Crick en 1953 ont ouvert
de nouvelles perspectives d‘études très fines sur l‘ADN qui s‘inscrivent dans le
domaine de la biologie moléculaire.
Ӏ.2.3. Culture cellulaire
La culture cellulaire est un procédé qui permet aux cellules de se reproduire en dehors
de leur milieu de vie naturel ou de l'organisme dont elles proviennent. Les scientifiques
ont mis au point le procédé de culture cellulaire pour cultiver des microorganismes en
dehors de leur milieu d'origine. Plusieurs types de cellules peuvent être cultivés : des
micro-organismes unicellulaires (bactéries, levures, etc.) et des cellules provenant
d'organismes pluricellulaires (végétaux et animaux). En les cultivant en laboratoire, on
peut contrôler leur croissance et obtenir de grandes quantités de microorganismes ou de
substances utiles.
Il existe plusieurs applications à la culture cellulaire, entre autres :
permettre aux chercheurs de mieux comprendre le fonctionnement des cellules;
permettre de tester des médicaments, des produits de beauté ou encore de
vérifier latoxicité de certains produits chimiques et ainsi éviter des tests sur les
animaux;
permettre la production de certains vaccin dont les virus se développent à
l'intérieur des cellules;
5
permettre de produire des tissus tels que de la nouvelle peau pour les grands
brûlés.
Ӏ.2.4. L’ADN recombinant
L‘intérêt de l‘ADN recombinant à commencé dès 1970. Il est lié à la découverte
d‘enzymes de restriction qui coupent de manière spécifique (à des sites spécifiques)
l‘ADN de n‘importe quelle espèce. Des lors, l‘idée de couper une molécule d‘ADN puis
insérer un fragment issu d‘une autre molécule était envisageable. Ainsi des fragments
d‘ADN d‘intérêt pouvaient être coupés d‘un organisme donneur par les enzymes de
restrictions puis inséré directement dans l‘ADN d‘un organisme hôte afin de faire
exprimer de nouveaux caractères inexistants chez l‘hôte par l‘intermédiaire de vecteurs
représentés le plus souvent par des plasmides bactériens. Dans ce dernier cas, les
vecteurs ADN recombinant se multiplient au rythme des divisions bactériennes et on
obtient des milliers du vecteur recombinant porteur du fragment d‘ADN inséré. On dit
alors que le vecteur recombinant est cloné.
Quelques protéines recombinantes synthétisées dans les cellules de levure Saccharomycetes cerevisiae :
Protéine de surface du virus de l‘hépatite B.
Protéine du parasite de la malaria.
Facteur de croissance des plaquettes.
Ӏ.2.5. Transgénèse et géni génétique
C‘est le transfert artificiel par un vecteur d‘un organisme à un autre (l‘hôte) d‘une autre
espèce, avec la possibilité de réplication et d‘expression. Il ya donc manipulation directe
comparable à de la chirurgie sur l‘ADN des micro-organismes, végétal ou animal. Le
génie génétique désigne toutes les techniques et procédés qui se rapporte aux travaux de
recombinaison de l‘ADN dans le domaine médical, de la recherche pharmaceutique,
l‘agriculture, l‘agroalimentaire et l‘environnement. Il est devenu envisageable de
réaliser des microorganismes, des plantes ou animaux transgéniques en introduisant
chez ces êtres vivants une séquence d‘ADN étranger appelée transgène dans une cellule
somatique ou gamète qui après fécondation, produirait un organisme transgénique
pouvant synthétiser, par exemple, des protéines non synthétisée chez l‘organisme
normale de la même espèce.
6
Ӏ.2.6. Le génie Enzymatique
Les enzymes sont des catalyseurs des réactions métaboliques spécifiques des
organismes vivants. Elles possèdent deux propriétés importantes que sont : leur
spécificité et leur régulation. De manière générale les enzymes sont peu stables et
solubles en phase aqueuse. Leurs utilisation, en dehors de l‘organisme vivant, à des fins
industrielles comme c‘est le cas en biotechnologie, est très difficile en raison de leur
instabilité et la perte de l‘activité catalytique d‘où l‘intérêt de leur immobilisation.
L‘immobilisation des enzymes est indispensable soit :
- Pour la réalisation de bioréacteurs utilisables à l‘échelle industrielle.
- Pour la réalisation de biocapteurs dans les appareils de mesure et de détection.
Ӏ.2.7. La biorémédiation
C‘est une technique de gestion des déchets par l'utilisation d'organismes pour supprimer
ou neutraliser les polluants ou contaminants à partir d'un site contaminé. La
manipulation génétique a permis d‘obtenir des microorganismes et des enzymes
spécifiques de dégradation et de métabolisation des produits résiduaires toxiques.
L‘utilisation de microorganismes ou d‘enzymes constitue une technique moins
polluante et des déchets plus biodégradables.
Quelques exemples de techniques de biorémédiation :
-Obtention de méthane et de gaz à partir de déchets solides urbains.
-Digestion de déchets végétaux via bactéries, épurateurs biologiques.
-Dégradation des hydrocarbures par les microorganismes.
Ӏ.3. Définition des biotechnologies vertes, blanches, et rouges.etc.
Le concept central de cette section est que la biotechnologie est de nos jours un domaine
très large de la recherche scientifique et le terme «biotechnologie» englobe de
nombreux processus et applications. Beaucoup de ces utilisations ne viennent pas
immédiatement à l'esprit lorsque le terme «biotechnologie» est mentionné. Cette section
couvre le spectre des principales applications de la biotechnologie en utilisant le code
7
des coleurs biotechnologie verte liée à l'agriculture, rouge liée à la médecine, blanc à
l'industrie, etc. (voir Fig. 1)
Figure 01 : Principales applications de la biotechnologie utilisant le code des couleurs
Ӏ.3.1.La biotechnologie rouge rassemble toutes les utilisations de la biotechnologie
liées à la médecine. La biotechnologie rouge comprend la production de vaccins et
d'antibiotiques, le développement de nouveaux médicaments, les techniques de
diagnostic moléculaire, les thérapies de régénération et le développement du génie
génétique pour guérir les maladies par la manipulation génétique. Certains exemples
pertinents de biotechnologie rouge sont la thérapie cellulaire et la médecine
régénérative, la thérapie génique et les médicaments à base de molécules biologiques
telles que les anticorps thérapeutiques
Ӏ.3.2. Biotechnologie blanche / Industrie
La biotechnologie blanche comprend toutes les utilisations de la biotechnologie liées
aux procédés industriels - c'est pourquoi elle s'appelle aussi « biotechnologie
industrielle ». la biotechnologie blanche accorde une attention particulière à la
conception de processus et de produits à faible consommation de ressources, ce qui les
rend plus éconergétiques et moins polluants que ceux traditionnels. On trouve de
8
nembreux exemples de biotechnologie blanche, comme l'utilisation de microorganismes
dans la production de produits chimiques, la conception et la production de nouveaux
matériaux à usage quotidien (matières plastiques, textiles ...) et le développement de
nouvelles sources d'énergie durables comme les biocarburants.
Ӏ.3.3. Biotechnologie grise / Environnement
La biotechnologie grise comprend toutes les applications de la biotechnologie
directement liées à l'environnement. Ces applications peuvent être divisées en deux
branches principales : l'entretien de la biodiversité et l'élimination des contaminants. En
ce qui concerne le premier, il convient de mentionner l'application de la biologie
moléculaire à l'analyse génétique des populations et des espèces qui font partie des
écosystèmes, de leur comparaison et de leur classification, ainsi que des techniques de
clonage visant à préserver les technologies de stockage des espèces et du génome. En ce
qui concerne l'élimination des polluants ou la bioremédiation, la biotechnologie grise
utilise des microorganismes et des plantes pour isoler et éliminer différentes substances
telles que les métaux lourds et les hydrocarbures, avec la possibilité supplémentaire
d'utiliser ultérieurement ces substances ou sous-produits de cette activité
Ӏ.3.4. Biotechnologie verte / Agriculture
La biotechnologie verte est axée sur l'agriculture en tant que domaine de travail. Les
approches biotechnologiques vertes et les applications comprennent la création de
nouvelles variétés végétales d'intérêt agricole, la production de bio fertilisants et de bio
pesticides, en utilisant des cultures in vitro et des plantes de clonage. La première
approche est celle qui doit être développée et susciter le plus d'intérêt et la controverse
sociale. La production de variétés végétales modifiées est basée presque exclusivement
sur la transgénèse, ou l'introduction de gènes d'intérêt d'une autre variété ou d'un
organisme dans la plante. Trois objectifs principaux sont recherchés en utilisant cette
technologie. Tout d'abord, on s'attend à ce que les variétés soient résistantes aux
ravageurs et aux maladies, par exemple, des variétés de maïs actuellement utilisées et
commercialisées résistant aux ravageurs comme la pyrale de la tige de maïs.
Deuxièmement, l'utilisation de plantes transgéniques vise à développer des variétés
ayant des propriétés nutritionnelles améliorées (par exemple, une teneur plus élevée en
vitamines). Enfin, la transgénèse dans les plantes est également étudiée comme moyen
de développer des variétés végétales pouvant servir de bio-usines et produire des
9
substances d'intérêt médical, biomédical ou industriel en quantités faciles à isoler et à
purifier.
Ӏ.3.5. Biotechnologie bleue / Mer
La biotechnologie bleue repose sur l'exploitation des ressources maritimes pour créer
des produits et des applications d'intérêt industriel. Compte tenu du fait que la mer
présente la plus grande biodiversité, il existe potentiellement une vaste gamme de
secteurs pour bénéficier de l'utilisation de ce type de biotechnologie. De nombreux
produits et applications de la biotechnologie bleue sont encore objet d'étude et de
recherche, bien que certains d'entre eux soient réellement utilisés quotidiennement. Sans
doute, l‘utilisation des matières premières de la mer représente la biotechnologie bleue
la plus répandue dans de nombreux secteurs différents. Ces matériaux, principalement
des hydro colloïdes et des gélifiants, sont déjà largement utilisés dans l'alimentation, la
santé, le traitement, etc. La médecine et la recherche sont d'autres grands bénéficiaires
du développement de la biotechnologie bleue. Certaines molécules marqueurs provenant
d'organismes marins sont maintenant couramment utilisées dans la recherche. Des
molécules enzymatiquement actives utiles dans le diagnostic et la recherche ont
également été isolées des organismes marins. Certains biomatériaux et agents
pharmacologiques ou régénératifs sont produits ou étudiés pour leur utilisation dans ces
secteurs. Enfin, des secteurs tels que l'agriculture et les cosmétiques analysent le
potentiel de la biotechnologie bleue pour sondéveloppement futur
Ӏ.4. Les produits types de biotechnologies exemples
Ӏ.4.1. Secteur de L'agronomie
De nombreux travaux de transgénèse concernent l'introduction de gènes de résistance
aux herbicides ou aux insectes, et dans une moindre mesure, à certains virus et
maladies. Associées à un usage raisonné d'herbicides et de pesticides, ces plantes
transgéniques vont améliorer l'efficacité de l'agriculture, tout en respectant encore
mieux l'environnement.
A. La résistance à des insectes
La bactérie Bacillus thuringiensis constitue un véritable réservoir de gènes de résistance
aux insectes. En effet, les différentes souches de cette bactérie du sol recèlent plusieurs
10
protéines insecticides ayant différents modes d'action, et affectant uniquement certains
insectes. Chacune de ces protéines est codée par un seul gène, c'est donc un
caractèrefacilement transférable par génie génétique. Plusieurs équipes ont obtenu des
tabacs, des pommes de terre, des cotons, des tomates, des maïs résistants à des insectes
grâce à cette source de gènes. Dans le cas du maïs, la résistance à la pyrale est conférée
par le gène Cry A, appelé communément Bt. Ce gène permet dans les cellules du maïs,
la production d'une protéine qui se transforme en toxine dans le tube digestif de la
pyrale. Chez les autres animaux et chez l'homme, cette protéine est simplement digérée
sans aucun effet toxique.
B. La résistance à des maladies
Les virus, les champignons et les bactéries sont responsables de pertes importantes en
production végétale. Or, il n'existe aucune méthode de traitement des maladies dues à
des virus chez les plantes cultivées. Par transgénèse, il est possible d'obtenir des plantes
résistantes aux virus. Ces plantes transgéniques synthétisent des protéines qui bloquent
la multiplication et le développement des virus. Ainsi, il a été possible d'obtenir des
courgettes et des melons résistant au virus de la mosaïque du concombre. L'obtention de
plantes résistant aux champignons et aux bactéries est en cours de développement.
C. La résistance à des herbicides
Le glufosinate (Basta ou Liberty) et le glyphosate (Roundup) sont des herbicides totaux
qui détruisent aussi bien les mauvaises herbes que les plantes cultivées. Les gènes de
résistance à l'herbicide introduits dans une plante empêchent la matière active d'agir sur
celle-ci, transformant l'herbicide total en herbicide sélectif sur cette plante. Ainsi
l'herbicide détruit toutes les mauvaises herbes présentes tout en respectant totalement la
plante cultivée. De plus, ces désherbants totaux ont la propriété de ne pas être
rémanents. De nombreuses plantes transgéniques ont été développées pour obtenir une
tolérance à ces herbicides. Il s'agit de variétés de betterave, colza, coton, maïs, pomme
de terre et de soja.
D. La maturation des fruits
Ce sont les résultats les plus avancés concernant la qualité alimentaire. Sur le melon, sur
la tomate, on a pu obtenir des variétés transgéniques à maturation retardée. Ces fruits
peuvent être récoltés à un stade de maturation plus avancé, donc être plus savoureux.
11
D'autre part, il en résulte une meilleure conservation et une aptitude au transport
améliorée, réduisant les pertes. Le melon est le premier fruit génétiquement modifié
obtenu par un laboratoire de recherche français. Un gène capable de bloquer la synthèse
de l'éthylène a été introduit, ce qui ralentit la maturation. Le détachement du fruit est
retardé et le melon maintenu sur pied continue d'accumuler des sucres.
Ӏ.4.2. Secteur de L'industrie
Les biotechnologies ouvrent de nombreuses perspectives dans les domaines de
l'industrie, en produisant des molécules nouvelles (Molecular Farming) et en améliorant
les procédés industriels et la qualité des produits.
A. Les pâtes à papier
Les lignines sont l'un des constituants majeurs du bois, mais elles gênent l'industrie
papetière qui ne peut les valoriser et doit les éliminer par des méthodes coûteuses et
polluantes. Des travaux conduits par la recherche publique française ont permis de
connaître les gènes impliqués dans la synthèse des lignines et de développer des
variétésde peupliers transgéniques, chez lesquels le taux de lignine est fortement réduit.
Ceci facilite le blanchissement de la pâte à papier et donc réduit l'impact sur
l'environnement. Le même type de travail a été réalisé sur l'eucalyptus.
B. Les huiles industrielles
Elles sont synthétisées à partir de matières premières fossiles, dont les ressources sont
limitées. Il est donc nécessaire de s'orienter vers d'autres ressources renouvelables.
Parmi les nombreux programmes de recherche, on peut citer celui destiné à l'obtention
d'un colza transgénique à haute teneur en acide grasérucique ou ricinoléique pour la
production de lubrifiants, de matières plastiques, etc. Cette stratégie devrait favoriser le
développement de lubrifiants et de plastiques biodégradables.
C. Les colorants
Un exemple original est l'obtention de cotons transgéniques de couleur grâce à
l'introduction d'un gène bactérien ou végétal codant pour un pigment. Ceci évitera
l'utilisation de teintures chimiques difficilement recyclables.
12
Ӏ.4.3. Secteur de La santé
Génétiquement modifiées, des plantes de tabac, de maïs, ou de pomme de terre peuvent
produire des molécules thérapeutiques ou des vaccins. Le grand avantage de la
production de ces molécules est l'absence de risques de contamination par des virus
pathogènes pour l'homme.
A. Les produits sanguins
Des recherches menées en France ont déjà permis de faire produire des
protéinesplasmatiques à des plants de tabac transgéniques, permettant l'obtention
d'hémoglobine humaine recombinée. Des travaux montrent qu'il est possible de
synthétiser de l'albumine humaine, employée lors du traitement des traumatismes, à
partir de tabac ou de pomme de terre. Cette albumine devrait être moins chère que celle
issue du plasma sanguin. Cette nouvelle source permettrait de répondre à l'augmentation
des besoins.
B. Les vaccins
Des chercheurs américains travaillent à la mise au point d'une banane vaccin pour
l'homme, prévenant les cas de gastro-entérites provoquées par la bactérie E. coli. Il
serait alors envisageable de vacciner à faible coût les populations de pays en voie de
développement, les plus touchées par ces diarrhées d'origine bactérienne.
C. Les protéines humaines
Des travaux sont actuellement en cours pour faire produire des protéines ou des
glycoprotéines à usage thérapeutique à partir de soja, de tabac, de pomme de terre, de
riz ou de colza.
Ӏ.5. Domaines industriels concernés
Pour le développement durable, les procédés enzymatiques constituent les applications
industrielles « propres » les plus intéressantes et les plus utilisées :
Industrie textile, amidon et fécule, bière, pâtisserie et panification, vins et jus
de fruit, dégradation de l‘amidon en sucres pour la fabrication d‘alcool comme
solvant.
13
Industrie alimentaire des additifs pour l‘amélioration des qualités nutritives
des aliments, industrie laitière pour la conversion du lactose en sucre
assimilable, arômes de fromages, arômes alimentaires biosynthétiques, colorants
alimentaires de synthèse),
Alimentation animale (hydrolyse des protéines pour la production de farines à
haut rendement),
Industrie des cosmétiques (production de bases de crèmes et de collagènes),
industrie papetière (dissolution des pâtes, blanchiment, contrôle de viscosité des
amidons), procédés de tannage (élimination des poils et graisses), traitement des
graisses (hydrolyse des graisses et lécithines, estérification, production d‘agents
de solubilité, bio-détergents, savons et procédés de saponification), chimie fine
(produits pharmaceutiques).
Les procédés de fermentation traditionnelle : fermentation alcoolique, acides
organiques (acide citrique, acide acétique, ...),
Production d’antibiotiques, production de dérivés chimiques, biopolymères,
etc. à l‘aide de cultures de micro-organismes.
L’utilisation des enzymes et biocatalyseurs : procédés alimentaires, substances
chimiques, chimiothérapie, biosenseurs, équipements médicaux de diagnostic.
L’industrie des combustibles et produits organiques alternatifs au pétrole :
photolyse de l‘hydrogène, digesteurs de biomasse pour la production de
méthane, alcools (à partir de sucres végétaux).
La biologie moléculaire et le génie génétique de l’ADN recombinant (ADN
donneur, ADN vecteur ou ADN hôte) : utilisation pour la synthèse de produits
organiques (produits chimiques ; bio-protéines : hormones de synthèse,
anticorps, facteurs sanguins).
Les technologies des interférons et anticorps monoclonaux : développement
de thérapeutiques, équipements de diagnostic.
Les cultures de cellules végétales et protéines unicellulaires : production de
biomasse, produits chimiques (stéroïdes, alcaloïdes, etc.)
La bioremédiation pour le traitement et l’utilisation des déchets : traitement
des eaux usées, dépollution ou détoxication des sols (métabolisation des
polluants par des micro-organismes), herbicides, traitement et reconversion des
sous-produits de l‘industrie agro-alimentaire (déchets de cellulose, du petit-lait
14
de la fabrication de fromages et beurres, graisses animales, équarrissage et
farines animales, etc.).
Les procédés biologiques de fixation de l’azote : réduction de l‘usage des
engrais azotés pour les productions agricoles, production d‘ammoniac à partir
d‘azote gazeux atmosphérique.
Les autres procédés industriels associés : système de recyclage des eaux usées
; collecte, prétraitement et filtration des captages d‘eau potable, extraction et
purification des produits miniers, développement de réacteurs sans
combustiblefossile et sans chimie polluante, isolation/concentration et
récupération ou filtration des catalyseurs et organismes utilisés dans la
fabrication de sous-produits.
NB ; Pour mieux suivre le cours, veuillez consulter les liens suivants :
https://www.youtube.com/watch?v=siz45-0FUUw introduction aux Biotechnologies
https://www.youtube.com/watch?v=liuxTqIOsdQ Biotechnologie c‘est quoi
https://www.youtube.com/watch?v=4l-6BVPFMMk Biotechnologie et Micro-
organismes.
ΙΙ. Biotechnologies appliquees aux problematiques environnementales
ΙΙ.1-Changement climatique et évolution des écosystèmes
ΙΙ.1.1.Définition
Un changement climatique, ou dérèglement climatique, correspond à une modification
durable (de la décennie au million d'années) des paramètres statistiques (paramètres
moyens, variabilité) du climat global de la Terre ou de ses divers climats régionaux.
Désigne l'ensemble des variations des caractéristiques climatiques en un endroit donné,
au cours du temps : réchauffement ou refroidissement. Certaines formes de pollution de
l‘air, résultant d‘activités humaines, menacent de modifier sensiblement le climat, dans
le sens d‘un réchauffement global. Ce phénomène peut entraîner des dommages
importants : élévation du niveau des mers, accentuation des événements climatiques
extrêmes (sécheresses, inondations, cyclones, ...), déstabilisation des forêts, menaces sur
les ressources d‘eau douce, difficultés agricoles, désertification, réduction de la
biodiversité, extension des maladies tropicales, etc.
15
Selon le GIEC (1995), Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du
climat (GIEC) — en anglais IPCC pour Intergovernmental Panel on Climate
Change —
Ce changement climatique s'accompagnerait :
d'une perturbation du cycle de l'eau,
d‘une augmentation de la fréquence et de l'intensité des catastrophes naturelles
d'origine climatique (sécheresses, inondations, tempêtes, cyclones),
d‘une menace de disparition de certains espaces côtiers, en particulier les deltas,
les mangroves, les récifs coralliens, les plages d'Aquitaine, etc.
d‘une diminution de 17,5 % de la superficie émergée du Bangladesh, de 1 % de
celle de l'Egypte,
favoriserait la recrudescence du paludisme, et l'extension de maladies
infectieuses comme la salmonellose ou le choléra,
accélérerait la baisse de la biodiversité : disparition d'espèces animales ou
végétales,
ΙΙ.1.2. Définition écosystème
En écologie, un Ecosystème désigne ‗ensemble formé par une association ou
communauté d‘êtres vivants (ou biocénose) et son environnement géologique,
pédologique et atmosphérique (le biotope).
Les éléments constituant un écosystème développent un réseau d‘interdépendances
permettant le maintien et le développement de la vie. Exp. Une Forêt, un marécage sont
des écosystèmes.
L‘écosystème constitue un système naturel et tend à évoluer vers son état le plus stable,
dit climax ; on parle de régression écologique lorsque le système évolue d‘un état vers
un état moins stable.
Un écosystème est composé de :
tous les organismes vivants d‘une biocénose (phytocénose, zoocénose,
microbiocénose et mycocénose).
16
Tous les facteurs de l‘environnement (facteurs climatiques, édaphiques et
hydriques).
Des relations (interrelations) qui existent entre la biocénose et son milieu et
réciproquement entre le milieu et la biocénose.
II.2. Gestion des ressources microbiologiques, vegetales et animales
II.2.1.Ressources biologiques
Definition:
Comprend les ressources genetiques, organismes ou des parties de ceux la, des
populations, ou tout autre composant biotique des ecosystemes avec un usage reel ou un
potentiel ou une valeur pour l'humanite.
La gestion des ressources microbiologiques, vegetales et animales a pour objectif :
d'organiser la collecte et la conservation des ressources genetiques des especes
utilisees et selectionnees par l'homme, et ce sous forme d'echantillons du
patrimoine genetique animal, vegetal et microbien ;
de promouvoir la recherche dans le domaine de la conservation des ressources.
Ainsi, la gestion de ces ressources vise à sauvegarder les variétés végétales
sélectionnées, les races animales et les souches microbiologiques utiles qui participent à
l'histoire de l'homme et à son alimentation. Son objectif ultime est de contrer l'érosion
croissante de la diversité de ce patrimoine due à l'abandon des variétés anciennes
supposées moins productives et plus fragiles, et à l'homogénéisation des productions.
La conservation du patrimoine genetique se fait par aide a la preservation des especes
dans leur milieu lorsque c'est possible (conservation in situ), et par recueil et/ou
cryoconservation des patrimoines genetiques (conservation ex situ). En ce qui
concerneles especes vegetales cultivees, des reseaux informels associant acteurs publics
et prives effectuent une conservation necessitant des cycles de multiplication reguliers.
17
II.3. Pollution agro-environnementales (eau, air, sols)
ΙΙ.3.1. La polution :
La pollution est une modification defavorable du milieu naturel, qui peut affecter
l‘hommedirectement ou au travers des ressources agricoles, en eau et en produits
biologiques.
Elle est de trois types :
La pollution de l’air : causée par les fumées industrielles, les moyens de
locomotion, levolcanisme. etc
La pollution de l’eau : causée par rejets industriels et agricoles et des zones
urbanise es,raffineries en mer. etc
La pollution des sols : causée par le stockage des dechets, l‘epandage des
pesticides. Etc
ΙΙ.3.2. les polluant
Le terme polluant designe tout agent physique, chimique ou biologique qui provoque
unegène ou une nuisance dans un milieu donne. Il s‘agit egalement de toute substance
naturelleou d‘origine anthropique introduite dans un biotope donne ou elle etait absente
ou où elle enmodifieou augmente la teneur.
A. Principaux polluants atmospheriques
Polluants primaires : directement emis dans l'atmosphere. Il s'agit du dioxyde
desoufre(SO2), d‘oxydes d'azote (NOx) et des particules en suspension (PES).
Polluants secondaires : les polluants primaires peuvent evoluer chimiquement
dansl‘atmosphere pour former des polluants secondaires, qui sont a l‘origine de
la pollutionphotochimique et des pluies acides
B. Principaux polluants de l’eau
Polluants physiques (turbidité, pollution thermique, matières radioactives)
Polluants chimiques (azote, métaux, pesticides, hydrocarbures…)
Matières organiques
Polluants microbiologiques (bactéries, virus, champignons)
C. Principaux polluants du sol
18
Métaux lourds issus de l‘agriculture, et des retombées atmosphériques
diffuses
cyanures : proviennent des herbicides
Nitrates : S'adsorbent difficilement dans le sol, elles sont dénitrifiés et
entraînées vers les eaux
Sels de sodium : (herbicides, eaux d‘irrigation) : Salinisation du sol et
réduction de leur fertilité
Pesticides : Peuvent être dissous dans les solutions du sol et entraînés petit à
petit vers les nappes phréatiques. La durée de vie très variable, ex. DDT très
persistant
Organismes pathogènes : Maladies des animaux peuvent être transmises à
l'homme par l'intermédiaire du sol : tétanos, botulisme, brucellose, fièvre
aphteuse, etc.
Pollution radioactive : Naturelle (ex : Radon), Industrielle, Médicale,
Accidentelle (ex. Tchernobyl), ou militaire dans les essais de bombes
atomiques (ex. Reggane, Algérie du 13 Février 1960 au 25 Avril 1961)
ΙΙ.3.3. La biotechnologie environnementale, une voie vers le développement
durable
Les principaux secteurs d'activité concernés par la biotechnologie environnementale
sont actuellement la décontamination des sites pollués, le traitement et le recyclage
des déchets et des odeurs, le traitement de l'eau, la surveillance des agents
pathogènes dans l'environnement et les énergies renouvelables.
A. Une gestion durable des déchets
Les techniques de bioremédiation peuvent être utilisées dans diverses
applications incluant la dépollution des sols, le traitement des eaux usées,
des gaz polluants et des déchets solides.
Les mauvaises odeurs peuvent également être traitées à l'aide de systèmes
biologiques.
Les produits ainsi épurés sont rejetés dans l'air, les égouts ou sont enfouis.
Éventuellement, ils peuvent être réutilisés, par exemple le biogaz ou les
composts issus des déchets municipaux.
19
Cela permet d'assurer un allégement maximum des décharges et d'aboutir à
une gestion des déchets durable sur le plan social, économique et
environnemental.
B. Nettoyer à l'échelle moléculaire
Le biofilm englobe les cellules qui le contiennent, ainsi qu'une matrice de
substances polymériques qu'elles ont sécrétées et qui les maintient attachées sur
la surface et entre elles. Les bactéries dans les biofilms acquièrent souvent une
physiologie spécifique et deviennent bien plus résistantes aux agressions
extérieures telles que les biocides et les antibiotiques. Les biofilms favorisent
également la libération et la dissémination de souches variantes lors de la phase
dite de dispersion.
ӀӀӀ.Biotechnologies en agronomie à des fins alimentaires
ӀӀӀ.1. Biotransformation et conservation
La fabrication des produits alimentaires utilise des matières premières végétales,
animales ou minérales qui subissent des transformations grâce à des moyens physiques
(mécaniques comme les broyages ou les mélanges, la chaleur, le froid...), physico-
chimiques (modification de l‘activité de l‘eau par le salage ou le sucrage, modification
du pH par l‘acidification...), biochimiques (enzymes, stabilisants divers, antioxydants...)
ou encore microbiens.
ӀӀӀ.1.1. Biotransformation
A. Les opérations de réduction de tailles :
Broyage : c‘est le fait de réduire une matière solide en des très petits pièces
généralement par pression ou mécaniquement. EX : les graines de blés.
Blutage : cette étapes est suite au broyage, consiste à séparer le son des graines
de blé tendre de la farine.
Sassage : c‘est une étape ou le son du graines de blé dur et la semoule sont
séparées (car le blé dur résiste a l‘écrasent, il se réduit en semoule).
Découpage : une opération très fréquente dans les chaines de transformation,
c‘est l‘action de couper un produit en morceaux. EX : découpage de viande, du
fromage…
20
Séparation des constituants liquide : la séparation des mélanges permet
d‘isoler ou de séparer certains constituants des mélanges dans lesquels ils se
trouvent. EX : lais, jus, eaux.
Extrusion : c‘est un procédé par lequel un matériau compressé (ex pate) est
contrait de traverser un tube ayant la section de la pièce à obtenir EX : industrie
des pates alimentaires (formats de pates alimentaires), les biscuits.
B. Les opérations d’extraction de décantation et filtration :
Extraction par pression : l‘extraction par pression est un procédé permettant
l‘extraction de l‘huile des graines et des noix qui ne fait pas appel a des
composés chimiques…l‘extraction par pression est la seule méthode utilisée
dans le traitement des huiles de caméline. EX : extraction du jus de fruit, de
l‘huile végétale (olive).
Extraction par solvant : cette technique permet d‘extraire une substance
dissoute dans un solvant (phase d‘alimentation), à l‘aide d‘un autre solvant
d‘extraction, dans lequel elle est plus soluble .Le solvant initial et le solvant
d‘extraction ne doivent pas être miscible. EX : huile des graines, oléagineuses,
huile de soja, colza…
La décantation statique : c‘est une technique de séparation des matières en
suspension et des colloïdes rassemblés en floc, après l‘étape de
coagulationfloculation.Cette technique est très répandue dans les usines
d‘épuration et de traitement des eaux usées des stations. EX : la dépollution des
eaux usées des stations dépuration.
Décantation : une opération unitaire de séparation de particules (solides ou
liquides) dispersées dans un liquide grâce à la force centrifuge obtenue par une
rotation rapide du bol qui contient le produit. EX : écrémage du lait.
La filtration : est procédé de séparation permettant de séparer les constituants
d‘un mélange qui possède une phase liquide et une phase solide ou travers d‘un
milieu poreux. L‘utilisation d‘un filtre permet de retenir les particules de
mélanges hétérogènes qui sont plus grosses que les trous du filtre. EX :
clarification des boissons, jus de l‘orange, de pommes..
C. Les opération de séparation :
Distillation : c‘est un procédé de séparation de mélange de substances liquides
dont les températures d‘ébullition sont différentes. Elle permet de séparer les
constituants d‘un mélange homogène. EX : distillation de l‘alcool.
21
Condensation : le terme de condensation désigne un phénomène physique de
changement d‘état de la matière et plus exactement, le passage de l‘état de gaz a
état condensé, solide ou parfois liquide. Dans ce dernier cas, il est toutefois
préférable de parler de condensation liquide ou même, d‘employer le terme de
liquéfaction. EX : lait condensé.
Cristallisation : est une opération unitaire du génie chimique consiste à isoler
un produit sous forme de cristaux. La cristallisation est l‘une des opérations
physique les plus anciennes pratiquées, avec l‘évaporation de l‘eau de mer pour
isoler du sel. EX : production de sucre (saccharose).
D. Les opérations de mélange, texturation, mise on forme :
Mélange : une opération courante dans la transformation alimentaire, est utilisée
pour obtenir un produit lisse, homogène et d‘une qualité constante. EX : le
mélange des produits secs et liquides.
Texturation : une opération courante dans la transformation alimentaire, est
utilisée pour obtenir un produit lisse, homogène et d‘une qualité constante.
Granulation : opération de mise en forme qui consiste a relier entre elles de
poudre a l‘aide d‘agent liants, afin d‘obtenir des granulés. EX : farine, semoules,
poudre de lait.
Enrobage : opération par laquelle on revêt les bougies composées d‘acides gras
a point de fusion un peu bas, d‘une enveloppe très mince d‘acide stéarique a
point de fusion plus élevé. EX : industrie de confiserie recouvrement des
bonbons, pastilles ect..
ӀӀӀ.1.2. Conservation des aliments
Les traitements de conservation appliqués aux aliments visent à préserver leur
comestibilité et leurs propriétés gustatives et nutritives en empêchant le développement
des bactéries, champignons et microorganismes qu'ils contiennent et qui peuvent dans
certains cas entraîner une intoxication alimentaire.
Les trois méthodes utilisées pour la conservation des aliments reposent sur :
la chaleur : pasteurisation, stérilisation, appertisation, semi-conserves ;
le froid : surgélation, congélation, réfrigération ;
autres techniques : conditionnement sous-vide ou sous atmosphère modifiée,
lyophilisation, déshydratation et séchage, fermentation.
22
A. Les techniques de conservation par la chaleur (Les traitements thermiques)
Le traitement des aliments par la chaleur est la technique la plus utilisée pour la
conservation de longue durée.
La pasteurisation
En pasteurisation, la température du traitement thermique est inférieure à 100°C. Ce
procédé réduit significativement le nombre de micro-organismes dans le produit, mais
certaines formes (comme les spores) résistent... La thermo-résistance de certains micro-
organismes dépend du milieu dans lequel ils se trouvent. En effet, le pH a une influence
sur la résistance à la chaleur : plus le milieu est acide, moins la résistance à la chaleur
est élevée. La température et le temps de pasteurisation dépendent des caractéristiques
physico-chimiques du produit et du choix du fabricant. Après, les produits doivent être
refroidis et réfrigérés afin de prévenir la multiplication des bactéries qui n‘auraient pas
été détruites. La pasteurisation est l‘un des traitements thermiques les plus respectueux
envers les vitamines. Elle peut être facilement réalisée à petite échelle, à l‘aide d‘un
pasteurisateur, récipient rempli d‘eau, muni d‘une résistance.
La stérilisation
Il s‘agit d‘un traitement thermique à des températures supérieures à 100° C visant à
détruire toute forme microbienne, ce qui assure la stabilité à température ambiante des
denrées.
La flash pasteurisation
Cette technique, dérivée de la pasteurisation, a le même objectif, c‘est-à-dire la
destruction des micro-organismes et l‘augmentation de la durée de vie des produits.
Cependant, elle préserve mieux les qualités organoleptiques des produits (odeur, goût,
texture, vitamines). La flash pasteurisation chauffe rapidement les produits et les
refroidit aussi vite. Elle est utile dans la conservation des jus de fruits. Techniquement,
on trouve des pasteurisateurs simples qui comportent un serpentin dans lequel le jus est
chauffé grâce à l‘eau bouillante.
L’appertisation
23
L‘appertisation, appelée aussi « conserve », est un traitement thermique qui consiste à
stériliser par la chaleur des denrées périssables dans des contenants qui sont hermétiques
aux liquides, aux gaz et aux micro-organismes (boîtes métalliques, bocaux). Les
aliments chauffés à une température de 110 à 120°C sont débarrassés de tous les micro-
organismes ou enzymes susceptibles de les altérer ou de les rendre impropres à la
consommation pendant plusieurs mois, voire années. L‘avantage de cette technique,
même si elle altère les qualités gustatives des aliments, est qu‘elle permet de préserver
en grande partie les qualités nutritionnelles. Cette méthode se réalise à l‘aide d‘un
autoclave.
B. Les techniques de conservation par le froid
Le froid arrête ou ralentit l'activité cellulaire, les réactions enzymatiques et le
développement des micro-organismes. Il prolonge ainsi la durée de vie des denrées
alimentaires en limitant leur altération.
Néanmoins, les micro-organismes éventuellement présents ne sont pas détruits et
peuvent reprendre leur activité dès le retour à une température favorable.
La réfrigération
Cette technique consiste à abaisser la température pour prolonger la durée de
conservation des aliments. À l'état réfrigéré, les cellules des tissus animaux et végétaux
restent en vie pendant untemps plus ou moins long, et les métabolismes cellulaires sont
seulement ralentis. La température des aliments réfrigérés est comprise entre 0° C et +4°
C pour les denrées périssables les plus sensibles.
La congélation
La congélation permet d‘abaisser la température d‘une denrée alimentaire de façon à
faire passer à l‘état solide l‘eau qu‘elle contient. Cette cristallisation de l‘eau contenue
dans la denrée permet de réduire l‘eau disponible pour des réactions biologiques et donc
de ralentir ou d‘arrêter l‘activité microbienne et enzymatique.
24
La surgélation
La surgélation consiste à congeler rapidement une denrée saine et en parfait état de
fraîcheur, en abaissant sa température très rapidement jusqu'à moins 18° C en tous
points.
Grâce à ce procédé, l‘eau contenue dans les cellules se cristallise finement limitant ainsi
la destruction cellulaire. Les produits ainsi traités conservent leur texture, leur saveur et
peuvent être conservés plus longtemps. Les produits surgelés doivent-être étiquetés
comme tels et ne doivent pas, au cours de leur stockage ou de leur transport, subir de
variations de températures.
Les produits congelés ou surgelés ne doivent pas être recongelés après une
décongélation.
C. Les autres techniques de conservation
Modification de l’atmosphère
Le conditionnement sous vide réduit la quantité d'air autour de la denrée
alimentaire et donc l‘action de l‘oxygène sur celle-ci. Cela permet d‘empêcher
d‘une part le développement des micro-organismes, dont la prolifération est une
des causes de l‘altération du produit, et d‘autre part les réactions d‘oxydation
également à l‘origine de dégradations du produit.
Le conditionnement sous atmosphère modifiée (emballage étanche) permet
de remplacer l'air qui entoure la denrée alimentaire par un gaz ou un mélange
gazeux (en fonction du type de produit), et de prolonger ainsi la durée de vie de
celle-ci. Cette technique de conservation est associée à un stockage à basse
température tout au long de vie du produit. Une mention inscrite sur l'étiquetage
indique « conditionné sous atmosphère protectrice ».
Séparation et élimination de l’eau
La déshydratation et le séchage consiste à éliminer partiellement ou totalement
l'eau contenue dans l'aliment. Du fait d'une faible activité de l'eau (Aw), les
micro-organismes ne peuvent proliférer, et la plupart des réactions chimiques ou
enzymatiques de détérioration sont ralenties.
La lyophilisation consiste à congeler un aliment puis à le placer sous vide :
l'eau passe ainsi directement de l'état solide à celui de vapeur (sublimation). La
25
forme et l‘aspect des produits sont bien conservés, leur qualité aromatique est
bien supérieure à celle des produits séchés. Du fait de son coût, cette technique
est réservée aux denrées alimentaires à forte valeur ajoutée tels que les
champignons, le café soluble, certains potages instantanés et les céréales pour
petit déjeuner.
Le salage vise à soumettre la denrée alimentaire à l'action du sel soit en le
répandant directement à la surface de l'aliment (salage à sec), soit en immergeant
le produit dans une solution d'eau salée (saumurage). Cette technique est
essentiellement utilisée en fromagerie, en charcuterie et pour la conservation de
certaines espèces de poissons (harengs, saumon, etc.) ou denrées alimentaires
végétales (condiments).
Le saumurage consiste à plonger des aliments (charcuteries, fromages,
poissons, condiments, etc.), dans une préparation composée de sel, d'eau, de
divers ingrédients (aromates, sucres, etc.) et éventuellement d'additifs autorisés.
Les procédés chimiques de conservation
Les additifs alimentaires
La règlementation européenne bio autorise, sous certaines conditions, l‘utilisation
d‘additifs de conservation. Les additifs alimentaires autorisés actuellement en bio sont
d‘origine animale et végétale. Pour la conservation, on trouve les conservateurs et les
antioxydants. Les additifs alimentaires utilisés doivent obligatoirement être mentionnés
sur l‘étiquette par leur nom ou par leur code précédé de la catégorie. En bio, tous les
additifs alimentaires sont repris dans une liste positive : Annexe VIII du règlement (CE)
n°889/2008. Pour chacun d‘eux, des conditions particulières d‘utilisation sont précisées.
Les additifs de conservation ont pour rôle de bloquer la multiplication des micro-
organismes et des toxines, ce qui allonge la durée de conservation de l‘aliment.
Les antioxydants sont des molécules qui empêchent - ou du moins freinent -
l‘oxydation. L‘oxydation consiste en un transfert d‘électrons de l‘aliment vers un autre
milieu, qui entraîne une accélération de l‘altération de l‘aliment. Elle est généralement
due à l‘oxygène de l‘air ou à la lumière.
La lactofermentation
26
La lactofermentation est une méthode de conservation a priori simple, car elle nécessite
peu de matériel. Les produits lactofermentés sont consommés pour leur goût particulier,
souvent apprécié, et également pour leurs valeurs nutritionnelles, digestives et curatives.
Le principe consiste à mettre les aliments en absence d‘oxygène, pour déclencher la
multiplication des bactéries lactiques, sans danger pour notre organisme, qui se
développeront plus vite que les micro-organismes pathogènes. Le développement des
bactéries lactiques va acidifier le milieu et inhiber les mauvaises bactéries responsables
du pourrissement. Le pH atteint la valeur de 4 : cette acidité permet de stabiliser le
produit et donc de le conserver plus longtemps. La choucroute est un exemple connu de
produit lactofermenté, mais il est possible de lactofermenter les cornichons, les câpres,
les concombres, les carottes, les oignons, les betteraves, les navets, etc. Les produits
lactofermentés, immergés dans leur propre jus et conservés dans des emballages
hermétiques, se conservent de plusieurs semaines à plusieurs mois.
Cette technique, d‘apparence simple, peut cependant s‘avérer plus complexe, surtout au
niveau de la maitrise du goût final du produit, lorsque l‘on s‘aventure hors de la
classique recette de choucroute… La lactofermentation est très à la mode dans le secteur
de la gastronomie, des Chefs étoilés (dont Sang Hoon Degeimbre de l‘Air du Temps)
mettent en place de véritables « grands crus » de légumes lactofermentés, après des
années de recherches. Les asiatiques sont passés maîtres de la discipline !
Ce produit, très apprécié des gastronomes amateurs, est cependant encore très peu
répandu dans le secteur bio. Cela reste un produit de niche, à l‘exception de la
choucroute.
Conservation par ajout d’acide
L‘utilisation d‘un acide alimentaire, comme le vinaigre ou l‘acide lactique, permet de
conserver le produit plus longtemps. En diminuant le pH sous la barre de 4, les micro-
organismes ne se développent plus. Cette méthode permet un stockage à température
ambiante.
Conservation par l’alcool
L‘alcool détruit les micro-organismes et empêche leur développement. La méthode est
très facile (les produits sont placés dans un récipient hermétique avec du sucre et de
l‘alcool), mais très anecdotique. On peut citer comme exemple les cerises à l‘alcool...
27
La production spécifique de cidre ou de vin est également un type de transformation qui
permet de valoriser un surplus de pommes ou de raisins. Toutefois, ces techniques
nécessitent de bonnes connaissances dans le domaine et sont peu adaptées à un projet de
diversification.
III.2. Production de matrices alimentaire en bioréacteurs
Les milieux de cultures utilisés en industrie sont essentiels pour la grande majorité des
microorganismes industriels. Le milieu de culture peut être définit comme étant le
milieu qui permet la production de la biomasse cellulaire, la synthèse du produit désiré.
Il doit contenir au moins une source de carbone, d‘azote, d‘oxygène, d‘hydrogène,
certains oligo-éléments , des vitamines et des facteurs de croissance. Exemple :
Les mélasses de Betteraves et de la canne à sucre : riche en Saccharose
permettent d‘obtenir des biomasses protéiques ou des levures utilisant le lactose.
L‘amidon est utilisé comme matière pour la production industrielle des
protéines.
III.2.1 Bioréacteurs et systèmes de fermentation
Le bioréacteur (appelé aussi fermenteur) est un appareil (ou cuve) qui permet la
croissance de micro-organismes (levures, bactéries, champignons microscopiques,
algues) pour la production de biomasse, de métabolites primaires, secondaires ou encore
la bioconversion d‘une molécule d‘intérêt .Il assure le contrôle des conditions physico-
chimiques (Température, pH , aération, etc..) pour avoir un bon rendement de
productivité.
-La performance de tout bioréacteur dépend de nombreuses fonctions :
Les concentrations de biomasse
L‘apport de nutriments
Les conditions stériles
Le retrait du produit
Les agitations efficaces
28
Figure 02 : Un bioréacteur
III.2.2. Les différents types de culture
Les cellules peuvent être cultivées en suspension ou immobilisées. Pour les cultures de
cellules en suspension, différents modes d'alimentation en milieu nutritif peuvent être
utilisés (Figure 03).
Figure 03 : Représentations schématiques des différents modes d'alimentations en
milieu nutritif de bioréacteurs.
29
Ci-dessous (Figure 04), sont représentées les cinétiques observées selon le mode
d'alimentation ; ces principaux modes seront décrits plus en détail dans les paragraphes
suivants.
Figure 04 : Représentations des cinétiques des concentrations cellulaires (X), des
substrats (S) et des produits (P) en fonction du mode d'alimentation du bioréacteur.
1. Culture discontinue (Batch) ou non renouvelée
Ce sont des cellules inoculées dans un milieu frais et aucun autre élément nutritif n‘est
ajouté jusqu‘à ce que le produit désiré soit produit. Le bioréacteur ne possède ni entrée
ni sortie. En fin de fermentation, le fermenteur est nettoyé pour une prochaine
culture..Ce mode de fermentation est le seul utilisé pour la production de métabolites
secondaires surtout les antibiotiques.
2. Fermentation en culture discontinue alimentée (Fed-batch)
C‘est une culture discontinue alimentée en continue par un milieu nutritif. La croissance
démarre plus vite dans un volume de culture réduit, celui-ci augmente au cours du
temps. Lorsque la cuve est remplie, l‘alimentation est coupée. Le Fed-batch, permet en
pratique un gain de temps, une augmentation de productivité et une possibilité de
modification du milieu en cour de culture. Applications ; La production de la
pénicilline.
3. Fermentation en culture continue
Le milieu de croissance frais est ajouté en permanence, les cellules et le milieu épuisé
sont éliminés simultanément. Le volume de culture microbienne est constant ou le débit
de milieu est égal au mélange de biomassemilieu liquide de façon à maintenir le volume
du réacteur constant.
Il existe 2 principaux types de culture continue à écoulement continu
A. Turbidostat : Le taux de croissance spécifique est égale ou très proche de µ
max et est contrôlé par les vitesses de réactions cellulaires internes.
30
B. Chemostat : Le Chemostat constitue le système ouvert de fermentation continue
qui est le plus simple et le plus répandu. Il set caractérisé par un volume
réactionnel constant.
III.3. Sécurité, traçabilité et qualité des aliments
Les consommateurs veulent connaître l‘origine des aliments qu‘ils achètent. Pour
satisfaire cette demande et retrouver ―l‘histoire‖ d‘un produit en cas d‘accident
sanitaire, les industriels ont mis en place des procédures de ―traçabilité‖. Selon la norme
ISO 8402, la traçabilité se définit par ―l‘aptitude à retrouver l‘historique, l‘utilisation ou
la localisation d‘une entité (par exemple un végétal, un animal, une denrée alimentaire)
au moyen d‘identifications enregistrées‖.
La traçabilité permet aux professionnels de suivre la circulation des denrées et les
transformations qu‘elles ont subies, de la ferme aux points de vente, ou de remonter la
filière ―produit‖, de l‘aval vers l‘amont, afin de revenir à l‘origine d‘une contamination
pour retirer les produits susceptibles d‘avoir été contaminés.
On parle donc de ―traçabilité montante‖ et de ―traçabilité descendante‖. La première est
un outil mis au service de bonnes pratiques de production ; la seconde est un outil
précieux pour la mise en œuvre des procédures de rappel ciblé d‘un produit. Les
techniques ―moléculaires‖ et l‘Internet s‘avèrent être des auxiliaires essentiels de la
traçabilité. Les techniques ―moléculaires‖ servent à identifier les produits d‘origine
biologique au niveau des espèces (présence ou absence de porc, de soja ou d‘une plante
OGM) et même des individus (tel rôti provient de telle vache de tel élevage).
Quant à l‘Internet, il assure la mise en réseau des données collectées : la transmission
automatique des informations recueillies réduit au minimum les risques d‘erreur
inhérents à leur saisie manuelle. Les codes-barres et les étiquettes électroniques
permettent d‘identifier et de suivre les contenants (cartons, palettes…) et les contenus
(denrées).
31
IV. Biotechnologies et l’industrie à des fins non alimentaires
IV.1. Bioénergie
Les bioénergies désignent l‘énergie issue de la biomasse transformée en électricité mais
également en chaleur, en gaz ou en carburant.
La bioénergie moderne à haute efficacité recourt à des solides, des liquides et des gaz
plus commodes comme vecteurs d‘énergie secondaire en vue de produire de la chaleur,
de l‘électricité, de la chaleur et de l‘électricité combinées (on parle de cogénération) et
des biocarburant pour divers secteurs. Les biocombustibles liquides comprennent
l‘éthanol et le biogazole, qui servent aux transports routiers dans le monde entier et à
certains secteurs industriels.
Les gaz dérivés de la biomasse – et surtout le méthane – émanant de la digestion
anaérobie de résidus agricoles et de déchets urbains solides servent à produire de
l‘électricité, de la chaleur ou les deux.
L‘apport le plus important à ces services énergétiques est fondé sur des combustibles
solides tels que les copeaux, les granulés, le bois de récupération et autres produits. Le
chauffage inclut le chauffage des espaces et de l‘eau, comme dans les systèmes de
chauffage urbain.
La bioénergie puise son combustible dans les cultures énergétiques, les résidus issus des
forêts, de l‘agriculture et de l‘élevage, ainsi que les biocarburants dits de deuxième
génération.
La bioénergie est intégrée de façon complexe dans les systèmes mondiaux de biomasse
servant à la production de denrées alimentaires, de fourrage, de fibres et de produits
forestiers et dans la gestion de déchets et de résidus.
On appelle également "houille verte" l'énergie en provenance des végétaux. Celle-ci est
renouvelable puisque les plantes repoussent pratiquement sans cesse grâce à l'énergie
solaire et au processus de photosynthèse :
Anabolisme : n [CO2 + H2O] + énergie -> n (CH2On)
Catabolisme : [CH2O]n + nO2 -> n[CO2 + H2O] + dégagement d'énergie
32
On regroupe les termes d'anabolisme et de catabolisme sous le nom de métabolisme.
Ainsi, la photosynthèse absorbe du gaz carbonique, consomme de l'eau et rejette de
l'oxygène. L'avantage est que le soleil intermittent est ici stocké dans la masse végétale.
Mais c'est une énergie à faible densité énergétique, de plus l'humidité contenue dans la
biomasse la réduit d'où un rendement énergétique très faible. Et c'est une grande
consommatrice d'espace et d'eau.
On distingue deux types de biomasse : la biomasse solide (bois, paille...) et la biomasse
à haute efficacité.
VI.2. Biomatériaux et agro-polymères
Les polymères forment une classe très importante de matériaux sans laquelle la vie
semble très difficile. Ils sont partout autour de nous dans un usage quotidien; en
caoutchouc, en plastique, en résines, et dans les adhésifs et les rubans adhésifs. Le mot
polymère est dérivé de mots grecs, poly = beaucoup et mers = parties. Un polymère est
une macromolécule, organique ou non, constituée de l‘enchaînement répété d‘un même
motif ou monomère, tous reliés entre eux par des liaisons dites « covalentes ».Le
nombre d'unités monomères est habituellement grand et variable, chaque échantillon
d'un polymère des macromolécules ou des polymères se trouvent dans le corps humain,
les animaux, les plantes, les minéraux et produits manufacturés. Les substances comme
les suivantes contiennent des polymères: diamant, béton, quartz, verre, nylon, plastique,
ADN, pneus, coton, cheveux, pain et peinture étant typiquement un mélange de
molécules ayant des poids moléculaires différents.
VI.2.1. Classification des polymères :
La classification de base des polymères comprend deux groupes connus sous le nom de
polymères naturels et de polymères synthétiques. Les polymères naturels sont des
composés polymères que l'on peut trouver dans notre environnement. Les polymères
synthétiques sont des composés polymères produits artificiellement. C'est la principale
différence entre les polymères naturels et les polymères synthétiques.
a. Les polymères naturels :
Les polymères naturels sont des composés polymères que l'on peut trouver
naturellement dans notre environnement. La plupart des composés chimiques dans les
33
systèmes biologiques sont des composés polymères. Ces polymères naturels se trouvent
principalement dans trois types tels que les polysaccharides, les polyamides et les poly
nucléotides.
b. Les polymères synthétiques :
Les polymères synthétiques sont ceux qui sont des polymères fabriqués par l'homme. Le
polymère qui a été synthétisé en laboratoire est connu sous le nom de polymère
synthétique. Des exemples de tels polymères sont le polyvinyle alcool, polyéthylène,
polystyrène, polysulfone, etc.
Tableau 01 : Comparaison entre les polymères naturels et synthétique
les polymères naturels sont des composés
polymères que l'on peut trouver
naturellement dans notre environnement
les polymères synthétiques sont des
composés polymères produits
artificiellement par l'homme
se produisent naturellement ne se produisent pas naturellement
produire à partir de processus biologiques produire à partir de processus chimiques
la plupart des polymères sont facilement
dégradés par des processus biologiques
la plupart des polymères sont difficiles à
dégrader naturellement par des processus
biologiques
VI .2.2. Les domaines d’application :
Polymères et aliments
Les polymères sont très largement utilisés dans la production, la distribution,
l'emballage et la préparation des aliments. Quelques exemples de ces utilisations sont
énumérés ci-dessous.
a. Agriculture:
Feuilles pour protéger les cultures
34
Encapsulation de graines (gels et nutriments)
Vêtements de protection pour les travailleurs agricoles.
b. Distribution:
Emballage dans une atmosphère inerte
Emballage sous vide
Emballage isolé.
c. Vente au détail:
Sacs de transport (maintenant biodégradables)
Une variété de types d'emballage
Polymères dans les produits médicaux
a- Lentilles de contact
Le matériau utilisé dans les lentilles de contact a été fabriqué à l'origine par
polymérisation radicalaire en masse, qui a été effectuée très lentement pour minimiser le
stress. Les tiges de polymère ont ensuite été découpées en boutons, qui ont été mis en
forme sur un tour pour donner la forme optique correcte. De nos jours, le moulage par
coulée avec initiation UV est la technique préféré
b- Les soins des plaies
Il existe plusieurs types de polymères qui offrent une protection physique et biologique.
(Agissent comme des mastics tissulaires):
La colle de fibrine, qui est naturelle et qui se forme en mélangeant le fibrinogène
et la Thrombine
Une protéine réticulée formée par mélange d'une protéine naturelle (albumine)
avec un agent de réticulation synthétique, par exemple PEG (SS) 2 (PEG =
polyéthylène glycol)
c- Polymères dentaires
L'amalgame argent / mercure utilisé pour les obturations dans le passé a été remplacé
par des matériaux polymériques en raison des préoccupations concernant la nature
toxique de la vapeur de mercure et parce que de plus grandes quantités de dents doivent
être enlevées pour fournir une clé pour l'amalgame. L'émail dentaire est
l'hydroxyapatite. La dentine contient 40% de protéines et 60% d'hydroxyapatite. Tout
matériau utilisé pour remplir une dent doit être résistant à l'humidité, à la chaleur et au
35
froid extrêmes, à l'abrasion, aux contraintes mécaniques, à la microflore bactérienne et
aux contraintes de retrait et doit avoir un aspect acceptable.
VI.3. Biomolécules et activités cellulaires
Les organismes vivants sont constitués essentiellement de macromolécules formées de
longues chaînes d‘atomes qui adoptent, en se repliant, une structure spatiale bien
définie. La fonction biologique de chaque macromolécule est étroitement reliée à sa
structure, d‘où l‘intérêt de déterminer celle-ci. Depuis les années 50, l‘importance des
relations structure fonction a largement encouragé le développement des méthodes de
détermination de structures moléculaires.
Les biomolécules, « bios » signifiant vie en grec, comprennent les lipides, les acides
nucléiques, les protéines, et les glucides.
VI.3.1. Les lipides :
Les acides aminés peuvent se lier les uns aux autres par une liaison peptidique qui se
fait entre le groupement acide d‘un acide aminé et le groupement amine de l‘autre. Au
cours de la réaction, une molécule d‘eau et éliminée ; il s‘agit donc d‘une réaction de
condensation
Les lipides sont une classe hétérogène de molécules qui ont en commun les
caractéristiques suivantes : ce sont des substances d'origine biologique elles sont très
peu solubles dans l'eau mais solubles dans des solvantsϖ organiques comme l'éther, le
chloroforme, le méthanol, l'hexane…
Les lipides ont un rôle essentiel comme constituant des membranes biologiques
(Cholestérol, phospholipides, glycophospholipides). Ils constituent la structure
de certaines hormones (hormones stéroïdes)
Certaines vitamines. Ils servent aussi de réserve énergétique sous forme de
triglycérides.
Dans les adipocytes les lipides permettent aussi une protection thermique e
mécanique. Parmi les lipides on trouve principalement : les glycérides et
notamment les triglycérides qui sont des molécules formées à partir d'une
molécule de glycérol liée à trois molécules d'acides gras par des liaisons esters.
36
VI.3.2. Les protéines :
Les protéines furent découvertes par le chimiste néerlandais Gerhard Mulder (1802-
1880). Le terme protéine vient du grec ancien prôtos qui signifie premier, essentiel. Ceci
fait probablement référence au fait que les protéines sont indispensables à la vie et
qu'elles constituent souvent la part majoritaire (≈60%) du poids sec des cellules. Les
protéines adoptent en effet de multiples formes et assurent de multiples fonctions. Mais
ceci ne fut découvert que bien plus tard, au cours du XXe siècle.
Une protéine est une macromolécule biologique composée d‘une ou plusieurs chaînes
d'acides aminés liées entre elles par des liaisons peptidiques (chaine polypeptidique). En
général, on parle de protéine lorsque la chaîne contient un grand nombre d‘acides
aminés, et de peptide pour des assemblages de petite taille. L'ordre dans lequel les
acides aminés s'enchaînent est codé par le génome et constitue la structure primaire de
la protéine. La protéine se replie sur elle-même pour former des structures secondaires,
dont les plus importantes sont l'hélice alpha et le feuillet bêta. Les protéines remplissent
des fonctions très diverses au sein de la cellule et de l'organisme :
Les protéines des structures, qui permettent à la cellule de maintenir son
organisation dans l'espace.
Les protéines de transport, qui assurent le transfert des différentes molécules
dans et en dehors des cellules.
Les protéines régulatrices, qui modulent l'activité d'autres protéines.
Les protéines de signalisation, qui captent les signaux extérieurs, et assurent leur
transmission dans la cellule ou l‘organisme.
Les protéines motrices, permettant aux cellules ou organismes ou à certains
éléments (cils) de se mouvoir ou se déformer.
VI.3.3. Les glucides:
Les glucides constituent la majorité des sources de calorie pour la consommation
humaine.
Ils sont également utilisés comme matière première ou additifs pour la
fabrication de plusieurs produits alimentaires ou autres.
37
Leur utilisation comme additifs dans les produits alimentaires est due
essentiellement à la propriété stabilisante, épaississante et gélifiante de certains
glucides
Chapitre V : Biotechnologies microbiennes et infectiologie
Introduction
Ensemble des techniques qui visent à l'exploitation des micro-organismes, des cellules
animales et végétales, et de leurs constituants, la biotechnologie, dont les origines se
confondent avec l'origine de l'humanité, a trouvé ses premières applications dans le
domaine de la santé avec les travaux de Louis Pasteur à la fin du siècle
dernier.Accompagnant les progrès de la microbiologie et de l'immunologie, d'autres
vaccins de maladies virales ou bactériennes ont été développés au cours de la première
moitié du siècle : vaccins préparés à partir de micro-organismes ou de leurs toxines
inactivés et formulés en présence de substances adjuvantes de l'immunité, et vaccins
préparés à partir de micro-organismes de pouvoir pathogène atténué ; ce développement
des vaccins n'a été possible que grâce au développement concomitant des techniques de
culture des tissus ou des cellules d'origine animale. Ce n'est toutefois que beaucoup plus
récemment qu'un certain nombr e de découvertes de caractère multidisciplinaire mais
résultant principalement des progrès de la biochimie, de la biologie moléculaire et de
l'immunologie, allaient jouer un rôle décisif dans le diagnostic, la prévention et la lutte
contre les principales maladies infectieuses ou parasitaires. Parmi ces découvertes, il
convient de mentionner la structure de l'acide désoxyribonucléique (ADN) support de
l'hérédité, la structure et la synthèse des protéines, la recombinaison génétique de l'ADN
et la fusion cellulaire à l'origine de l'obtention des anticorps monoclonaux.
V.1. Diagnostics
Au plan général, le diagnostic des maladies infectieuses, virales ou bactériennes et des
maladies parasitaires repose sur la mise en évidence de l'agent ou de certains de ses
constituants (diagnostic direct) ou sur la mise en évidence des éléments de la réponse
immunitaire induite par les antigènes portés par cet agent (diagnostic indirect).
V.1.1. diagnostic direct
38
Pour le diagnostic direct, les techniques les plus classiquement utilisées (mise en
évidence macroscopique ou microscopique directe de l'agent ou après coloration
incluant l'utilisation de marqueurs fluorescents, culture, isolement, caractérisation, etc.)
cèdent progressivement le pas à de nouvelles techniques plus spécifiques et plus
sensibles. Parmi celles-ci figurent les techniques immuno-enzymatiques, qui reposent
sur la mise en évidence des déterminants antigéniques portés par l'agent recherché au
moyen d'anticorps spécifiques marqués par des enzymes destinées à révéler la formation
des complexes antigènes-anticorps. Ces complexes sont révélés par l'activité
enzymatique qu'ils portent, l'action de l'enzyme sur un substrat approprié transformant
ce dernier en un produit coloré, facilement visualisable. La spécificité et la sensibilité de
ces techniques peuvent se trouver considérablement accrues par l'utilisation d'anticorps
monoclonaux obtenus par la fusion d'une cellule productrice d'un anticorps
monospécifique (plasmocyte B) avec une cellule lui apportant l'immortalisation et la
sécrétion (myélome). De même , la sensibilité de ces techniques peut se trouver
augmentée par l'utilisation d'un marqueur chimio luminescent en lieu et place d'un
marqueur enzymatique.
Plus récemment, les progrès réalisés dans la connaissance des acides nucléiques ont
permis d'envisager la mise au point de techniques de diagnostic direct basées non plus
sur la recherche de l'agent infectieux ou parasitaire et de ses constituants antigéniques,
mais sur la mise en évidence du matériel génétique, ADN ou acide ribonucléique
(ARN), porté par ces agents.
Un progrès décisif pour la mise en évidence des matériels génétiques portés par les
agents est représenté par la technique dite d'«amplification en chaîne par polymérase»,
plus connue sous la dénomination anglaise de «Polymerase Chain Reaction» (PCR).
D'une extrême sensibilité, cette technique peut être également d'une grande spécificité
qui dépend notamment de la nature des amorces utilisées. Toutes ces techniques, dont
certaine (hybridation, amplification de gène) relèvent encore du laboratoire spécialisé et
du diagnostic individuel, sont désormais disponibles sous forme de trousses (kits)
fournissant tous les éléments nécessaires à la réaction. Nul doute que, dans un proche
avenir, leur utilisation au moyen d'automates les destinera au diagnostic de masse en
même temps que leur simplification les rendra accessibles au laboratoire non spécialisé
ou au praticien.
39
V.1.2. Diagnostic indirect
Pour le diagnostic indirect, les techniques classiquement utilisées pour la mise en
évidence des anticorps (agglutination rapide, agglutination lente, fixation du
complément, inhibition de l'hémagglutination, neutralisation, etc.); bien qu'encore très
largement utilisées y compris comme techniques de référence, cèdent progressivement
le pas aux techniques immunoenzymatiques souvent plus spécifiques et surtout plus
sensibles. Les techniques de diagnostic indirect sont basées, comme les techniques de
diagnostic direct, sur la mise en évidence de complexes antigènes-anticorps. Dans le cas
du diagnostic indirect, les complexes sont formés entre le ou les antigènes de spécificité
connue, apportés dans la réaction (virus, bactéries, parasites, etc., ou leurs extraits) et les
anticorps éventuellement présents dans l'échantillon soumis à l'analyse. Dans ce cas, les
complexes antigènes-anticorps formés peuvent être révélés par différentes techniques,
qui utilisent toutes des marqueurs enzymatiques engagés secondairement dans des
réactions enzymes-substrats se traduisant par l'apparition de produits colorés.
L'apport de la biotechnologie au diagnostic indirect, reposant sur la mise en évidence
des composantes cellulaires de la réponse immunitaire, doit être souligné, avec
l'utilisation des tests in vivo qui recherchent un état d'hypersensibilité retardée
(intradermoréactions) pour le diagnostic de nombreuses infections virales ou
bactériennes et d'infestations parasitaires. A ces tests, il convient maintenant d'ajouter
les tests in vitro qui s'adressent aux différents éléments cellulaires de la réponse
immunitaire en révélant leur niveau de sensibilisation à des antigènes spécifiques (test
de cytotoxicité lymphocytaire par exemple).
V.2. Nouvelles voies thérapeutiques
Tout d‘abord, les biotechnologies ont permis de produire des médicaments que les
méthodes industrielles classiques (extraction à partir d‘organismes vivants, souvent des
animaux, problèmes de purification, risque de contamination notamment virale) ne
permettaient pas ou plus d‘obtenir. C‘est le cas par exemple de l‘hormone de croissance
ou des interférons, dont la production est devenue possible grâce au clonage par génie
génétique et à la synthèse de protéines à usage thérapeutique, ou encore des anticorps
monoclonaux, spécifiquement générés pour bloquer l‘action de certains agents ou
récepteurs. Par ailleurs, la disponibilité de protéines pures, en grande quantité, a permis
40
le développement de très nombreux kits de diagnostic, alliant simplicité d‘utilisation,
sensibilité et spécificité, et a transformé l‘approche de très nombreuses affections.
Ensuite, avec le séquençage du génome de nombreux organismes vivants et notamment
celui de l‘homme, l‘identification de nouveaux gènes, l‘étude de leurs polymorphismes
facilitée par l‘utilisation de bio puces de plus en plus performantes, la découverte de
nouveaux mécanismes moléculaires ont facilité la recherche de médicaments
entièrement nouveaux.
V.3. Lutte contre le dopage et l’utilisation de stupéfiants
V.3.1. Les produits dopants
Déterminées par le CIO (Comité International Olympique) au Journal Officiel du 17
juin 1998, décret n° 98-464 définit 5 classes de produits interdits. Cette liste n'est pas
exhaustive et les produits cités sont des exemples des produits les plus connus.
Les stimulants qui réduisent la sensation de fatigue physique : amphétamines,
cocaïne, caféine...
Les narcotiques, naturels ou synthétiquesqui diminuent la sensation de douleur
: dextromoramide, diamorphine (héroïne), méthadone, morphine, pentazocine,
péthidine et substances apparentées.
Les agents anabolisants qui entraînent une augmentation de la force et de la
puissance des muscles et qui sont divisés en 2 classes :
les stéroïdes anabolisants androgènes (SAA) : testostérone, nandrolone,
stanozolol ...
les bêta-2 agonistes.
Les diurétiques qui sont utilisés pour perdre du poids et diluer les produits
dopants injérés.
Les hormones peptidiques et glycoprotéiniques et analogues qui favorisent le
développement de la masse musculaire : gonadotrophine chorionique (HCG),
gonadotrophine chorionique humaine, corticotrophine (ACTH) , hormone de
croissance (hGH), somatotrophine.
41
V.3.2. La lutte contre le dopage
Pour lutter contre le dopage, il faut pouvoir détecter, dans le sang, des éventuelles
molécules dopantes au milieu de nombreuses autres molécules présentes dans
l‘organisme des champions. Des techniques toujours plus performantes pour ce faire ont
été développées. C‘est très difficile surtout qu‘elles peuvent n‘être qu‘en très faibles
concentrations, parfois pas plus d‘un nano-gramme (ng = un milliardième de gramme)
par millilitre – (ng/ml). Imaginez :
détecter un morceau de sucre dans une piscine olympique Pour les petites molécules,
une des techniques les plus utilisées dans les laboratoires d‘analyse s‘appelle la
chromatographie, aujourd‘hui très performante pour traiter le sang ou les urines. La
rapidité des analyses est aussi très importante, car on a besoin de diagnostics « en direct
» pendant les compétitions sportives. Pour les grosses molécules dopantes également
(comme l‘EPO ou l‘hormone de croissance), des techniques très performantes sont
disponibles.
La chromatographie
Il s‘agit de la réalisation d‘un tri entre les différentes espèces moléculaires d‘un
mélange. On va ainsi forcer toutes les molécules à effectuer un parcours commun
parsemé d‘obstacles : certaines espèces le franchiront aisément, d‘autres auront plus de
difficultés. À l‘arrivée, il y aura un échelonnement. Pour entraîner les molécules, il faut
les véhiculer dans un fluide – la phase mobile – qui peut être soit un liquide soit un gaz.
L‘obstacle à franchir, qui ne doit pas être entraîné par la phase mobile, doit être fixe et
produire des effets reproductibles : il constitue la phase stationnaire. Cette phase
stationnaire, le plus souvent emprisonnée dans une colonne, peut être un solide ou un
liquide immobilisé sur un solide.
