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I CHAPITRE I. BIOTECHNOLOGIE I.1. Définitions I.1.1 Biotechnologie : La biotechnologie représente une discipline multidisciplinaire qui combine les potentialités d'une entité vivante, ou d'une de ses parties, avec différentes techniques et procédés dans un dessein économique. Actuellement,...

I CHAPITRE I. BIOTECHNOLOGIE I.1. Définitions I.1.1 Biotechnologie : La biotechnologie représente une discipline multidisciplinaire qui combine les potentialités d'une entité vivante, ou d'une de ses parties, avec différentes techniques et procédés dans un dessein économique. Actuellement, la biotechnologie est reconnue comme l'une des technologies les plus émergentes, en raison des avancées significatives de la biologie moléculaire au cours des dernières années. I.1.2. Origine étymologique du terme "Biotechnologie" : Le terme "biotechnologie" est formé de deux éléments : "Bio" dérive du grec "Bios", signifiant la vie. Ce terme a évolué pour donner naissance au mot "Biologie" au début du XIXe siècle. "Technologie" provient 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". I. 1.3. Origines des biotechnologies Origine et développements des biotechnologies - Bref historique : On distingue trois étapes dans l'histoire des biotechnologies : Du Néolithique au début du 20e siècle : utilisation des bactéries, levures, moisissures dans divers domaines tels que l'alimentation, les boissons, et les textiles. Standardisation des procédés de fermentation. Notamment en 1650 avec le procédé d'Orléans pour la fabrication du vinaigre, en 1664 avec la création d'une bière alsacienne réputée, et en 1890 avec le développement des premiers vaccins par Louis Pasteur et Robert Koch. Des années 1920 aux années 1970 : essor de l'industrie des antibiotiques, des vitamines, etc. Découvertes marquantes telles que la pénicilline par Alexander Fleming en 1927 et la compréhension de l'ADN comme support génétique en 1953.  Depuis le début des années 1970 : progrès en génétique, biologie cellulaire, immunologie avec une "maîtrise" du génome grâce au clonage moléculaire. Notamment, les débuts du "génie génétique" en 1972 avec Stanley Cohen et Georges Kohler, et l'annonce du décodage complet du génome humain en 2002. L'identification moléculaire de la structure d'un gène, qu'il soit procaryote ou eucaryote, s'effectue en établissant la séquence nucléotidique de l'unité de transcription et en caractérisant les séquences régulatrices qui permettent son expression. I.4. Histoire et Évolution de la Biotechnologie I.4.1. Biotechnologie Ancienne (avant 1800) : L'histoire de la biotechnologie remonte à l'époque où les gens ont commencé à adopter un mode de vie sédentaire vers 9000 av. J.-C. Cette période a été marquée par la découverte souvent fortuite de procédés de fermentation alimentaire, contribuant à l'amélioration des saveurs et des textures. La délibérée contamination par des bactéries ou des champignons, tels que les moisissures, était une pratique courante. En 1866, Louis Pasteur publie des conclusions établissant le lien direct entre la levure et la fermentation des sucres. Plus tard, en 1915, la production de levure de boulangerie est initiée. I.4.2. Biotechnologie Classique : Cette période voit l'émergence de divers types de boissons (vin, cidre), ainsi que la production de produits tels que le vinaigre, la glycérine, l'acétone, le butanol, l'acide lactique, les antibiotiques, etc. Des transformations chimiques sont employées pour la production de produits thérapeutiques, où le substrat réagit avec une enzyme microbienne pour produire le produit final. I.4.3. Biotechnologie Moderne : En 1953, JD Watson et FHC Crick lèvent le voile sur les mystères entourant l'ADN en proposant le modèle structurel de l'ADN, connu sous le nom de "modèle double hélice de l'ADN". Cet événement marque le début de la biotechnologie moderne. I.5 Grands Enjeux Actuels des Biotechnologies et Bionanotechnologies Nanotechnologies: Un nanomètre est environ 500 000 fois plus fin que l'épaisseur d'un trait de stylo à bille, 30 000 fois plus fin que l'épaisseur d'un cheveu et 100 fois plus petit qu'une molécule d'ADN. Les nanotechnologies englobent des nano-objets, des particules, fibres ou tubes dont la taille varie entre 1 et 100 nm. Les nanomatériaux, composés ou constitués de nano-objets, présentent des propriétés améliorées liées à la dimension nanométrique. Ces nanotechnologies, débutées au début des années 1980, ont des applications majeures dans les domaines des technologies de l'information, de la santé, des nouveaux matériaux et de l'énergie. Nanobiotechnologie : La nanobiotechnologie peut être définie de différentes manières. Certains la décrivent comme l'application de techniques nanotechnologiques pour le développement et l'amélioration de produits et processus biotechnologiques. D'autres réservent le terme "bionanotechnologies" pour décrire l'utilisation de composantes biologiques à l'échelle nanométrique. En pratique, ces termes sont souvent fusionnés sous la catégorie générale de "nanobiotechnologie". I.6. Définition des Biotechnologies Vertes, Blanches, Rouges, etc. Le thème central de cette section réside dans la notion que la biotechnologie est actuellement un domaine extrêmement vaste de la recherche scientifique, et le terme "biotechnologie" englobe divers processus et applications, dont beaucoup ne viennent pas immédiatement à l'esprit lorsqu'on évoque ce terme. a. Biotechnologie Rouge (Médicale) : La biotechnologie rouge regroupe toutes les utilisations de la biotechnologie liées à la médecine. Cela inclut la production de vaccins et d'antibiotiques, le développement de nouveaux médicaments, les techniques de diagnostic moléculaire, les thérapies de régénération, et l'application du génie génétique pour traiter les maladies par manipulation génétique. Des exemples pertinents englobent la thérapie cellulaire, la médecine régénérative, la thérapie génique, et les médicaments basés sur des molécules biologiques comme les anticorps thérapeutiques. b. Biotechnologie Blanche (Industrielle) : La biotechnologie blanche englobe toutes les utilisations de la biotechnologie liées aux processus industriels. Ce secteur, appelé biotechnologie blanche, accorde une attention particulière à la conception de processus et de produits à faible consommation de ressources, les rendant plus écoénergétiques et moins polluants que les méthodes traditionnelles. Cela englobe l'utilisation de microorganismes dans la production de produits chimiques, la conception et la fabrication de nouveaux matériaux pour un usage quotidien (plastiques, textiles...), et le développement de sources d'énergie durables comme les biocarburants. c. Biotechnologie Grise (Environnementale) : La biotechnologie grise englobe toutes les applications de la biotechnologie directement liées à l'environnement, incluant la préservation de la biodiversité et l'élimination des contaminants. Pour la préservation de la biodiversité, elle utilise des techniques de biologie moléculaire pour l'analyse génétique des populations et des espèces dans les écosystèmes, ainsi que des techniques de clonage pour préserver les technologies de stockage des espèces et des génomes. En ce qui concerne l'élimination des polluants ou la bioremédiation, la biotechnologie grise utilise des microorganismes et des plantes pour isoler et éliminer diverses substances telles que les métaux lourds et les hydrocarbures, avec la possibilité de réutiliser ces substances ou leurs sous- produits. d. Biotechnologie Verte (Agricole) : La biotechnologie verte se concentre sur l'agriculture en tant que domaine de travail. Les approches biotechnologiques vertes incluent la création de nouvelles variétés végétales d'intérêt agricole, la production de biofertilisants et de biopesticides, en utilisant des cultures in vitro et des plantes de clonage. La création de variétés végétales modifiées, principalement par transgenèse, vise à développer des variétés résistantes aux ravageurs et aux maladies, ayant des propriétés nutritionnelles améliorées, et pouvant servir de bio-usines pour la production de substances d'intérêt médical, biomédical ou industriel. e. Biotechnologie Bleue (Marine) : La biotechnologie bleue exploite les ressources maritimes pour créer des produits et des applications d'intérêt industriel. En tirant profit de la biodiversité marine, elle offre des opportunités dans divers secteurs. La biotechnologie bleue utilise des matières premières marines, notamment des hydrocolloïdes et des gélifiants, largement utilisées dans l'alimentation, la santé, et d'autres domaines. Elle bénéficie également à la médecine et à la recherche grâce à l'utilisation de molécules provenant d'organismes marins, tandis que des biomatériaux et des agents régénératifs sont étudiés pour leur utilisation dans ces secteurs. D'autres domaines tels que l'agriculture et les cosmétiques explorent le potentiel de la biotechnologie bleue pour leur développement futur.   Principales applications de la biotechnologie utilisant le code des couleurs Les différents biomatériaux et leur utilisation On distingue cinq grandes catégories de biomatériaux : 1) les matériaux d'origine naturelle; 2) les métaux et alliages métalliques; 3) les céramiques; 4) les polymères. Les métaux et les polymères constituent la majeure partie des biomatériaux utilisés aujourd’hui. 1. Les matériaux d'origine naturelle Le souci de biocompatibilité des matériaux a orienté les chercheurs vers des matériaux d'origine naturelle. Les applications existantes de ces matériaux sont très nombreuses :  la greffe (transplantation): c'est le transfert sur un patient receveur d’un tissu ou d’un organe provenant du patient lui-même (autogreffe), ou d’un autre individu (le donneur) de même espèce (allogreffe), ou de deux espèces différentes proche génétiquement (hétérogreffe). Il est utilisé pour greffes vasculaires, cornée de l’œil, valves cardiaques, tendons et ligaments, etc.