Biotechnologie - Définition

Introduction

L’OCDE définit la biotechnologie comme « l’application des principes scientifiques et de l'ingénierie à la transformation de matériaux par des agents biologiques pour produire des biens et services ».

La biotechnologie, ou « technologie de bioconversion » comme son nom l'indique, résulte d'un mariage entre la science des êtres vivants – la biologie – et un ensemble de techniques nouvelles issues d'autres disciplines telles que la microbiologie, la biochimie, la biophysique, la génétique, la biologie moléculaire, l'informatique…

Par abus de langage, on la restreint souvent au domaine du génie génétique et aux technologies issues de la transgénèse, permettant en particulier d'intervenir sur le patrimoine génétique des espèces pour le décrypter ou le modifier (voir organismes génétiquement modifiés).

Présentation du secteur

Biotechnologies traditionnelles

• vinification
• utilisation de levures (ex : panification, production de bière, yoghourt...)
• fromagerie
• et de nombreuses technologies utilisées par le agroalimentaire ou à la cuisine.

Biotechnologies contemporaines nouvelles

Elles apparaissent à la fin du XX^e siècle, et sont d'abord essentiellement basées sur la transgenèse, mais pourraient encore évoluer avec les progrès des nanotechnologies et de la bio-informatique. On les classe parfois en trois catégories :

• « Biotechnologies vertes » (d'intérêt agricole),
• « Biotechnologies rouges » (d'intérêt médical) et
• « Biotechnologies blanches » (définies par EuropaBio en 2003 comme suit : « Les biotechnologies blanches consistent à appliquer des procédés naturels à la production industrielle » ; il s'agit donc notamment de génie biologique appliqué au service de la chimie). Le groupe d'expert McKinsey a estimé dans un rapport prospectif qu'en 2010, 20% des produits chimiques commercialisés seront produit par des processus biologiques, pour un chiffre d'affaires annuel estimé par ce groupe à environ 300 milliards de dollars. Cette tendance est notamment liée à la disparition probable du pétrole peu cher et à des exigences croissantes de moindre pollution industrielle.

Les technologies basées sur la transgénèse sont devenues la base des biotechnologies qui s'appuient maintenant sur les nouveaux outils de décryptage des génomes, avec pour but premier la création de nouveaux produits d'intérêt commerciaux, par :

• la modification génétique d'organismes d'intérêt économique, comme les céréales, afin de leur donner des caractéristiques qu'elles n'ont pas encore, par exemple la résistance à un nuisible,
• la modification génétique d'autres organismes, afin de les rendre utiles à l'homme. Par exemple la création de chèvres intégrant dans leur génome des gènes d'araignées afin de pouvoir extraire de leur lait des fils utilisables comme textile.

Ces technologies ont donc générées d'importants débats éthiques, politiques et économiques sur le brevetage du vivant, parfois conflictuels.

Les grands domaines

Les biotechnologies jouent un rôle important dans le secteur des industries de la santé, mais ont aussi un rôle émergent dans les secteurs de l’environnement, de l’agriculture, de l’agroalimentaire, ainsi que pour la mise au point de processus industriels innovants. Selon l'OCDE, elles contribuent aujourd'hui à moins de 1% du PIB des pays de l'OCDE, mais ce seuil pourrait monter à 2,7% d'ici 2030. L'Union européenne « investit 1,9 milliard d'euros dans la création d'une bioéconomie européenne au titre du thème « Alimentation, agriculture et pêche, et biotechnologie» du septième programme-cadre (7^e PC). »

Dans le domaine agricole

Selon les promoteurs des biotechnologies, ces dernières peuvent ou pourraient contribuer à diminuer les émissions de nombreux polluants ou gaz à effet de serre, mieux protéger les ressources en eau, cultiver sur des sols pollués ou irriguer avec de l'eau salée, diminuer l'usage d'engrais et pesticides en rendant des plantes capables de produire leur propre « biopesticide » et capter dans l'air l'azote dont elles ont besoin ;
Le développement d'abord expérimental (dans les années 1980) puis en plein champs (années 1990/2000) des biotechnologies dans le domaine de l'agriculture, et de l’agronomie, au travers en particulier des OGM soulève de nombreuses polémiques, au niveau de certains groupements professionnels d'agriculteurs (comme la Confédération paysanne en France) et des ONG comme Greenpeace ou les Amis de la Nature. L'association Inf'OGM suit l'actualité dans ce domaine afin d'alimenter le débat public. Les entreprises actives dans ce secteur sont représentées au niveau européen par EuropaBio.

Selon un rapport de l'OCDE de 2009, « d'ici 2015 environ la moitié de la production mondiale de grandes cultures alimentaires et fourragères sera assurée par des variétés mises au point à l'aide de la biotechnologie. ».

Dans le domaine de la santé (biotechnologies rouges)

Le secteur de la santé (humaine et vétérinaire) fait un appel croissant aux biotechnologies, pour découvrir, tester et produire de nouveaux traitements (ex : vaccins, protéines recombinantes, anticorps monoclonaux, thérapie cellulaire et génique (non-virale) ), mais aussi pour diagnostiquer et comprendre les causes des maladies. Ceci suppose un effort de recherche très important pour comprendre le fonctionnement des organismes, et concevoir des médicaments capables d'agir sur d'éventuelles perturbations, et pour mieux différentier la part du génétique et de l'environnemental dans l'étiologie et l'épidémiologie des maladies.

Cet effort de R&D est de plus en plus externalisé par l'industrie pharmaceutique vers les sociétés de biotechnologie, avec l'objectif d'avoir accès à une offre plus diversifiée de produits finis, c’est-à-dire de candidats médicaments pour lesquels la preuve de concept (essais in vitro et/ou en culture cellulaire), la preuve de faisabilité (essais chez l’animal), voire l'évaluation clinique chez l’homme ont déjà été faites.
La présence effective d’un tissu de jeunes entreprises innovantes de biotechnologie est donc une source d’innovations majeures pour le secteur pharmaceutique. Ainsi, actuellement 15% des nouveaux médicaments seraient issus des biotechnologies et les projections portent ce chiffre à 40% pour 2010.

C'est le domaine pour lequel le public admet le mieux l'usage des biotechnologies quand il fait appel à la transgénèse, à condition que les micro-organismes génétiquement modifiés soient cultivés en réacteurs fermés et non en plein champs, et avec les meilleurs conditions de biosécurité.

Dans le domaine de l'industrie (biotechnologies blanches)

Bien au-delà du secteur pharmaceutique, les biotechnologies blanches jouent un rôle croissant dans la bio-industrie, dont dans les domaines de l’environnement. Les technologies blanches parfois dites de seconde ou troisième génération utilisent généralement des bactéries utilisées comme vectrices et/ou productrices de substances d'intérêt technique et commerciales.

Les biotechnologies blanches peuvent aussi contribuer à la mise au point de capteurs de l’état de l’environnement, de sa pollution par des substances chimiques. Elles peuvent servir à la mise au point de procédés de recyclage innovants. Les organismes génétiquement modifiés peuvent être utilisés pour produire des matériaux innovants, des substances chimiques, très difficiles ou très coûteux à obtenir par la chimie traditionnelle.

Les biotechnologies constituent donc un vaste domaine, aux applications industrielles importantes, et en terme économique un très vaste marché :

• Les biocatalyseurs : Certains étaient utilisés depuis des siècles, pour la fabrication de produits alimentaires. Ils interviennent maintenant dans les procédés innovants de l’industrie « propre » (détergents, textile, amidon et fécule, bière, pâtisserie et panification, vins et jus de fruit, pour la dégradation de l’amidon en sucres pour la fabrication d’alcool ou comme solvant, industrie alimentaire des additifs pour l’amélioration des qualités nutritives des aliments, industrie laitière pour la conversion du lactose en sucre assimilable, arômes de fromages, arômes alimentaires biosynthétiques, colorants alimentaires de synthèse), alimentation animale (hydrolyse des protéines pour la production de farines à haut rendement), industrie des cosmétiques (production de bases de crèmes et de collagènes), industrie papetière (dissolution des pâtes, blanchiment, contrôle de viscosité des amidons), procédés de tannage (élimination des poils et graisses), traitement des graisses (hydrolyse des graisses et lécithines, estérification, production d’agents de solubilité, bio-détergents, savons et procédés de saponification), chimie fine (produits pharmaceutiques).
• Des procédés enzymatiques permettent des applications industrielles plus « propres » ; dont la production de détergents divers et tensioactifs, désencollage/désamidonnage des textiles tissés avant leur coloration et traitement de surface, le marché des amidons et fécules, hydrolyse des sucres de l’amidon, productions alimentaires (procédés de fermentation), autres industries (alimentation animale, fabrication ou traitement du papier, y compris le blanchiment et le désencrage, le traitement des cuirs, la biochimie fine, ou encore le traitement des graisses et huiles).
• Des organismes génétiquement modifiés (bactéries, champignons) et/ou produits par génie génétique pourraient améliorer certaines techniques de bioremédiation, notamment pour le traitement et l’utilisation des déchets : traitement des eaux usées, dépollution ou détoxication des sols (métabolisation des polluants par des micro-organismes), herbicides, traitement et reconversion des sous-produits de l’industrie agro-alimentaire (déchets de cellulose, du petit-lait de la fabrication de fromages et beurres, graisses animales, équarrissage et farines animales, etc.).
  • Les procédés de fermentation traditionnelle : fermentation alcoolique, acides organiques (acide citrique, acide acétique…), production d’antibiotiques, production de dérivés chimiques, biopolymères, etc. à l’aide de cultures de micro-organismes.
  • des enzymes et biocatalyseurs peuvent être utilisés dans des procédés alimentaires, en chimiothérapie, pour produire des produits chimiques, des biosenseurs ou des équipements médicaux de diagnostic.
  • L’industrie des combustibles et produits organiques alternatifs au pétrole : photolyse de l’hydrogène, digesteurs de biomasse pour la production de méthane, alcools (à partir de sucres végétaux).
• La biologie moléculaire et le génie génétique de l’ADN recombinant (ADN donneur, ADN vecteur ou ADN hôte) sont utilisés pour la synthèse de produits organiques (produits chimiques ; bio-protéines : hormones de synthèse, anticorps, facteurs sanguins), avec par exemple ;
  • Les technologies des interférons et anticorps monoclonaux : développement de thérapeutiques, équipements de diagnostic.
  • Les cultures de cellules végétales et protéines unicellulaires : production de biomasse, produits chimiques (stéroïdes, alcaloïdes, etc.)
  • Les cultures de cellules animales de mammifère.
  • La sélection des plantes et les cultures de tissus végétaux.
• Les procédés biologiques de fixation de l’azote : réduction de l’usage des engrais azotés pour les productions agricoles, production d’ammoniac à partir d’azote gazeux atmosphérique.
• Les autres procédés industriels associés : système de recyclage des eaux usées ; collecte, prétraitement et filtration des captages d’eau potable, extraction et purification des produits miniers, développement de réacteurs sans combustible fossile et sans chimie polluante, isolation/concentration et récupération ou filtration des catalyseurs et organismes utilisés dans la fabrication de sous-produits.