Biotechnologie et génie génétique: les technologies du futur

Le génie génétique, qui est un secteur de la biotechnologie, est utilisé pour le traitement des plantes depuis près de vingt ans. Son application dans l'agriculture et dans la production de composés biopharmaceutiques a pris une importance croissante au cours de ces dernières années.

Les notions de biotechnologie et de génie génétique sont souvent utilisées comme synonymes. Cela dit, le génie génétique ne constitue qu'un secteur de la biotechnologie.

La biotechnologie
La biotechnologie est l'application de connaissances de la biologie et de la biochimie sous forme d'éléments techniques ou techniquement utilisables. La biotechnologie s'occupe de l'application de principes scientifiques et techniques à des fins de production de substances biologiques. En principe, tous les processus de fabrication de produits par des organismes vivants ou des enzymes isolés tombent dans cette catégorie générale. Les racines de la biotechnologie remontent très loin. Depuis la nuit des temps, l'homme a su utiliser les aptitudes biologiques des plus petits êtres vivants, comme les bactéries et les champignons, pour fabriquer du pain, du fromage, du yoghourt, du kéfir, du vin ou de la bière.
Les premières applications biotechnologiques faites par l'homme étaient sans doute la fabrication de pain et de bière au moyen de levure, il y a quelque 5'000 ans. A l'instar d'autres applications, comme le compostage, ces formes de biotechnologie peuvent être qualifiées de conventionnelles. La biotechnologie est le prolongement moderne de ce secteur. Elle utilise surtout les méthodes du génie génétique et de la biologie moléculaire ainsi que la biochimie, la microbiologie et les sciences de l'ingénieur.

Le génie génétique
Le génie génétique est un secteur partiel de la biologie moléculaire et de la biotechnologie, qui recouvre tant les aspects théoriques (biologie moléculaire) que les méthodes pratiques (génie génétique, chirurgie génétique) permettant d'isoler les gènes et leurs régulateurs, de les analyser, de les modifier et de les réintroduire dans des organismes.
Tel que nous le concevons aujourd'hui, le génie génétique englobe toutes les techniques et les technologies permettant d'intervenir de manière ciblée dans le patrimoine héréditaire et dans les processus biochimiques des micro-organismes, des plantes et des animaux. II porte notamment sur les méthodes visant à isoler des gènes et à produire de l'ADN recombiné, en allant jusqu'à franchir la barrière des espèces. Parmi ses buts figurent notamment l'amélioration des semences ainsi que la production de médicament. Entrent ainsi dans le cadre du génie génétique toutes les modifications ciblées et les transferts de molécules du patrimoine héréditaire, mais aussi les délimitations de structures dans le domaine de ce patrimoine.
On fait généralement remonter le génie génétique à 1973. C'est cette année là que les Américains Stanley Cohen et Herbert Boyer ont, pour la première fois, modifié génétiquement une bactérie.
Le génie génétique se conçoit comme l'application, à large échelle, des résultats des recherches portant sur les techniques génétiques. Mais les deux termes génie génétique et technique génétique sont souvent utilisés comme synonymes.

Domaines d'application du génie génétique
Par le passé, les activités relevant du génie génétique se sont surtout concentrées sur la recherche fondamentale. Mais au fil du temps, des domaines de travail et des champs d'application de plus en plus nombreux sont venus s'y ajouter. Les biotechnologies et le génie génétique sont aujourd'hui considérés comme des techniques transversales comportant un spectre extrêmement large d'applications variées recouvrant les disciplines des sciences naturelles les plus diverses.
Les méthodes du génie génétique sont aujourd'hui d'application courante en biomédecine et dans la recherche pharmaceutique. Ces procédés entrent régulièrement dans la production de substances actives et de médicaments. Le génie génétique s'implante aussi de plus en plus dans l'agriculture et dans le secteur des denrées alimentaires. Il n'est aujourd'hui possible d'estimer que dans les grandes lignes les contours de la multiplicité de ses futures applications.
On distingue, selon les domaines d'application, entre le génie génétique vert, rouge et le secteur chimique, qualifié en allemand de génie génétique "gris" et en anglais de génie génétique "blanc".
Le génie génétique vert désigne l'application des méthodes du génie génétique aux obtentions végétales et le recours aux plantes génétiquement modifiées dans l'agriculture.
Par génie génétique rouge, on entend l'application du génie génétique en médecine: diagnostic, thérapie génique et également mise au point et fabrication de médicaments.
On entend aussi parfois les termes de génie génétique gris ou blanc: ils recouvrent la production d'enzymes ou de produits chimiques fins pour l'industrie en recourant à des micro-organismes génétiquement modifiés.

Production de vitamines
L'une des applications du génie génétique est la production de composants destinés à promouvoir la santé. L'idée est de modifier les plantes pour les rendre capables de prévenir des maladies ou de les utiliser de manière ciblée pour remédier aux carences alimentaires dans les pays en développement. Il en est ainsi, par exemple, de la production de vitamines, telle la provitamine A, présente dans le riz transgénique. La provitamine A se transforme en vitamine A dans le corps humain. Les premières variétés de ce riz pourraient arriver sur le marché dans quelques années et épargner la cécité à des millions d'êtres humains dans les pays en développement, qui manquent de vitamine A.
Sont également en cours de développement de nouvelles variétés de colza ayant une teneur accrue en vitamine E, à laquelle les médecins attribuent un effet positif sur le système cardio-vasculaire. Des recherches sont également en cours sur des pommes de terre modifiées génétiquement, capables d'abaisser le taux de cholestérol et de réduire le risque de cancer de l'intestin.
D'autres recherches encore portent sur les fèves de soja transgéniques, le colza et les fleurs de tournesol, dont la teneur en acides gras contribue à abaisser le taux de cholestérol. Les chercheurs du King's College de Londres ont déjà réussi à modifier des plantes de tabac de manière à les amener à produire une substance active contre les caries.
Le génie génétique est également utilisé pour enrichir des plantes en matières premières exploitables dans l'industrie; ainsi, la pomme de terre à la teneur d'amidon modifiée peut être utilisée dans l'industrie du papier ou pour la production de colle et de savon; quant au colza modifié par génie génétique, il peut servir à produire des acides gras polyinsaturés (cires).

Production de produits biopharmaceutiques
Un autre domaine en plein développement est celui de la production de substances végétales utilisées en pharmacie (par exemple vaccins, anticorps, enzymes et autres produits pharmaceutiques), ce qu'on appelle pharmacologie moléculaire (Molecular Pharming) ou produits biopharmaceutiques (Plant made Pharmaceuticals - PMP).
Dans la production de vaccins, il faut distinguer deux procédés: l'application directe du futur vaccin par consommation de la plante transgénique ou son isolement en vue de retraitement. Les premiers essais dans ce sens portent sur la fabrication de vaccins, par exemple contre le virus de l'hépatite B, celui du choléra et celui de la rage.
Les besoins en protéines thérapeutiques actives (enzymes, hormones, anticorps, par exemple) vont beaucoup augmenter ces prochaines années dans le monde entier, étant donné qu'un nombre croissant de nouveaux moyens thérapeutiques entrent dans cette catégorie. Traditionnellement, ces protéines ont été extraites d'organismes qui les produisent naturellement, mais la présence en quantités souvent restreintes de ce matériel en a limité la production. Les protéines souhaitées peuvent souvent être produites en plus grandes quantités par recombinaison dans des micro-organismes ou des cultures cellulaires, mais ces modes de production sont coûteux et compliqués.
La pharmacologie moléculaire permet de produire à coûts réduits et à large échelle des substances pharmaceutiques actives telles qu'anticorps, vaccins, enzymes et autres protéines.

Les risques de contamination
Le risque d'une dissémination involontaire de nouvelles caractéristiques génétiques dans l'environnement, suite à l'utilisation de plantes modifiées pour la production de principes actifs, constitue un thème critique. La dissémination peut résulter tant du fait d'un manque de précaution (mélange de semences, dispersion après la récolte) que du transfert de gènes (pollen) vers des plantes apparentées. La contamination possible de plantes cultivées à des fins alimentaires pouvant aboutir au passage involontaire de principes actifs dans la chaîne alimentaire est particulièrement problématique.
La limitation de la production des produits biopharmaceutiques à des variétés de plantes qui ne sont pas des denrées alimentaires, comme le tabac - favorisée par certains industriels de l'alimentation n'est pas toujours possible du point de vue technique. De plus, le rendement en principes actifs des plantes utiles (maïs, pomme de terre, par exemple) est souvent bien plus élevé, de sorte qu'il y a un conflit économique.
Aux Etats-Unis, où des essais cliniques sont déjà menés sur plusieurs produits biopharmaceutiques, ce danger est abordé avec des règles très strictes, notamment en vue de la séparation spatiale des surfaces sur lesquelles sont cultivées des plantes destinées à la chaîne alimentaire et à la production de médicaments. En Suisse, la dissémination de plantes génétiquement modifiées destinées à la production de principes actifs médicaux n'est pas autorisée.

La Revue Polytechnique - economiesuisse, Sascha Dubacht - août 2005