biotechlnoty

1. Université de Relizane
Faculté des sciences et de la technologie
Département des sciences agronomiques
Master II : 2021-2022 / Agroalimentaire et contrôle de qualité
Module de biotechnologie
alimentaire
Enseignante: Dr BOUKHENNOUFA A
Année universitaire :2023/2024

2. 1. Introduction
La biotechnologie est une science multidisciplinaire qui
associe les potentialités d’un microorganisme ou des dérivés
de ceux-ci 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.

3. .
Schéma récapitulatif de la fabrication de la bière

4. 1.1. 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.

5. 1.2.Chronologie de la biotechnologie alimentaire
La chronologie ci-dessous présente l’évolution de la
biotechnologie alimentaire de la plus ancienne domestication
des plantes et des animaux à des méthodes modernes et
efficaces de sélection et de production des plantes et des
animaux dotés des qualités les plus désirées.
• 8500–5500 avant Jésus-Christ : Les gens commencent à se
sédentariser et à faire pousser des plantes et élever des
animaux, le meilleur de leur récolte étant conservé pour
servir de semence l’année suivante.
• 1800 avant Jésus-Christ Les Babyloniens améliorent la
qualité des dattiers en pollinisant des arbres femelles avec
le pollen d’arbres mâles présentant des caractéristiques
désirées.

6. • 1863 En observant des plantes de pois dans un jardin, le
célèbre scientifique Mendel conclut que certaines «
particules invisibles » (qui deviendront par la suite des
gènes) transmettent des traits de génération en génération
d’une manière prévisible et donc les lois de l’hérédité
commencent à être comprises.
• 1875 Création du premier grain hybride blé-seigle, plus
résistant et présentant un rendement plus élevé.
• 1961 enregistre le Bacillus thuringiensis (Bt), premier
biopesticide.

7. • 1973 Les scientifiques Cohen et Boyer transfèrent avec
succès du matériel génétique d’un organisme à un autre.
• 1986 la culture commerciale des premières plantes
génétiquement modifiées, culture du tabac résistant au
virus de la mosaïque du tabac.
• 1992 La FDA instaure une politique stipulant que des
aliments provenant de plantes biotechnologiques seraient
réglementés de la même manière que les autres aliments.

8. • 1993 L’utilisation de la somatotropine bovine recombinante
(rbST)—protéine naturelle reproduite au moyen de la
biotechnologie est utilisée chez les vaches afin
d’augmenter la production de lait—est approuvée aux
États-Unis.
• 1994 Les premiers aliments produits par la biotechnologie,
la tomate FlavrSavr®, fait son entrée sur le marché après
que la FDA a émis son avis consultatif sur la sécurité. La
courge résistante aux virus est également plantée.
• 1996 Des variétés biotechnologiques de soja, de coton, de
maïs, de colza, de tomate et de graines de pomme de terre
sont plantées sur 4,5 millions d’acres en Argentine, en
Australie, au Canada, en Chine, au Mexique et aux Etats-
Unis.
• 1996 La brebis Dolly est le premier clone d’animal à naître.

9. • 1998 Le maïs doux protégé contre les insectes est
également planté.
• 1999 L’EnviropigMC™ est génétiquement modifié au
Canada pour produire une enzyme dans sa salive qui doit
lui permettre d’obtenir plus de phosphore à partir de son
alimentation. Cela doit permettre de réduire l’écoulement
de phosphore dans les cours d’eau.

10. • 2008 La FDA publie son évaluation du risque sur les clones
d’animaux, concluant que la nourriture produite à partir de
clones est aussi sûre que d’autres aliments.
• 2008 La betterave à sucre produite par la biotechnologie est
commercialisée.
• 2011 Les variétés de soja riche en acide oléique aux
niveaux plus élevés de matières grasses mono-insaturées
bonnes pour la santé du cœur sont disponibles aux États-
Unis.
• 2011 Des aliments complets supplémentaires améliorées
par la biotechnologie sont soumis à l’examen du
gouvernement, y compris les pommes non brunissantes et
les pommes de terre à faible teneur en acrylamide.

11. • 2012 Des chercheurs rapportent que la première vache «
hypoallergénique », Daisy, a été génétiquement modifiée
• 2012 Les cultures biotechnologiques sont plantées sur
170,3 millions d’acres par 17,3 millions d’agriculteurs dans
28 pays. Plus de 90% des agriculteurs qui plantent des
semences biotechnologiques sont de petits agriculteurs
pauvres en ressources des pays en développement.

12. 1.3. Objectifs de l’utilisation de la biotechnologie en
agronomie:
-Répondre aux défis sociaux et économiques :
• Aliments de qualité, production durable
• Luter contre les pathologies liées à l'alimentation
(cardiovasc., obésité…).
• Lutter contre les maladies infectieuses animales et les
zoonoses.
• Biomateriaux à partir de bio-ressources
-Impliquer tous les acteurs (industrie) dans la recherche
-Coordonner les programmes de recherche nationaux
-Soutien aux politiques
-Réponse rapide à des besoins de recherche émergents

13. 1.3. Les biotechnologies vertes, blanches, et rouges. etc.
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.
a. La biotechnologie rouge

14. b. Biotechnologie blanche / Industrie
La biotechnologie blanche comprend toutes les utilisations de
la biotechnologie liées aux procédés industriels - c'est
pourquoi elle s'appelle 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.
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.

15. c. Biotechnologie grise / Environnement
La biotechnologie grise comprend toutes les applications de la
biotechnologie directement liées à l'environnement. Ces
applications peuvent être l'entretien de la biodiversité et
l'élimination des contaminants.
d. 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.

16. e. 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.

17. 1.La biotechnologie alimentaire moderne
Définition
Selon la définition de la Commission du Codex Alimentarius (CAC
2001), la biotechnologie moderne s’entend:
•de l’application des techniques in vitro aux acides nucléiques, y compris
la recombinaison de l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’introduction
directe d’acides nucléiques dans des cellules ou organites;

18. La recombinaison génétique est un échange d'information
génétique entre deux génomes différents ou bien entre deux
chromosomes. Il s'agit en général d'un échange entre fragments d'ADN.

19. •de la fusion cellulaire d’organismes n’appartenant pas à la même famille
taxonomique, qui surmontent les barrières naturelles de la physiologie de
la reproduction ou de la recombinaison et qui ne sont pas des techniques
utilisées pour la reproduction et la sélection de type classique ».

20. Acide désoxyribonucléique
L’ADN est le support de toute information génétique, cette
macromolécule présente dans toutes les cellules à l’exception de certains
virus (qui contiennent de l’ARN). cette dernière permettant le
fonctionnement, le développement et la reproduction des êtres vivants.

21. La structure réelle complète de l’ADN avec
appariement des bases (cytosine – guanine et
thymine- adénine).

22. Les bases A, T, C ou G se mettent toujours en position 1’ du
désoxyribose. Chaque brin est obtenu par la polymérisation alternée de
base azotée de sucres et de phosphates. Les sucres sont tous orientés de
la même façon dans un brin. Chaque brin est orienté
conventionnellement de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’ (à gauche de
haut en bas, à droite de bas en haut, les brins appariés étant ainsi
antiparallèles, comme le montre la construction même de la figure).
Entre A et T, C et G, sont figurées les liaisons hydrogène.

23. En termes de longueur réelle, chaque paire de bases mesure 0,34 nm de
long sur la double hélice, et chaque tour d’hélice contient environ dix
paires de bases.

24. Lorsqu’une cellule se reproduit, elle doit produire deux copies
de son ADN. C’est ce qu’on appelle la réplication de l’ADN.
Cette étape a lieu juste avant la division cellulaire.

25. Les hypothèses
Pour expliquer la duplication d’un ADN bicaténaire, trois modèles ont
été proposés. Ces modèles se basent tous sur l’utilisation de la molécule
d’ADN « mère » comme matrice pour sa réplication, mais selon des
modalités différentes :

26. Des bactéries cultivées depuis longtemps en présence de molécules
azotées 15N sont repiquées sur un milieu contenant des molécules
azotées 14N et permettant la synchronisation des divisions. Des fractions
sont prélevées après différents temps correspondant à 1, 2, 3… divisions.
L’ADN est extrait, placé dans la solution de chlorure de césium et
centrifugé 24 h à 100 000 g. La position des ADN est repérée par une
mesure de la densité optique.

28. La transcription
Durant la transcription, l'hélicase sépare les deux brins de l'ADN,
permettant ainsi l'action de l'ARN polymérase. Pour commencer, celle-ci
reconnaît et se fixe sur une région particulière de l'ADN du brin anti-
sens, située en amont d'une région codante d'un gène : le site promoteur.
Elle peut donc copier la séquence du brin sens qui y est complémentaire
et anti-parallèle.
Après la transcription se déroulent la maturation de l'ARN
(ou modification post-transcriptionnelle) et la traduction, les deux autres
étapes importantes de la biosynthèse des protéines. Dans le cas des
procaryotes en revanche, aucune maturation n'est nécessaire avant la
traduction.
L'ARN produit par la maturation de l'ARN est un ARN messager
mature : plus court, il peut ensuite passer dans le cytoplasme, où il est
traduit en protéines à partir des acides aminés, en présence des ribosomes
et des ARN de transfert (ARNt). Ce mécanisme s'appelle la traduction.

30. 2. Application de la biotechnologie moderne
L’application de la biotechnologie moderne à la production
alimentaire comporte des possibilités et des enjeux stimulants
pour la santé humaine et le développement.
il existe des techniques telles que le clonage, les cultures de
tissus ou l’amélioration génétique basée sur l’utilisation de
marqueurs que l’on a souvent tendance à considérer également
comme des biotechnologies modernes.

31. Le clonage désigne;
La multiplication naturelle ou artificielle à l’identique d’un être vivant
avec une conservation du génome pour tous les descendants. C’est donc
un synonyme de la reproduction asexuée telle que le bouturage.
En biologie, le mot clonage désigne plusieurs significations :
D’une part le fait de reproduire des organismes vivants pour obtenir des
êtres génétiquement identiques. Ceci est appliqué sur des cellules isolées
ou bien sur les animaux y compris les êtres humains et des végétaux.
D’autre part, une technique de biologie moléculaire qui consiste à isoler
un fragment d’ADN et à le multiplier à l’identique en l’insérant dans une
molécule d’ADN porteuse, appelée vecteur.

33. L'hôte idéal
Pour obtenir de grande quantité d’ADN cloné l’hôte idéal doit
-Se développer rapidement dans un milieu de culture peu onéreux.
-Être non pathogène.
-Être capable d’incorporer l’ADN.
-Être stable en culture
-Possède des enzymes appropriées pour la réplication du vecteur.
Les hôtes répondant à ces critères sont des microorganismes eucaryotes
ou procaryotes dont les génomes sont bien connus car entièrement
séquencés, génétiquement manipulables.

34. 2- Méthodes d'introduction de l'ADN à cloner dans
la cellule hôte
Il y’a plusieurs méthodes sont largement utilisées pour introduire l’ADN
dans les cellules hôtes.
N.B. Chez les bactéries on peut transférer l'ADN à cloner par trois
méthodes: la transformation, la transduction et la conjugaison (voir cours
génétique microbienne).
Figure: La
conjugaison
bactérienne

35. Cette absorption d'ADN polymérisé est suivie d'une
recombinaison génétique légitime avec acquisition de
nouveaux caractères génétiques stables, donc transmissibles à
la descendance dénommés recombinants ou transformants.
La transformation

36. la transduction
Il s'agit d'un transfert d'ADN bactérien partiel, par
l'intermédiaire De bactériophages dont le rôle est passif
(vecteur). Il est dans ce cas, virulent donc se multiplier dans la
bactérie. Lors de la phase d'encapsidation, il incorpore de
l'ADN bactérien fragmenté.

39. Vecteurs de clonage
Un vecteur de clonage est un petit élément génétique à
réplication autonome ou non, utilisé pour produire de
multitude de copie du gène d’intérêt. Ces vecteurs de clonage
sont spécialement conçus pour permettre l’intégration de la
portion d’ADN exogène dans un site spécifique sans que cela
affecte sa propre réplication. Il existe plusieurs types de
vecteurs pouvant introduire des molécules d’ADN
recombinées dans les bactéries, les levures, les cellules
végétales ou les cellules de mammifères et humaines.

40. La bactérie E. coli est la bactérie la plus utilisée en clonage moléculaire,
l'ADN recombinant peut être introduit sous forme de plasmides, Phages,
cosmides, BAC etc.
La figure suivante montre la composition d’un plasmide:

41. En plus de leur chromosome de 4 millions de paires de
bases, les
bactéries possèdent généralement de petites molécules d'A
DN circulaire
dont la taille varie entre 1 kb et 200 kb. Ces minichromo
somes ou
plasmides se répliquent et se transmettent indépendammen
t du chromosome
bactérien, mais ils dépendent des protéines et enzymes de
leur hôte pour
leur réplication et la transcription de leurs gènes.

42. Bactériophage λ
Le bactériophage λ a été découvert par E.M. Lederberg en 1950.
C'est un virus d’E. coli, l'ADN de ce phage est une molécule linéaire
d'ADN double brin de 48 kb. A chaque extrémité 5' se trouve une
région monocaténaire de 12 nucléotides, l'une complémentaire de
l'autre et leur association donne une structure circulaire à l'ADN
dans la cellule hôte. L'association de ces extrémités cohésive
naturelles forme le site cos (fig.)[cos: Des éléments important pour
la réplication et l'encapsidation de bactériophage λ].

43. Cosmides
Les cosmides sont des vecteurs artificiels (≈ 5kb)
constitués d'un plasmide classique auquel ont été
ajoutées les séquences cos du phage λ. Ces vecteurs
rassemble à la fois les propriétés intéressantes des
plasmides comme :
-L'origine de réplication
- Gène de résistance à un antibiotique Et celles du
bactériophage.

45. 2-Chromosomes artificiels des levures "YAC"
Les YACs (Yeast Artifecial Chromosomes)doivent avoir :
-Une origine de réplication
-Des télomères pour la réplication de l'ADN aux extrémités du
chromosome
-Un centromère.
-Site de clonage multiple (MCS : multiple cloning site or polylinker)
- Marqueur de sélection.

46. • une moindre utilisation
de produits
agrochimiques
• facilite la
transformation des
produits alimentaires
• Améliorer la qualité
et la valeur
nutritionnelle
• Augmenter la
productivité
agricole 1 2
4
3
Les effets bénéfiques

47. Les risques de la biotechnologie alimentaire
Les caractères nouveaux dont sont porteurs les organismes
génétiquement modifiés (OGM) peuvent toutefois présenter
des risques directs pour la santé humaine et le développement.