La microbiologie et ces applications en biotechnologie

l’observation des microbes n’a pu se faire qu’a partir d’une avancée technique importante : le MICROSCOPE. En 1680 Anton Van Leeuwenhoeck inventa le premier microscope optique lui permettant les premières observations (avec un grossissement de 100 fois environ) des micro-organismes , appelés à l’époque « animalcules ». Jusqu’en 1857, les scientifiques croyaient que les « animalcules » provenaient de la transformation spontanée de la matière organique.

Louis Pasteur réfute l’idée de la génération spontanée. Il appuie sa théorie en prenant comme expérience la transformation du lait, des céréales et jus de fruit. Cette transformation n’est possible que par un ensemencement naturel venant de l’extérieur. Et ces organismes microscopiques seront appelés les ferments. Il utilisera pour cela un récipient clos contenant la solution qu’il portera à ébullition afin de détruire tous les microorganismes présents dans celle-ci. 

Les micro-organismes des usines à tout faire:

La manipulation de la potentialité naturelle des bactéries afin de les améliorer soit métaboliquement en modifiant leur milieu naturel soit génétiquement en modifiant le génome.

 

 

 Ecoli incubated at 50 degrees
(http://www.flickr.com/photos/mooneyes/514363259/)

En 1985: transformation bactérienne possédant le gène humain de l’insuline.

En 1986 :fabrication de l’interféron par des bactéries (fabriqué dans l’organisme à faible dose, il agit à fort dose contre certain cancer).

En 1987 premier vaccin recombinant: la réalisation de ce vaccin consiste à injecter le gène qui code pour l’épitope de la virulence provenant d’une batérie pathogène à une bactérie non pathogène et de l’administrer à l’organisme qui devant sa présence, synthétisera l’anticorps correspondant à cette bactérie pathogène. Un épitope est un déterminant antigénique, c’est à dire une partie d’une molécule reconnue comme étrangère par le système immunitaire… Si un antigène est une protéine par exemple, l’épitope sera la séquence de quelques acides aminés reconnue comme étrangère.

 En 1989: synthèse de l’érythropoïétine par génie génétique (hormone qui provoque l’augmentation de globules rouges dans le sang).

• La microbiologie et ses applications en génie génétique:

l’objectif du génie génétique:

 Le génie génétique est un ensemble de techniques, issues de la biotechnologie, ayant pour objet la modification des génotypes, et donc des phénotypes, par transgénèse. Cette manipulation permet aux cellules receveuses d’acquérir de nouvelles propriétés provenant d’une espèce différente. il consiste à transférer un gène d’une espèce à une autre.

Une des étapes importantes dans le transfert de gène consiste à obtenir des clones c’est à dire isoler et multiplier le gène d’intérêt. Cette étape necessite l’utilisation de bactéries afin d’en assurer leurs transformations, c’est à dire à l’introduction de fragments d’ADN dans celles-ci par l’intermédiaire de vecteurs de clonage. Les vecteurs sont des petits ADN dans lesquels on insère un fragment d’ADN que l’on veut étudier. Ces petits ADN sont généralement des plasmides ou des bactériophages. Pour assurer cette transformation, le choix de la souche bactérienne est très importante: Les bactéries ne doivent pas être hermétique à l’introduction de vecteurs de clonage. Elles doivent posséder une mutation pour le gène qui code pour une protéase.

 La transformation des bactéries peut se faire par 2 méthodes :

Les bactéries et les vecteurs de clonage sont plongées dans une solution de chlorure de calcium. Ce sel de calcium agit sur la paroi des bactéries en créant des orifices. On fait subir dans le même temps un choc thermique en plaçant l’ensemble sur de la glace afin de permettre au plasmide d’entrer en contact avec la paroi puis un retour à une température de 37°C afin d’assurer l’introdution de celui-ci dans la bactérie.

 La technique d’électroporation consiste à placer les bactéries en solution à des impulsions électriques provoquant des pores à travers la paroi et ainsi permettre l’entrée des plasmides.

Exemple d’utilisation de bactéries transformées en vue d’une utilisation médicale:

Une collaboration de l’équipe de Michel Guérineau de l’Institut de Génétique et de Microbiologie (CNRS-université Paris 11) et la société Rhône-Poulenc-Rorer, dans le cadre du programme Bioavenir, ont abouti en 1997 à la construction d’une souche bactérienne génétiquement modifiée de Streptomyces pristinaespiralis produisant un antibiotique, la pristinamycine. La pristinamycine produit normalement par la bactérie est constituée d’un mélange de 2 composants: la pristinamycine I et la pristinamycine II. Cette dernière est elle-même un mélange de 2 molécules: la PIIA qui est le produit final de la voie de biosynthèse et la PIIB qui est le précurseur de la PIIA. Cependant la souche naturelle était incapable d’assurer la bioconversation totale de PIIB vers PIIA, d’ou la necessité de transformer cette souche par génie génétique en y introduisant les gènes codant pour la PIIA synthétase. Les souches possédant ce gène pourront ainsi fabriquer l’enzyme qui assurera la bioconversion de PIIB en PIIA.

Exemple: la modification génétique des bactéries lactiques en vue de leurs utilisations dans la transformation alimentaire.

 Même si à ce jour, il n’y a pas encore de bactéries lactiques transgéniques autorisées dans les aliments, leurs utilisations pourraient apporter des solutions à de nombreux problèmes que rencontre les industries agroalimentaires lors des procédés de fabrications. Ces bactéries pourraient être une réponse aux attaques de bactériophages (virus s’attaquant au bactéries) qui peuvent mettre en echec la fermentation et ainsi diminuer la qualité du produit voir même, si la contamination est importante, détruire la production. On peut bien imaginer les conséquences économiques et sanitaire que cela peut engendrer. Les bactéries lactiques produisent une grande variété de peptides ou de protéines ayant une activité antibactérienne. Ces molécules appelées bactériocines peuvent être une solution dans la sécurité hygiènique de certains fromages. l’utilisation de souches transgéniques deviendraient encore plus efficaces car plus spécifiques vis-à-vis des bactéries cibles. La modification de la structure des bactériocines permettraient également de les rendre moins sensibles aux milieux. La forme sauvage étant moins efficaces dans le fromage que la forme modifiée. L’obtention reproductible du produit est rendu plus difficile d’une part par l’utilisation d’une matière première « comme le lait » très variable en ses élèments imfluançant l’efficacité du système métabolique des bactéries et d’autre part, les souches sauvages présentent une instabilité génétique en particulier pour les caractères impliqués dans l’utilisation de leur source d’énergie glucidique ou des fractions azotées impliquées dans la synthèse de leurs protéines. Modifier génétiquement la régulation des systèmes métaboliques de ces souches permettrait de les rendre moins dépendant de ces variations de milieux de cultures et génétiques.

Exemple: l’utilisation des microorganismes transgéniques en vue d’une application environnementale et industrielle.

La présence de matières toxiques ou dangereuses conduit au développement de certaines bactéries qui les utilisent dans leur métabolisme qui les convertit en produits inoffensifs. Cette observation a amené certains chercheurs à les utiliser pour décontaminer des zones polluées. Ce procédé, appelé la biorestauration, fût expérimenté lors du naufrage du pétrolier Exxon Valdez en 1989 le long des côtes d’Alaska. Actuellement des études sont menées pour perfectionner cette technique en utilisant des bactéries transgéniques, notamment par des groupes de chercheurs en Microbiologie environnementale et Bioingénierie environnementale de l’IRB-CNRC et l’Institut Française du pétrole dont leur étude repose sur l’utilisation de bactéries transgéniques capablent de dégrader le méthyl-tertiobutyl éther (MTBE) dans les eaux souterraines. le MTBE est un additif de l’essence qui contribue à réduire les émissions de monoxyde de carbone et d’hydrocarbures imbrulés. En raison de sa grande solubilité dans l’eau et de la fréquence élevée des déversements, le MTBE contamine de nombreux aquifères.Un groupe de gènes permettant au Mycobacterium austroafricanum d’utiliser le MTBE comme seule source de carbone à pu être isolé et cloné dans une bactérie hétérologue (Mycobacterium smegmatis) afin de confirmer leur rôle.