Biotechnologie et modification génétique

La biotechnologie 生物技术 utilise des êtres vivants (ou leurs enzymes 酶) pour fabriquer des produits utiles. Les bactéries 细菌 sont particulièrement utiles car :

• elles se reproduisent très vite (un haut taux 速率 de reproduction).
• they can make complex molecules 分子.
• (Supplément) il y a peu de préoccupations éthiques 伦理 concernant leur culture, et elles contiennent des plasmides 质粒 (petits anneaux d'ADN faciles à manipuler).

Yeast: biofuels and bread

La levure 酵母 effectue la respiration anaérobie 无氧呼吸 (sans oxygène), produisant de l'éthanol 乙醇 et du dioxyde de carbone.

• l'éthanol peut être utilisé comme biocarburant 生物燃料.
• dans la fabrication du pain, le dioxyde de carbone fait lever la pâte.

Enzymes in industry

• la pectinase 果胶酶 dégrade les parois cellulaires pour libérer plus de jus de fruit, donnant plus de jus et plus clair.
• les lessives biologiques 洗衣粉 contiennent des enzymes (comme les protéases et les lipases) qui digèrent les taches, même à des températures plus basses.
• (Supplément) la lactase 乳糖酶 décompose le lactose 乳糖 pour produire du lait sans lactose, pour les personnes qui ne peuvent pas digérer le lactose.

Fermenters (Supplement)

Un fermenteur 发酵罐 est un grand réservoir utilisé pour cultiver des bactéries ou des champignons afin de produire des produits utiles, tels que l'insuline 胰岛素, la pénicilline 青霉素 et la mycoprotéine 真菌蛋白. Les conditions à l'intérieur doivent être soigneusement contrôlées : la température 温度, le pH, l'oxygène 氧气, l'apport en nutriments et l'élimination des déchets.

La modification génétique 基因改造 signifie changer le matériel génétique 遗传物质 d'un organisme en retirant, modifiant ou insérant des gènes 基因 individuels.

Production d'une protéine humaine chez les bactéries (Supplément)

Par exemple, pour produire une protéine humaine 蛋白质 (comme l'insuline) chez des bactéries :

1. découper le gène humain de l'ADN humain à l'aide d'enzymes de restriction 限制酶, qui laissent des extrémités collantes 黏性末端.
2. ouvrir un plasmide bactérien avec les mêmes enzymes de restriction, obtenant ainsi des extrémités collantes compatibles.
3. assembler le gène humain dans le plasmide à l'aide d'une ligase ADN 连接酶, formant un plasmide recombinant 重组质粒.
4. introduire le plasmide recombinant dans une bactérie.
5. les bactéries se multiplient et expriment 表达 le gène humain, produisant la protéine humaine.

Exemple résolu. Placez les étapes de production d'insuline humaine chez les bactéries dans l'ordre correct. Les enzymes de restriction découpent le gène d'insuline humaine de l'ADN humain, laissant des extrémités collantes. La même enzyme de restriction ouvre un plasmide bactérien, de sorte que ses extrémités collantes correspondent à celles du gène. La ligase assemble le gène dans le plasmide, formant un plasmide recombinant. Le plasmide est introduit dans une bactérie, et les bactéries se multiplient dans un fermenteur ; chacune exprime le gène et produit de l'insuline humaine. Deux points dépendent de la précision : la même enzyme doit couper à la fois le gène et le plasmide, ce qui permet aux extrémités collantes de s'assembler ; et la ligase assemble - elle ne coupe pas.

Exemples de modification génétique

La modification génétique est utilisée pour :

• introduire des gènes humains dans des bactéries pour produire des protéines humaines (comme l'insuline).
• introduire des gènes dans des cultures végétales 农作物 pour leur conférer une résistance 抗性 aux herbicides 除草剂.
• introduire des gènes dans des cultures pour leur conférer une résistance contre les insectes ravageurs.
• introduire des gènes dans des cultures pour améliorer leur valeur alimentaire.

(Supplément) Les OGM tels que le soja, le maïs et le riz peuvent offrir des rendements plus élevés et une meilleure nutrition, mais certaines personnes s'inquiètent des effets sur la santé, sur les espèces sauvages et du coût des semences OGM.

• Les bactéries sont utilisées car elles se reproduisent rapidement, produisent des molécules complexes et contiennent des plasmides.
• Levure (respiration anaérobie) → éthanol (biocarburant) et dioxyde de carbone (pain). Enzymes : pectinase (jus de fruits), protéases et lipases (lessives), lactase (lait sans lactose).
• Les fermenteurs produisent de l'insuline, de la pénicilline et de la mycoprotéine ; ils contrôlent la température, le pH, l'oxygène, les nutriments et les déchets.
• Modification génétique : découper un gène avec des enzymes de restriction (extrémités collantes) → l'assembler dans un plasmide avec une ligase (un plasmide recombinant) → l'introduire dans des bactéries → exprimer le gène pour produire la protéine.
• Les OGM peuvent résister aux herbicides ou aux insectes ravageurs, ou avoir une meilleure valeur nutritionnelle.