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plus d'un million de véhicules seront équipés pour consommer uniquement de l'éthanol avant 1985. Des expérimentations sont en cours avec d'autres substrats de fermentation dont le manioc. 7.2. Aux Etats-Unis La production d'éthanol s'est développée grâce aux initiatives privées et à l'aide du département de l'Energie qui met l'accent sur le mélange essence-alcool. La production a atteint en 1979 le chiffre élevé de 100 millions de gallons (environ 1 000 tonnes par jour d'éthanol), ce qui ne représente pourtant que 0,1 % des besoins en carburant du pays. Les pouvoirs publics ont pour objectif d'atteindre en 1990 l'autonomie énergétique dans les zones rurales par conversion des résidus agricoles et forestiers. Des technologies nouvelles sont à l'étude pour produire des carburants : — procédé Mobil de conversion sur zéolithes de méthanol et d'huile de maïs ; — recherches de nouveaux hydrocarbures d'origine végétale ; — mise au point de la conversion de la cellulose en alcool. Il faut remarquer, cependant, que le budget biomasse ne représentait en 1980 que 1 % du budget total de recherche du département de l'Energie. CONCLUSION En observant l'évolution de la bio-industrie dans les grands pays industrialisés, nous voyons apparaître un certain nombre de points communs à la fois au niveau du redéploiement des sociétés, des choix technologiques et des produits en cours de développement. Pour ces derniers, l'interféron, les antibiotiques de nouvelle génération, les dérivés du maïs, l'éthanol apparaissent, à court ou moyen terme, comme les plus prometteurs. La bio-industrie bénéficie dans la plupart des pays industrialisés d'un ensemble de conditions favorables. Les sociétés chimiques, de plus en plus concurrencées par les pétroliers dans le domaine de la chimie lourde, s'orientent vers les secteurs peu éloignés de la chimie que sont les productions à usage pharmaceutique ou agroalimentaire. L'industrie pharmaceutique, pour sa part, voit avec plaisir augmenter la productivité de sa recherche grâce aux techniques du génie génétique. Les sociétés pétrolières, enfin, soucieuses de réinvestir rapidement leurs profits et de préparer l'après-pétrole n'hésitent pas à apporter leur soutien financier à des entreprises innovatrices en biologie. Les Etats-Unis, le Japon et l'Allemagne bénéficient d'un certain nombre
à la fois au niveau du redéploiement des sociétés, des choix technologiques et des produits en cours de développement. Pour ces derniers, l'interféron, les antibiotiques de nouvelle génération, les dérivés du maïs, l'éthanol apparaissent, à court ou moyen terme, comme les plus prometteurs. La bio-industrie bénéficie dans la plupart des pays industrialisés d'un ensemble de conditions favorables. Les sociétés chimiques, de plus en plus concurrencées par les pétroliers dans le domaine de la chimie lourde, s'orientent vers les secteurs peu éloignés de la chimie que sont les productions à usage pharmaceutique ou agroalimentaire. L'industrie pharmaceutique, pour sa part, voit avec plaisir augmenter la productivité de sa recherche grâce aux techniques du génie génétique. Les sociétés pétrolières, enfin, soucieuses de réinvestir rapidement leurs profits et de préparer l'après-pétrole n'hésitent pas à apporter leur soutien financier à des entreprises innovatrices en biologie. Les Etats-Unis, le Japon et l'Allemagne bénéficient d'un certain nombre d'avantages structurels : recherche industrielle très développée et bien organisée, collaboration poussée entre recherche fondamentale et appliquée, publique et privée, capacité opérationnelle à court ou à long terme pour mettre au point des procédés nouveaux. Cependant, les applications des biotechnologies sont très vastes. Que ce soit dans la pharmacie, dans l'agroalimentaire, dans l'agriculture ou les productions énergétiques, les procédés possibles sont très nombreux et en rapide évolution. Les voies de la compétition restent donc très largement ouvertes, de même que celles de la coopération dans la recherche et le développement entre groupes ou entreprises traditionnellement concurrents. Le génie génétique et ses applications par Joël de ROSNAY directeur des applications de la recherche Institut Pasteur Les biologistes grâce aux techniques de recombinaison génétique, c'est-à-dire de « greffes » à l'échelle moléculaire, connaissent modifier l'hérédité des microbes pour leur faire exécuter les tâches les plus diverses. Or, la capacité de reproduction des bactéries est très grande, ce qui permet de passer rapidement de l'échelle du laboratoire à celle de l'industrie. Les greffes ne s'opèrent pas sur des individus mais sur des populations, le gène étant transporté par un vecteur qui peut être un plasmide ou un virus. Le génie génétique a de
l'agroalimentaire, dans l'agriculture ou les productions énergétiques, les procédés possibles sont très nombreux et en rapide évolution. Les voies de la compétition restent donc très largement ouvertes, de même que celles de la coopération dans la recherche et le développement entre groupes ou entreprises traditionnellement concurrents. Le génie génétique et ses applications par Joël de ROSNAY directeur des applications de la recherche Institut Pasteur Les biologistes grâce aux techniques de recombinaison génétique, c'est-à-dire de « greffes » à l'échelle moléculaire, connaissent modifier l'hérédité des microbes pour leur faire exécuter les tâches les plus diverses. Or, la capacité de reproduction des bactéries est très grande, ce qui permet de passer rapidement de l'échelle du laboratoire à celle de l'industrie. Les greffes ne s'opèrent pas sur des individus mais sur des populations, le gène étant transporté par un vecteur qui peut être un plasmide ou un virus. Le génie génétique a de nombreuses applications : médicaments, alimentation, chimie, énergie, environnement. L'auteur souligne les immenses perspectives de cette discipline, les services qu'elle peut rendre à l'homme et indique les précautions à prendre pour préserver la nature humaine et prévenir des craintes excessives. Il y a à peine cinq ans, personne ne parlait d'une discipline qui allait bouleverser la biologie : le génie génétique. Et pourtant, aujourd'hui, articles, émissions de télévision et livres se succèdent, tantôt pour en dénoncer les dangers, tantôt pour en faire miroiter les promesses. Les termes utilisés par le public sont révélateurs : le « génie » c'est bien entendu la science de l'ingénieur, mais cela évoque aussi le mauvais génie, celui qui s'échappe de la bouteille sans que l'on puisse l'y enfermer à nouveau. L'expression « manipulations génétiques » évoque, de manière péjorative, les interventions contre-nature de l'homme sur la vie. Les scientifiques, quant à eux, préfèrent parler des « recombinaisons génétiques in vitro » ; car il s'agit bien de cela : recombiner des fragments de matériel génétique d'espèces différentes afin de leur conférer des propriétés biologiques nouvelles. Le bouleversement créé par les techniques de recombinaisons génétiques in vitro est comparable à celui qu'a apporté la technique des
discipline qui allait bouleverser la biologie : le génie génétique. Et pourtant, aujourd'hui, articles, émissions de télévision et livres se succèdent, tantôt pour en dénoncer les dangers, tantôt pour en faire miroiter les promesses. Les termes utilisés par le public sont révélateurs : le « génie » c'est bien entendu la science de l'ingénieur, mais cela évoque aussi le mauvais génie, celui qui s'échappe de la bouteille sans que l'on puisse l'y enfermer à nouveau. L'expression « manipulations génétiques » évoque, de manière péjorative, les interventions contre-nature de l'homme sur la vie. Les scientifiques, quant à eux, préfèrent parler des « recombinaisons génétiques in vitro » ; car il s'agit bien de cela : recombiner des fragments de matériel génétique d'espèces différentes afin de leur conférer des propriétés biologiques nouvelles. Le bouleversement créé par les techniques de recombinaisons génétiques in vitro est comparable à celui qu'a apporté la technique des semiconducteurs pour l'ordinateur, les télécommunications et l'électronique en général. La découverte par les biologistes des enzymes permettant de découper et de recoller le matériel génétique de tous les êtres vivants (DNA) conduit aujourd'hui à une meilleure compréhension des processus de base de la vie et à de nombreuses applications industrielles. Beaucoup d'espoirs sont placés dans les techniques de recombinaison génétique. Certains relèvent de la science-fiction. Il convient donc de faire la part des choses, de dresser un bilan des techniques et de leurs applications, d'en envisager les risques pour l'espèce humaine, de discerner les promesses tout en comprenant comment cet outil prodigieux est en train de bouleverser non seulement notre conception de l'hérédité et de la vie, mais aussi notre connaissance des processus qui assurent la variété dans les espèces, telle la réponse immunitaire. 1. QU'EST-CE QUE LE GENIE GENETIQUE ? Les techniques de génie génétique sont difficiles à expliquer car elles font intervenir des disciplines diverses : biologie moléculaire, biophysique, génétique, bactériologie, virologie, enzymologie, chimie organique, techniques d'analyses physiques. MOTS CLES : GENIE GENETIQUE, INVENTAIRE, APPLICATION, SOCIETE, PERSPECTIVE (Orientation). LE GENIE GENETIQUE ET SES APPLICATIONS — J. DE ROSNAY La recombinaison génétique peut être comparée à une « greffe
Beaucoup d'espoirs sont placés dans les techniques de recombinaison génétique. Certains relèvent de la science-fiction. Il convient donc de faire la part des choses, de dresser un bilan des techniques et de leurs applications, d'en envisager les risques pour l'espèce humaine, de discerner les promesses tout en comprenant comment cet outil prodigieux est en train de bouleverser non seulement notre conception de l'hérédité et de la vie, mais aussi notre connaissance des processus qui assurent la variété dans les espèces, telle la réponse immunitaire. 1. QU'EST-CE QUE LE GENIE GENETIQUE ? Les techniques de génie génétique sont difficiles à expliquer car elles font intervenir des disciplines diverses : biologie moléculaire, biophysique, génétique, bactériologie, virologie, enzymologie, chimie organique, techniques d'analyses physiques. MOTS CLES : GENIE GENETIQUE, INVENTAIRE, APPLICATION, SOCIETE, PERSPECTIVE (Orientation). LE GENIE GENETIQUE ET SES APPLICATIONS — J. DE ROSNAY La recombinaison génétique peut être comparée à une « greffe » à l'échelle moléculaire. Il s'agit effectivement de greffer un morceau de matériel génétique provenant d'une espèce (une bactérie, par exemple) sur une autre espèce. Les biologistes introduisent ainsi une information nouvelle par une voie autre que celle de l'hérédité naturelle. Une bactérie, une levure, une cellule vivante recevant cette information génétique se trouve ainsi « reprogrammée » : elle se mettra à fabriquer indéfiniment la protéine codée par le gène transféré artificiellement. Cette modification héréditaire est transmise à sa descendance. Grâce aux techniques de recombinaison génétique, et à partir de quelques microbes connus et sélectionnés pour leurs enzymes, leur stabilité ou leur capacité à fabriquer des protéines (Escherichia coli, Bacillus, Pseudomonas), les biologistes savent aujourd'hui modifier l'hérédité des microbes pour leur faire exécuter les tâches les plus diverses. De même qu'à partir d'un ordinateur on peut, en changeant son programme, lui faire exécuter des fonctions d'une infinie variété. Cette reprogrammation moléculaire est à la base de la révolution biologique que nous vivons. Mais il existe un autre facteur sans lequel on ne peut comprendre l'importance du génie génétique pour la bio-industrie naissante, c'est la fantastique capacité des bactéries ou des levures à se reproduire à grande vitesse, produisant génération
information génétique se trouve ainsi « reprogrammée » : elle se mettra à fabriquer indéfiniment la protéine codée par le gène transféré artificiellement. Cette modification héréditaire est transmise à sa descendance. Grâce aux techniques de recombinaison génétique, et à partir de quelques microbes connus et sélectionnés pour leurs enzymes, leur stabilité ou leur capacité à fabriquer des protéines (Escherichia coli, Bacillus, Pseudomonas), les biologistes savent aujourd'hui modifier l'hérédité des microbes pour leur faire exécuter les tâches les plus diverses. De même qu'à partir d'un ordinateur on peut, en changeant son programme, lui faire exécuter des fonctions d'une infinie variété. Cette reprogrammation moléculaire est à la base de la révolution biologique que nous vivons. Mais il existe un autre facteur sans lequel on ne peut comprendre l'importance du génie génétique pour la bio-industrie naissante, c'est la fantastique capacité des bactéries ou des levures à se reproduire à grande vitesse, produisant génération après génération un nombre considérable d'individus : une bactérie comme Escherichia coli, se divisant toutes les 20 minutes, voit son nombre multiplié par 1 000 au bout de 3 heures ! On comprend ainsi qu'à partir des quelques dizaines de milliers de bactéries d'un inoculum, il est possible d'obtenir en quelques heures une biomasse de plusieurs tonnes. On passe ainsi de l'échelle du laboratoire à l'échelle industrielle. Reprogrammation de la vie et capacité de démultiplication des microorganismes constituent la base de développement de la bio-industrie (fig. 1). Fig. 1. Comment procède-t-on pour réaliser de telles greffes à l'échelle moléculaire ? Contrairement à une idée largement répandue les biologistes ne travaillent pas sur une seule bactérie ou sur une seule chaîne de DNA, mais de manière statistique, comme pour une réaction chimique, c'est-à-dire sur des millions d'unités. Il ne s'agit donc pas de « microchirurgie », mais de la mise en œuvre, sur des populations de molécules ou de cellules, d'une série de processus biochimiques utilisant des enzymes spécifiques capables de reconnaître parmi les molécules présentes celles sur lesquelles agir. Il y a quatre étapes principales : - Isolement du gène à transférer ; pour cela deux méthodes sont utilisées. Faire
quelques heures une biomasse de plusieurs tonnes. On passe ainsi de l'échelle du laboratoire à l'échelle industrielle. Reprogrammation de la vie et capacité de démultiplication des microorganismes constituent la base de développement de la bio-industrie (fig. 1). Fig. 1. Comment procède-t-on pour réaliser de telles greffes à l'échelle moléculaire ? Contrairement à une idée largement répandue les biologistes ne travaillent pas sur une seule bactérie ou sur une seule chaîne de DNA, mais de manière statistique, comme pour une réaction chimique, c'est-à-dire sur des millions d'unités. Il ne s'agit donc pas de « microchirurgie », mais de la mise en œuvre, sur des populations de molécules ou de cellules, d'une série de processus biochimiques utilisant des enzymes spécifiques capables de reconnaître parmi les molécules présentes celles sur lesquelles agir. Il y a quatre étapes principales : - Isolement du gène à transférer ; pour cela deux méthodes sont utilisées. Faire la synthèse chimique du gène ou le recopier à partir du RNA-messager, forme circulante du gène portant l'information génétique en dehors du noyau, vers les centres d'assemblages des protéines. - Transport du gène : on se sert d'un vecteur (transporteur moléculaire) pouvant être soit un plasmide (sorte de mini-chromosome bactérien circulaire, facilement échangé entre les cellules), soit un virus s'attaquant aux bactéries. Des enzymes spéciales servent à découper le plasmide ou le virus (enzymes de restriction), puis à recoller les morceaux en y insérant le gène précédemment isolé (ligases). - Clonage du gène : le vecteur transportant le gène à greffer est introduit dans une population de bactéries réceptrices (hôte). Il se forme des clones (colonies de bactéries issues d'une même cellule) contenant de multiples copies du gène transféré (ce qui constitue un moyen puissant de purification d'un gène). - Caractérisation des produits du gène : il faut ensuite vérifier que certains clones fabriquent bien la nouvelle protéine codée par le gène greffé. On le détecte grâce à des méthodes analytiques puissantes (screening des clones producteurs). Les bactéries ne constituent plus aujourd'hui les seuls hôtes utilisés. On s'oriente aussi vers des cellules eucaryotes (possédant un noyau) telles que des levures
circulaire, facilement échangé entre les cellules), soit un virus s'attaquant aux bactéries. Des enzymes spéciales servent à découper le plasmide ou le virus (enzymes de restriction), puis à recoller les morceaux en y insérant le gène précédemment isolé (ligases). - Clonage du gène : le vecteur transportant le gène à greffer est introduit dans une population de bactéries réceptrices (hôte). Il se forme des clones (colonies de bactéries issues d'une même cellule) contenant de multiples copies du gène transféré (ce qui constitue un moyen puissant de purification d'un gène). - Caractérisation des produits du gène : il faut ensuite vérifier que certains clones fabriquent bien la nouvelle protéine codée par le gène greffé. On le détecte grâce à des méthodes analytiques puissantes (screening des clones producteurs). Les bactéries ne constituent plus aujourd'hui les seuls hôtes utilisés. On s'oriente aussi vers des cellules eucaryotes (possédant un noyau) telles que des levures ou des cellules de mammifères en culture (souris, singes). De telles expériences ont, on le sait, suscité l'inquiétude parmi la communauté scientifique et même dans le public. Ne risquait-on pas en transférant du matériel génétique d'une espèce à une autre de créer de nouvelles espèces contre lesquelles nous n'aurions pas de défense naturelle ? En découpant des gènes au hasard, ne prenait-on pas le risque de transplanter dans la bactérie commune de nos intestins, Escherichia coli, un fragment génétique provenant d'un virus et capable de provoquer des cancers ? De telles questions furent débattues dès 1975 à Asilomar, petite ville californienne où se réunirent 250 scientifiques du monde entier. Leur but était d'édicter des règles permettant d'éviter que les « manipulations génétiques » ne constituent un danger pour l'espèce humaine. À l'issue de cette conférence ont été précisées et mises en œuvre des règles internationales de manipulation des organismes « recombinés ». On a ainsi établi une série de confinements d'ordre physique et d'ordre biologique. Confinement physique : obligation d'utiliser certains types de laboratoires (Pl, P2, P3, P4) selon les catégories d'expériences réalisées. Confinement biologique : obligation d'utiliser certains vecteurs spécifiques de bactéries-hôtes ne colonisant pas l'intestin de l'homme ou
de défense naturelle ? En découpant des gènes au hasard, ne prenait-on pas le risque de transplanter dans la bactérie commune de nos intestins, Escherichia coli, un fragment génétique provenant d'un virus et capable de provoquer des cancers ? De telles questions furent débattues dès 1975 à Asilomar, petite ville californienne où se réunirent 250 scientifiques du monde entier. Leur but était d'édicter des règles permettant d'éviter que les « manipulations génétiques » ne constituent un danger pour l'espèce humaine. À l'issue de cette conférence ont été précisées et mises en œuvre des règles internationales de manipulation des organismes « recombinés ». On a ainsi établi une série de confinements d'ordre physique et d'ordre biologique. Confinement physique : obligation d'utiliser certains types de laboratoires (Pl, P2, P3, P4) selon les catégories d'expériences réalisées. Confinement biologique : obligation d'utiliser certains vecteurs spécifiques de bactéries-hôtes ne colonisant pas l'intestin de l'homme ou ne vivant que dans les conditions particulières du laboratoire (nécessitant, pour leur croissance, des produits « artificiels » par exemple). II. LES APPLICATIONS DU GENIE GENÉTIQUE La première application venue à l'esprit des biologistes fut d'utiliser les recombinaisons génétiques pour fabriquer des médicaments indispensables, mais difficiles à obtenir par les techniques classiques d'extraction et de purification. Par exemple, l'insuline injectée aux malades atteints de diabète est extraite aujourd'hui de porcs. L'insuline de porc présente certains inconvénients susceptibles d'être évités par une utilisation plus répandue d'insuline humaine. L'idée fut donc d'introduire le gène permettant la fabrication de l'insuline humaine dans une bactérie, afin de fabriquer en fermenteur des quantités importantes de la précieuse hormone. Cette production pilote a été réalisée en 1978 par la société californienne Genentech pour le compte de Eli Lilly, principal producteur mondial d'insuline. L'hormone de croissance humaine est un autre exemple de substance biologique obtenue en très petite quantité à partir d'hypophyses humaines prélevées sur des cadavres. L'hormone de croissance permet de traiter certaines déficiences de croissance et particulièrement le nanisme. Grâce au génie génétique, les chercheurs de Genentech et ceux de l'Institut Pasteur ont récemment réussi à faire fabriquer, par le colibacille, de l'hormone de croissance
techniques classiques d'extraction et de purification. Par exemple, l'insuline injectée aux malades atteints de diabète est extraite aujourd'hui de porcs. L'insuline de porc présente certains inconvénients susceptibles d'être évités par une utilisation plus répandue d'insuline humaine. L'idée fut donc d'introduire le gène permettant la fabrication de l'insuline humaine dans une bactérie, afin de fabriquer en fermenteur des quantités importantes de la précieuse hormone. Cette production pilote a été réalisée en 1978 par la société californienne Genentech pour le compte de Eli Lilly, principal producteur mondial d'insuline. L'hormone de croissance humaine est un autre exemple de substance biologique obtenue en très petite quantité à partir d'hypophyses humaines prélevées sur des cadavres. L'hormone de croissance permet de traiter certaines déficiences de croissance et particulièrement le nanisme. Grâce au génie génétique, les chercheurs de Genentech et ceux de l'Institut Pasteur ont récemment réussi à faire fabriquer, par le colibacille, de l'hormone de croissance humaine susceptible de traiter de nombreux cas de nanisme dans le monde. Le vaccin contre l'hépatite B peut également être fabriqué à partir d'une bactérie reprogrammée. Des résultats importants ont été obtenus aux États-Unis, en Angleterre et en France à l'Institut Pasteur, par plusieurs équipes qui ont réussi à isoler le gène viral codant pour la protéine vaccinante, puis à l'introduire dans une bactérie où il s'est exprimé. Une autre technique prometteuse consiste à faire fabriquer la protéine vaccinante par des cellules de souris, dans lesquelles le gène viral a été transféré. Ces cellules, maintenues en culture, sécrètent en permanence la protéine dans le milieu environnant. Cet important succès a été obtenu cet été par le professeur Pierre Tiollais, de l'Institut Pasteur et par une équipe de l'INSERM dirigée par le professeur Charles Chany. Enfin, l'interféron humain, protéine antivirale et immunostimulante naturelle, fait actuellement l'objet d'une vive compétition parmi les grands laboratoires pharmaceutiques, depuis qu'on sait l'obtenir par génie génétique. Les autres applications du génie génétique concernent principalement l'alimentation, l'environnement, l'énergie et la chimie. Alimentation : les microbes peuvent produire des protéines de qualité égale aux protéines animales ou aux protéines végétales. L'avantage des microorganismes est leur reproduction rapide, indépendante