Applications des biotechnologie Secteurs très variés Applications des biotechnologie

Le génie génétique en médecine Page 60 But ? Fabriquer des protéines Exemple: insuline Où la trouve-t-on ? Porc (≠ 1 a.a.) 50 pancréas /1 diabète (1 an) Efficacité / effets secondaires !!! Diabétiques (↓ taux de glucose dans le sang)

Le génie génétique en médecine Page 60 Insuline humaine 1er médicament conçu par génie génétique commercialisé (1982) Sa structure 2 chaînes polypeptidiques A = 21 a.a. B = 30 a.a. Avantage !!! Séquence primaire connue → synthèse chimique des séquences d’ADN + 2 S-S = insuline fonctionnelle

Production insuline humaine Page 60

L’empreinte génétique Page 61 = profil ADN 1er utilisation comme preuve devant la justice en GB (1986) Procédure ? Identification du motif de séquences spécifiques, unique pour chaque individu ? - Gènes - ADN non condant

L’empreinte génétique Page 61 ADN non codant utilisé ? Courtes séquences (2 à 5 nucléotides) répétées en tandem plusieurs fois (variable (individu)) Exemple: GAC GAC GAC = microsatellites

L’empreinte génétique Page 61 Protocole: 1.- Récolter ADN (¢ de la racine des cheveux – pellicules de la peau – tâches de sang)

L’empreinte génétique Page 61 Protocole: 2.- Amplification par PCR (amorces)

L’empreinte génétique Page 61 Protocole: 3.- Electrophorèse

L’empreinte génétique Page 61 Validité ? 9 microsatellites différents analysés → identification soit statistiquement valable 1 PCR avec neuf paires d’amorces couplées à des marqueurs fluorescents différents.

Organismes transgéniques Pages 61-63 1ère génération de médicaments (génie génétique) Problèmes ? Procaryotes Epissage ARNm et modifications post-traductionnelles Protéines eucaryotes ???

Organismes transgéniques Pages 61 2ème génération de médicaments (génie génétique) ¢ eucaryotes transgéniques Animaux transgéniques Plantes transgéniques

Animal transgénique Page 62 2008 Antithrombine = 1er médicament produit et autorisé en Europe = Protéine plasmatique inhibiteur de la coagulation sanguine Importante: individus ave déficit héréditaire → thrombose

Animal transgénique Protocole ? Technique utilisée = micro-injection Page 62 Protocole ? Technique utilisée = micro-injection

Animal transgénique Page 62 En 1 année, 1 chèvre → quantité antithrombine = extraction de 90’000 dons de sang

Animal transgénique = gene pharming Succès de la technique ? Page 62 = gene pharming Les animaux utilisés: Moutons Chèvres Vaches Porcs Succès de la technique ? Très faible 1% des zygotes micro-injectés se développent → animal c caractère désiré < 10% de ces animaux c gène dans leurs gamètes

Végétaux transgénique Page 62 = génie génétique vert → OGM végétaux En laboratoire Modifier ¢ végétales ou protoplastes → régénérer une plante entière C propriétés désirées

Végétaux transgénique Page 62 1990 Buts ? Améliorer le rendement des plantes Rendre résistants aux parasites Et ensuite… Améliorer valeur nutritive des plantes

Végétaux transgénique Page 62 Aujourd’hui, Plantes transgéniques Produit biocarburants Bioplastiques Produits pharmaceutiques Hormones (protéines) Vaccins Antibiotiques

Maïs Bt «1er» OGM alimentaire cultivé à grande échelle Pourquoi Bt ? Page 63 «1er» OGM alimentaire cultivé à grande échelle Pourquoi Bt ? Gène Bt (Bacillus thuringiensis) → toxine = insecticide Gène Bt → maïs (¢) → certains ravageurs post-récolte (pyrale du maïs) ↑ ↑

Carence → ↓croissance → mort Maïs Bt Avidine Biotine (vit. H) Carence → ↓croissance → mort Gène de l’avidine

PdT Amflora® ? 2010 → autorisation en EU Son but ? Page 63 2010 → autorisation en EU Son but ? Ressource renouvelable pour l’industrie de l’amidon (non alimentaire). ½ amidon utilisé provient des pdts ?

PdT Amflora® Amidon de la Pdt est composé ¼ amylose ¾ amylopectine Page 63 Amidon de la Pdt est composé ¼ amylose ¾ amylopectine Pdt sans amylose Comment ? Amidon synthétase

PdT Amflora® Page 63 Même promoteur

Autre exemple Pdt «vaccin» Hépatite B (virus) 2 milliards de personnes infectées dans le monde Où ? L’accès à la vaccination est limité (prix) Solution ? Les pays en développement Produire des vaccins moins coûteux

Autre exemple Pdt «vaccin» Hépatite B (virus) Comment faire ? Réponse immunitaire chez l’homme

Autre exemple Pdt «vaccin» Hépatite B (virus) Comment faire ? Isoler gènes codants pour les antigènes de surface Production Système pas optimal !!!!

Autre exemple Pdt «vaccin» Hépatite B (virus) Comment faire ? Isoler gènes codants pour les antigènes de surface Production Pas assez d’antigènes !!!

Autre exemple Pdt «vaccin» Hépatite B (virus) Comment faire ? Isoler gènes codants pour les antigènes de surface [antigènes] ↑↑ → immunisation orale !!! Production

Autre exemple Pdt «vaccin» Hépatite B (virus) Des souris nourries trois fois par semaine avec des tubercules de pomme de terre transgéniques ont développé une réponse immunitaire anti-virus hépatite B. Les souris témoins n'ont pas développé cette réponse immunitaire. L'immunisation orale semble résulter de l'activation des tissus lymphoïdes dans l'intestin. Il s'est avéré qu'une trop forte concentration en antigène pouvait être phytotoxique.

Les alicaments Pages 63-64

Les alicaments Définition Page 63 Définition Aliments ayant un impact positif sur la santé

Les alicaments Arguments favorables: Ingestion Page 64 Arguments favorables: Ingestion Fabrication par OGM végétaux plus économique Administration facilitée et moins risquée Acheminement simplifié vers le Tiers Monde

Les alicaments Banane vaccin (protéines) Page 64 Banane vaccin (protéines) → gastro-entérites (Norwalk Virus (NV)) = diarrhée → causer la mort de milliers d’enfants (Tiers Monde)

Banane vaccin Avantages ? Page 64 Avantages ? Bananiers poussent dans les régions du Tiers Monde Bananes sont appréciées des enfants Bananes sont consommées crues Vacciner à faible coût les populations des pays en voie de développement

Cultures de ¢ en médecine Page 64 Pourquoi ? Tester l’effet des médicaments ou des biomatériaux Lentilles de contact Prothèses dentaires Remplacer les expérimentations animales

Cultures de ¢ en médecine Page 64 Quelles cellules ? Hépatiques Détoxification

Cultures de ¢ en médecine Page 64 Autre fonction ? Production simplifiée et accélérée de vaccin antiviraux Vaccin contre la grippe Utilisation d’embryons d’oeufs de poulet (9mois) 2007, culture de cellules Avantages: rapide (4 mois) et flexible

Vaccin contre la grippe Page 65

Cultures de ¢ en médecine Pages 65-66 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales But Avantages Méthode Inconvénients Protocole de greffe

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales (patient) Buts: Traiter les grands brûlés Traiter certaines maladies cutanées

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Avantages: Prélever des bouts de peau sur des cadavres → rejet

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Méthode: 1984, chercheurs américains, culture + greffe sur le corps d’un individu brûlé des sections d’épiderme à partir d’un petit échantillon de ses propres Ȼ épidermiques.

Cultures de ¢ en médecine Coupe de peau:

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Inconvénients: Portions de peau = épiderme Fonctionnalité ↓ sensibilité ↓ flux nerveux Transpiration et pilosité ↓ élasticité et ↓ régulation thermique

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Inconvénients: Durée de reconstitution = 3 semaines avant la greffe Patient n’a pas de peau Infections Déshydratation

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Inconvénients: Durée de reconstitution = 3 semaines avant la greffe Patient n’a pas de peau Infections Déshydratation Comment prévenir ces risques ?

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Inconvénients: Durée de reconstitution = 3 semaines avant la greffe Patient n’a pas de peau Infections Déshydratation Comment prévenir ces risques ? Xénogreffe Allogreffe

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Inconvénients: Durée de reconstitution = 3 semaines avant la greffe Patient n’a pas de peau Infections Déshydratation Comment prévenir ces risques ? Xénogreffe Allogreffe

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Inconvénients: Durée de reconstitution = 3 semaines avant la greffe Patient n’a pas de peau Infections Déshydratation Comment prévenir ces risques ? Xénogreffe Pansement biologique → ↓ pertes liquidiennes Allogreffe

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Inconvénients: Durée de reconstitution = 3 semaines avant la greffe Patient n’a pas de peau Infections Déshydratation Comment prévenir ces risques ? Xénogreffe Pansement biologique → ↓ pertes liquidiennes Allogreffe Problème !!

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Remplacement des cellules endommagées Cultures de cellules épithéliales Protocole de greffe:

Protocole de greffe Page 8 Ȼ épidermiques Biopsie de 2cm2 2 semaines

Protocole de greffe Page 65 greffe Jusqu’à quand ? greffe greffe

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Un grand brûlé à 90% Recouvert totalement après 3 mois

Cultures de ¢ en médecine Page 65 Inconvénients de la technique Manque de souplesse de la peau = cartonnée Pourquoi ? Le derme

Cultures de ¢ en médecine Coupe de peau: Matrice de fibre de collagène Différentes Ȼ Vaisseaux

Cultures de ¢ en médecine Coupe de peau: Couche graisseuse Injection de Ȼ graisseuses (ventre ou fesses) après cicatrisation complète

Cultures de ¢ en médecine Page 66 Avantage de ces injections: Eviter que la peau colle Aux tissus sous-cutanés Aux muscles Problèmes de mobilité

Le clonage Ses applications: en recherche fondamentale Pages 66-67 Ses applications: en recherche fondamentale dans le domaine agronomique dans les domaines médical et pharmaceutique le clonage thérapeutique

Le clonage Ses applications: en recherche fondamentale Page 66 Ses applications: en recherche fondamentale dans le domaine agronomique dans les domaines médical et pharmaceutique le clonage thérapeutique

Clonage – recherche fondamentale Page 66 Le clonage associé à la transgenèse → avancer la recherche fondamentale = est le fait d'introduire un ou plusieurs gènes dans un organisme vivant.

Clonage – recherche fondamentale Page 66 Le clonage associé à la transgenèse → avancer la recherche fondamentale - Comprendre le fonctionnement du génome - Comprendre les processus de développement embryonnaire

Clonage – recherche fondamentale Page 66 Avantages dans la pratique Utilisation de témoins quasi-identiques dans les expériences → ↓ variabilité inter-individu

Le clonage Ses applications: en recherche fondamentale Page 66 Ses applications: en recherche fondamentale dans le domaine agronomique dans les domaines médical et pharmaceutique le clonage thérapeutique

Clonage - domaine agronomique Page 66 Le clonage associé à la transgenèse → perspectives pour les animaux d’élevage - Produire et reproduire des animaux performants - Créer des animaux résistants à certaines maladies

Clonage - domaine agronomique Page 66 Le clonage associé à la transgenèse → perspectives pour les animaux d’élevage - Produire et reproduire des animaux performants - Créer des animaux résistants à certaines maladies

Clonage - domaine agronomique Page 66 Produire et reproduire des animaux performants: Transgenèse → améliore les performances Hormones de croissance introduites chez des espèces Saumon Truite Carpe …

Clonage - domaine agronomique Page 66 Produire et reproduire des animaux performants: Transgenèse → améliore les performances Travaux en cours … ↑ croissance de la laine chez le mouton Qualité du lait pour la consommation humaine

Clonage - domaine agronomique Page 66 Le clonage associé à la transgenèse → perspectives pour les animaux d’élevage - Produire et reproduire des animaux performants - Créer des animaux résistants à certaines maladies

Clonage - domaine agronomique Page 66 Créer des animaux résistants à certaines maladies: Transgenèse de gènes qui s’opposent à l’infection ou la propagation d’organismes pathogènes Gènes de résistance naturelle à des maladies Gènes qui peuvent empêcher un virus de pénétrer une Ȼ ou de s’y répliquer

Le clonage Ses applications: en recherche fondamentale Pages 66-67 Ses applications: en recherche fondamentale dans le domaine agronomique dans les domaines médical et pharmaceutique le clonage thérapeutique

Clonage - domaines médical et pharmaceutique Page 66 Le clonage associé à la transgenèse - Animaux transgéniques comme modèles pour les maladies humaines - Les organes du porc pour d’éventuelles xénogreffes - Animaux transgéniques produisant des molécules pharmaceutiques - Remédier à la stérilité humaine

Clonage - domaines médical et pharmaceutique Page 66 Le clonage associé à la transgenèse - Animaux transgéniques comme modèles pour les maladies humaines - Les organes du porc pour d’éventuelles xénogreffes - Animaux transgéniques produisant des molécules pharmaceutiques - Remédier à la stérilité humaine

Clonage - domaines médical et pharmaceutique Page 66 Modèles pour les maladies humaines: Animaux domestiques miment plus ou moins bien certaines maladies humaines Lapin Athérosclérose Infection par le VIH La mucoviscidose

Clonage - domaines médical et pharmaceutique Page 66 Le clonage associé à la transgenèse - Animaux transgéniques comme modèles pour les maladies humaines - Les organes du porc pour d’éventuelles xénogreffes - Animaux transgéniques produisant des molécules pharmaceutiques - Remédier à la stérilité humaine

Clonage - domaines médical et pharmaceutique Page 66 Organes de porc → xénogreffes Pourquoi le porc ? Taille des organes ≈ taille des organes humains Résoudre les problèmes de dons d’organes

Clonage - domaines médical et pharmaceutique Page 66 Le clonage associé à la transgenèse - Animaux transgéniques comme modèles pour les maladies humaines - Les organes du porc pour d’éventuelles xénogreffes - Animaux transgéniques produisant des molécules pharmaceutiques - Remédier à la stérilité humaine

Clonage - domaines médical et pharmaceutique Page 66 Animaux transgéniques → molécules pharmaceutiques Animaux d’élevage = « bio-réacteurs » Exemples: Bactéries → insuline Ovins et caprins → facteur IX, protéine de coagulation (lait)

Clonage - domaines médical et pharmaceutique Page 67 Le clonage associé à la transgenèse - Animaux transgéniques comme modèles pour les maladies humaines - Les organes du porc pour d’éventuelles xénogreffes - Animaux transgéniques produisant des molécules pharmaceutiques - Remédier à la stérilité humaine

Vers le clonage thérapeutique Page 67 De quoi s’agit-il? Consiste à créer un embryon cloné à partir de cellules d’un patient, dans le but de produire des lignées de tel ou tel tissu, dont le patient aurait besoin (greffe de peau, de muscle…)

Vers le clonage thérapeutique Page 67 Limites actuelles de la techniques: - Mécanismes de différenciation cellulaire (à partir de cellules souches) encore mal connus.

Vers le clonage thérapeutique Page 67 Clonage reproductif / clonage thérapeutique

Les xénogreffes Définition Pages 67-69 Définition Prélever un organe ou un tissu animal pour le greffer sur un être humain, après quelques manipulations pour le rendre acceptable.

Les xénogreffes Pourquoi ? Page 67 Pourquoi ? Résoudre le problème de pénurie de donneurs d’organes humains

Les xénogreffes Problèmes ? Rejet du greffon Ethiques Page 67 Problèmes ? Rejet du greffon Ethiques Compatibilité physiologique

Les xénogreffes Les espèces intéressantes: Page 14 Les espèces intéressantes: Singe (babouin et chimpanzé) Porc transgénique

Les xénogreffes Page 68 SINGE (babouin et chimpanzé) PORC transgénique Le plus proche de l'homme sur le plan immunologique Porc humanisé dont l'endothélium ne s'activera plus au contact du sang humain. Risques de transfert de maladies élevés Organes physiquement proches de ceux de l'homme. Elevage long et parfois difficile Elevage facile car reproduction rapide.

Les xénogreffes Aujourd’hui Greffes de tissus Page 68 Aujourd’hui Greffes de tissus Tissus conjonctifs bovins ou porcins (80) Valves cardiaques

Les xénogreffes Page 68 A long terme Greffes d’organes ↑ recherches

Comment éviter le rejet ? Les xénogreffes Page 68 = rejet « hyper aigu » SI Porc Cellule Noyau ADN GGTA1 Comment éviter le rejet ? Gène Chez tous les mammifères sauf chez le singe et l’homme Sucre Lors d’une greffe chez l’homme

Les xénogreffes Eviter le rejet Page 68 Eviter le rejet Masquer la molécule porcine avec des molécules humaines Comment ? Porcs transgénique (gène humain)

Les xénogreffes Porc Problème ? SI peut trouver la supercherie Page 69 Cellule Noyau GGTA1 ADN Gène humain Problème ? Gène Sucre SI peut trouver la supercherie

Les xénogreffes Eviter le rejet Page 69 Eviter le rejet Désactiver chez les porcelets le gène GGTA1 Comment ? Par clonage et insertion de noyau de Ȼ trafiquées → ovocyte énucléé

Les xénogreffes Page 69 En 2002 Naissance de porcelets possédant des gènes GGTA1 désactivés et sans l’alpha-1-galactose = porc « knock-out » Rejet

Les xénogreffes La partie n’est pas encore gagnée… Page 69 La partie n’est pas encore gagnée… L’inactivation d’un gène est insuffisante Une dizaine de gènes devraient être modifiés Présence de rétrovirus → infections humaines → recombinaison avec virus humains → ↑ dangerosité Barrière de l’espèce ? Expériences ont montré que certains virus porcins → Ȼ de souris