LES BIOTECHNOLOGIES FABRICATION DES MEDICAMENTS (L’INSULINE)

26/12/2015 | Antoine.Strago

 

Introduction :

Les biotechnologies sont les produits de la recherche scientifique dans les domaines tels que la biologie, la microbiologie, la biochimie, la biophysique, la génétique, la biologie moléculaire, l’informatique. Elles interviennent de l’ingénierie à la transformation de matière par des agents biologiques afin de produire «des biens et des services».

On les retrouve partout principalement des domaines de la santé ainsi que dans l’environnement, l’agriculture ou l’agroalimentaire.

En Suisse SwissMedic a autorisé plus de 350 médicaments avec un principe actif produits par le génie génétique.

Histoire de la biotechnologie médicale :

En 3000 Av J .C :

A cette époque déjà les hommes sélectionnaient et croisaient naturellement des espèces végétales ou animales à fin de les rendre plus productives.

Les Egyptiens utilisaient des microorganismes tels que les levures pour fabrique leur pain et différents types d’alcool mais ils ignoraient encore à cette époque les propriétés de la fermentation.

 

A partir du 18éme siècle :

Le développement exponentiel de la chimie et de la biologie amènent à des connaissances théoriques et à la compréhension de phénomènes jusque-là attribués à la magie.

Louis Pasteur décrit et développe le principe de la fermentation.

 

En 1872 :

Le biologiste bâlois Johann Friedrich Miescher, suite à des études en 1869 où il isole des noyaux cellulaires, observe la présence d’une substance non lipidique et non protéique qu’il va nommer nucléine.

Il va donc en 1872, démontrer sa présence dans plusieurs espèces de spermatozoïdes ce qui va le pousser à développer l’hypothèse de son rôle dans la transmission de l’hérédité.

Il ne le sait pas mais il vient de découvrir l’ADN.

 

Le 25 avril 1953 :

Les deux chercheurs Franckis Crick (physicien) et James Watson (biologiste) publient, suite à leur recherche, dans la revue « Nature » un article sur la découverte de la structure de l’ADN à double hélice.

 

De 1960 à 1966 :

Le chercheur américain Marshall W. Nirenberg découvre qu’un ARN messager formé de trois uridines (UUU) déclenche la synthèse d’une chaine d’un acide aminé (phénylalanine) qui forme une protéine. Il conclut donc qu’une série de trois nucléotides (UUU) aussi appelées codon, codaient cette acide aminé.

En parallèle, Khorana Har Gobind et son équipe développe la synthèse polynucléotide (l’alignement des acides aminés dicté par la séquence des ARN messagers)

Cela permit en 1966 de découvrir le code génétique.

En 1972 :

L’Américain  Paul Berg utilise une enzyme de restriction découverte deux ans plus tôt par le biologiste suisse Werner Arber.

Il réussit pour la première fois dans l’histoire des laboratoires à recombiner l’ADN d’une bactérie à l’ADN d’un virus.

 

En 1973 :

Les deux Américains Stanley Cohen et Herbert Boyer isolent un plasmide de la bactérie Escherichia coli munie d’un gène de résistance contre un antibiotique (tétracycline) et y introduisent un autre gène de résistance contre un autre antibiotique (canamycine). Ils réimplantent le plasmide dans une bactérie ce qui la rend résistante à deux antibiotiques (tétracycline et canamycine.)

Leur découverte fut le premier OGM (organisme génétiquement modifié).

 

En 1975 :

L’Allemand Georges Köhler et l’Anglais César Milstein ont publié dans « Nature » une technique de production d’anticorps monoclonaux.

 

En 1977 :

L’Américain biochimiste et physicien Walter Gilbert et le biochimiste anglais Frederick Sanger développent parallèlement deux méthodes pour permettre le décodage du code génétique.

 

En 1978 :

L’Américain Herbert Boyer et cofondateur de Genentech, développe une méthode dans un laboratoire de l’Université de Californie à San Francisco. C’est là qu’il crée une version synthétique du gène produisant de l’insuline pour l’introduire par la suite dans une bactérie Escherichia coli qui produira par la suite cette protéine.

La méthode utilisée à l’époque par Herbert Boyer et son équipe est encore inédite.

Mais cette méthode est encore très utilisée aujourd’hui. En 1982 l’entreprise Genentech fait de ce produit la première biotechnologie moderne. Herbert_Boyer_HD2005_Winthrop_Sears_Medal

Image1 : Herbert Boyer recevoir Winthrop Sears Médaille 2005

Production de l’insuline :

Pour ce faire on va utiliser des micro-organismes.

A ce jour SwissMedic (l’institut suisse des produits thérapeutiques) dénombre pas moins de 40 produits contenant de l’insuline produit par le génie génétique.

Modification génétique :

Pour qu’un micro-organisme tel qu’une cellule ou une bactérie produise une molécule telle que l’insuline, il faut la modifier génétiquement.

Les scientifiques et les chercheurs vont procéder de la manière suivante :

Ils vont d’abord isoler et extraire dans une cellule humaine à l’aide d’une enzyme restriction (petite protéine servant couper), le gène INS codant pour l’insuline qui se trouve sur le chromosome 11.

Dans le même temps ils vont aussi extraire d’une bactérie le plasmide (chromosome miniature présent dans la bactérie). On va couper ce plasmide de nouveau avec une enzyme restriction pour pouvoir y introduire le gène INS.

Le gène de l’insuline va être fixé sur le plasmide avec une ligase, une enzyme qui aide à créer de nouvelle liaison.

Puis le plasmide appelé aussi plasmide recombiné va être réintroduit dans une bactérie.

La bactérie (Escherichia coli) croyant que l’insuline était utile à sa survie,  va naturellement la fabriquer.

Les bactéries vont être soigneusement sélectionnées avant d’être mises en culture.

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Image2 : Schéma d’une modification génétique

 

La culture :

Les bactéries vont être mises ensuite dans un petit bioréacteur appelé fermenteur. Sous la présence de solution nutritive elles vont se multiplier très rapidement de manière exponentielle. Puisque une bactérie se divise toutes les 20 minutes cela fait un total d’environ 4.7×1021 bactéries en 24 heures.

Fermentation :

C’est durant cette période que les bactéries vont produire de l’insuline. Les personnes chargées de la production vont également s’occuper de transférer les bactéries dans des cuves (les fermenteurs) toujours plus volumineux.

Cependant plus le fermenteur est grand, plus il devient difficile de maintenir des conditions idéales, (la température, le taux de sucre) de manière égale dans l’ensemble de la cuve.

Purification :

Une fois la phase de fermentation il faut récupérer le produit fabriqué par la bactérie.  Pour ce faire il faut séparer à l’aide d’une centrifugeuse l’insuline de la bactérie.

Les bactéries vont être détruites à l’aide d’un produit désinfectant.

Juste après on procède à un clivage enzymatique où l’insuline va pouvoir être concentrée.

Suite à quoi on va purifier le produit via un processus de chromatographie à échange d’ion pour finir par une dia filtration ou une ultrafiltration.

Formulation :

C’est pendant à cette étape que le produit va être stabilisé  pour le cas de l’insuline dans la plupart  des cas sous forme de suspension injectable. Puis il faut conditionner et préparer le transport.

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Image 3 : Schéma de production l’insuline

 

Discussions :

Points positifs :

  • Cultures cellulaires standardisées

Les chercheurs travaillent avec des cultures cellulaires standardisées toujours et rigoureusement identiques. Ce qui permet qu’elles soient largement étudiées et utilisées dans le monde entier. C’est le cas de la lignée E.coli qui reste l’être vivant le plus et le mieux étudié dans le domaine des sciences naturelles, ce qui offre aux chercheurs de larges et sûres sources de documentation.

  • Effet plus ciblé

Contrairement aux médicaments dits classiques, les médicaments issus de la biotechnologie ont des effets recherchés et des actions très ciblées sur des parties et sections de l’organisme ; ce qui signifie qu’ils vont réagir uniquement sur la molécule cible. Le mécanisme se rapproche plus facilement du mécanisme naturel, ce qui réduit et écarte les effets indésirables du médicament.

  • Avantages économiques

Depuis quelques années les couts de la recherche pour de nouveaux médicaments  n’ont cessé d’augmenter.

Sur les nouveaux médicaments classiques testés, seuls 0.01% passent tous les tests pour être commercialisés. Contrairement aux médicaments issus de la biotechnologie où le 25% passent les tests cliniques. Sur ces 25%, 1 à 3 médicaments sont commercialisés, ce qui représente 4 à 12% de ces 25%.

Points négatifs :

  • Point de vue de la fabrication :

Malheureusement rien n’est simple en production biotechnologie. Le plus gros problème auquel  les chercheurs et les responsables de production essayent de faire face est la présence d’impuretés dans les différentes cuves de production. Par exemple des rétrovirus (virus qui s’attaquent à l’ADN, des cellules comme par exemple le virus du SIDA) peuvent être introduits dans la cuve. Ils sont très difficiles à détecter et à éliminer. On peut aussi constater la présence d’autres bactéries ou champignons. C’est impuretés sont très rares mais ont de graves et lourdes conséquences écologiques sanitaires et économiques. En effet il faut pratiquement toujours vider complètement les cuves ce qui fait que des milliers de litres de produit doivent être traités et éliminés.

  • Formulation complexe

Du fait de la sensibilité de la structure de l’insuline, cette protéine ne peut être administrée que sous la forme d’injection à l’aide d’une seringue. Elle ne peut être prise sous aucune autre forme plus facile à ingérer comme par exemple des comprimés.

 

  • Problème étique

Depuis une vingtaine d’année le génie génétique lié à la biotechnologie pose de nombreuses questions concernant l’éthique et d’autres questions allant dans ce sens.

Par exemple : L’homme peut-il intervenir sur le patrimoine génétique des bactéries ? En Suisse en 1998 la population a dû voter au sujet de l’initiative « Pour la protection de la génétique » 67% soit 2/3 de la population s’est prononcée sur un contrôle et non l’interdiction du génie génétique. Le texte existe encore aujourd’hui dans la Constitution fédérale  Art : 119 «L’être humain doit être protégé contre les abus en matière de procréation médicalement assistée et de génie génétique». Elle décrit très précisément comment les organismes modifiés doivent être manipulés.

La Constitution Fédérale écrit toutefois : «Toute forme de clonage et toute intervention dans le patrimoine génétique de gamètes et d’embryons humains sont interdites».

Cependant la population voit d’un meilleur œil l’utilisation des biotechnologies dans la fabrication de médicaments, contrairement aux biotechnologies utilisées dans l’agriculture pour les plantes (les OGM) dont la population se méfie et apprécie peu.

Conclusion :

Les biotechnologies sont probablement à l’heure actuelle une des meilleures techniques et l’avenir de la fabrication d’un médicament.

C’est probablement aussi une des meilleures solutions dans ces autres domaines d’application, tels l’environnement ou l’agriculture face aux problèmes actuels de notre société sans cesse en expansion.

Cependant il s’agit d’une branche neuve dans les domaines des technologies, c’est pourquoi il est recommandé de l’utiliser avec prudence car on ne connaît pas encore tous  ses effets et conséquences.

Il importe de ne pas la surexploiter non plus et de renforcer les contrôles pour éviter des abus et des problèmes sur les points vus éthiques écologiques et économiques, d’informer la population le mieux possible sur cette technologie pour éviter les malentendus. .

Trouver d’autres alternatives plus sûres pour éviter certaines sources d’autres problèmes est une nécessité, je pense particulièrement dans le domaine de l’agriculture.

En résumé les biotechnologies sont une branche d’avenir mais doivent être utilisées avec modération et prudence.


Bibliographie :

Internet :

Nom de l’article Auteur Site Lien
Production d’agents biopharmaceutiques  Interpharma www.biotechlerncenter.interpharma.ch http://biotechlerncenter.interpharma.ch/fr/3046-2-production-dagents-biopharmaceutiques
3. Avantages d’agents biopharmaceutiques Interpharma www.biotechlerncenter.interpharma.ch http://biotechlerncenter.interpharma.ch/fr/3047-3-avantages-dagents-biopharmaceutiques
Histoire de la biotechnologie Amgen www.amgen.ch http://www.amgen.ch/french/patients/Histoire_de_la_biotechnologie.html
Herbert Boyer Inconnue www.wikipedia.org https://en.wikipedia.org/wiki/Herbert_Boyer
Walter Gilbert Inconnue www.wikipedia.org https://en.wikipedia.org/wiki/Walter_Gilbert
Histoire du gène – de 1665 à 1977 Inconnue www.gene-abc.ch http://www.gene-abc.ch/fr/histoire-du-gene/histoire-du-gene-de-1665-a-1977/#c587
Georges Köhler Inconnue www.wikipedia.org https://fr.wikipedia.org/wiki/Georges_K%C3%B6hler
Friedrich Miescher Inconnue www.wikipedia.org https://fr.wikipedia.org/wiki/Friedrich_Miescher
Biotechnologie Inconnue www.wikipedia.org https://fr.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie
Louis Pasteur Inconnue www.wikipedia.org https://fr.wikipedia.org/wiki/Louis_Pasteur
Séquençage de l’ADN Inconnue www.wikipedia.org https://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9quen%C3%A7age_de_l%27ADN
NIRENBERG MARSHALL WARREN

(1927-2010)

Samya OTHMAN http://www.universalis.fr/ http://www.universalis.fr/encyclopedie/marshall-warren-nirenberg/
KHORANA HAR GOBIND

(1922-2011)

Samya OTHMAN http://www.universalis.fr/ http://www.universalis.fr/encyclopedie/har-gobind-khorana/
Il y a 60 ans, la découverte de l’ADN Joël Ignasse http://www.sciencesetavenir.fr/ http://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/20130424.OBS6881/il-y-a-60-ans-la-decouverte-de-l-adn.html
Pour la petite histoire lesaffre www.toutsurlalevure.fr http://www.toutsurlalevure.fr/article/pour-la-petite-histoire
Anticorps monoclonal Inconnue www.wikipedia.org https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Anticorps_monoclonal&action=history

Illustrations :

L’image Le lien
Image 1 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Herbert_Boyer_HD2005_Winthrop_Sears_Medal.JPG/220px-Herbert_Boyer_HD2005_Winthrop_Sears_Medal.JPG
Image 2 http://www.bio-top.net/Microbio/Genie_gen.htm
Image 3 http://biotechlerncenter.interpharma.ch/sites/default/files/images/articles/72dpi/grafik3-2_fr.jpg

 

2 commentaires

  1. Bonjour, même si je connaissait le procédé de modification génétique, j’ai apprécié ta partie sur les avantages et les inconvénients. La bibliographie est une très bonne idée, il y a du travail derrière cet article et c’est tout à ton mérite. Après avis personnel sur la partie, je trouve que lister les événement date par date fait un peu wikipédia, peut être aurait-il été plus judicieux de faire un bref paragraphe regroupant les évènements importants de cette matière. A part ce détail j’ai bien aimé merci pour ton article 🙂

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J'ai 20 ans je suis passionner de science depuis tous petit. Je vie en suisse et je suis actuellement Laborstie CFC J'adores les Science :)