Biotechnologies et santé : techniques de base et applications

Les techniques

Production antibiotiques (mise en oeuvre industrielle)

Document de synthèse

Le clonage

On distingue deux grands types de clonage : le clonage reproductif et le clonage thérapeutique, chacun ayant son champs d’application et sa législation.

Pour en savoir plus sur le clonage

Cultures cellulaires

Les différents types de cultures se distinguent par cinq critères :

L’origine des cellules

·         végétale,

·         animale ou humaine.

La nature des cellules

·         cellules libres ou circulantes (cellules sanguines),

·         cellules provenant d’un tissu, d’un organe,

·         cellules saines ou tumorales ou infectées ou transformées ou transfectées.

Le type de culture cellulaire

·         culture primaire (nombre réduit de divisions) : le risque majeur est celui associé à
la présence d’agents infectieux,

·         culture de lignées cellulaires (durée de vie indéfinie) : elles proviennent de tumeurs
spontanées ou de cellules transformées par immortalisation,

·         culture de cellules transfectées.

Le mode d’immortalisation (cas des cellules transformées)

·         par un oncogène,

·         par un virus (polyome, SV40, virus du sarcome de Rous, virus d’Epstein-Barr…),

·         par un produit chimique tel qu’un agent mutagène (nitrosoguanidine, méthanesulfonate d’éthyl…).

Le risque lié à la culture de cellules immortalisées est donc lié à l’agent utilisé pour l’immortalisation ainsi qu’à la possibilité d’une éventuelle production de cet agent (s’il est biologique) par les cellules.

Les milieux de culture

·         facteurs de croissance,

·         facteurs d’attachement,

·         autres additifs : vitamines, ions, hormones, protéines de transport, sérum d’origine humaine ou animale, sang, liquide amniotique…

·         agents promoteurs de tumeurs,

·         antibiotiques, antifongiques,

·         produits génotoxiques : thioguanine, aminoptérine.

La production par les cellules de : protéines, virus, parasites, bactéries.

La culture de cellules en diaporama

Médicaments OGM (document de synthèse)

Un OGM est défini par la réglementation européenne comme « un organisme dont le matériel génétique a été modifié d’une manière qui ne s’effectue pas naturellement par multiplication et/ou par recombinaison naturelle ». La modification en question consiste en le transfert d’un ou de quelques gènes depuis un autre organisme (de la même espèce ou d’une autre espèce), ou l’inactivation de gènes.

Des protéines humaines peuvent être produites par des bactéries, des levures, des cellules en culture, des animaux et des plantes dont le patrimoine héréditaire a été modifié en vue de la production de ces protéines. On parle d’animaux ou de plantes transgéniques. Le terme OGM, organismes génétiquement modifiés, s’applique habituellement aux plantes.

Les cultures de cellules modifiées

La technique la plus répandue aujourd’hui est la culture de cellules dite « en milieu confiné ». En fait, on identifie la séquence d’ADN humain qui permet de fabriquer une protéine intéressante. On l’introduit dans des bactéries, des levures ou des cellules animales en culture. L’organisme en question va alors fabriquer le composé avec sa machinerie cellulaire. Il suffit alors de le purifier pour l’utiliser sous une forme facile à administrer. Plus de 80 produits sont fabriqués par cette méthode actuellement : l’EPO et d’autres hormones telles que l’insuline, la FSH, la LH…, les interférons. Or toutes ces molécules n’auraient pas pu être produites (ou pas en quantités suffisantes) par d’autres procédés.

Les animaux transgéniques en tant que producteurs

La demande croissante de ces nouveaux médicaments incite les scientifiques à envisager des systèmes de production plus efficaces encore. Pour ce faire, il faut non pas modifier génétiquement quelques cellules, mais une plante ou un animal entier ! On introduit alors le morceau d’ADN dans l’organisme de l’hôte. Puis on s’arrange pour que la molécule d’intérêt soit exprimée par des parties facilement accessibles. Pour les plantes, ce seront par exemple les feuilles, les fruits… Pour les animaux, le lait par exemple est un bon candidat.

Les plantes transgéniques

L’hormone de croissance humaine a été la première protéine d’intérêt thérapeutique à être produite par une plante transgénique, le tabac, en 1986. Depuis lors diverses autres protéines comme l’interféron alpha, l’érythropoïétine, l’albumine sérique, des anticorps, des enveloppes protéiques de virus, des toxines, ont été produites par le tabac ou d’autres plantes comme la tomate, la pomme de terre, le maïs.

L’avantage des plantes, par rapport aux autres organismes, est de pouvoir produire de grandes quantités de protéines. La production de protéines par les plantes est appelée en anglais « molecular farming », agriculture moléculaire.

Quelle que soit leur source de production, les protéines synthétisées doivent généralement avant d’être utilisables subir une isolation et une purification, voire des modifications post-translationnelles (post-traductionnelles).

On peut aussi utiliser les plantes OGM en vue de créer de nouvelles phytothérapies ou des plantes médicinales plus efficaces.

L’homme OGM ou la thérapie génique

Méthode thérapeutique, pour l’heure expérimentale, qui repose sur une idée simple : si un gène est responsable d’une maladie, il suffit de remplacer le gène défectueux par le gène intact pour guérir la maladie. La thérapie génique utilise des gènes comme médicaments pour traiter certaines maladies génétiques ou pour modifier un comportement cellulaire. Il s’agit de transférer des gènes dans les cellules des patients afin de produire des protéines thérapeutiques spécifiques nécessaires pour combattre ou corriger les maladies visées.

Pour en savoir plus sur la thérapie génique

Les applications

Cultures de cellules

Animaux complets OGM

·         Au mois de juin 2006, l’Agence européenne pour l’évaluation des médicaments (EMEA) a accordé une autorisation de mise sur le marché, pour tous les pays de l’Union, à une protéine extraite du lait de chèvres transgéniques, émanant d’une entreprise américaine de biotechnologies, GTC Biotherapeutics. Ce médicament, l’ATryn, contient de l’antithrombine alpha, normalement produite dans le corps humain, et qui élimine les caillots de sang avant qu’ils ne deviennent nocifs. Elle est administrée aux personnes qui ne disposent pas du gène à l’origine de la production d’antithrombine alpha, ce qui les rend susceptibles à un risque de thrombose (caillot de sang bouchant une artère). Les protéines humaines issues d’animaux OGM semblent donc avoir de beaux jours devant elles.

 Pour en savoir plus sur l’ATryn

·         En Argentine des scientifiques viennent de réaliser une première mondiale : la naissance coup sur coup de quatre veaux clonés transgéniques porteurs du gène de l’insuline humaine. Arrivés à maturité, ces veaux pourront produire une quantité importante de cette protéine (environ 6 kg/an), utilisée dans le traitement du diabète. La protéine, sécrétée dans le lait, n’aura alors plus qu’à être extraite par chromatographie.

Thérapie génique

Il y a quelques années, on croyait que la thérapie génique servirait uniquement à remplacer un gène défectueux et à corriger des maladies héréditaires. Toutefois, le temps en a décidé autrement puisque la majorité des essais cliniques de nos jours se fait sur des patients atteints de maladies acquises (voir le tableau ci-dessous).

Aujourd’hui, c’est en cancérologie que se déroule le plus grand nombres d’essais cliniques de thérapie génique. Pourquoi observe-t-on une dominance des essais en cancérologie ? C’est parce que le nombre de personnes concernées est très élevé et qu’on n’a pas de traitements efficaces pour de nombreux cancers.

Les tests diagnostics

Les tests ADN au service de la justice