Soutenance mémoire
Généralités sur la biotechnologie et les Médicaments
Définitions
Définition de la biotechnologie
La biotechnologie empirique est apparue avec le processus de fermentation de substrats. Selon KARL EREKY, c’est la science et les méthodes qui permettent, à partir de matières premières, de fabriquer des produits à l’aide d’organismes vivants. L’Organisation de Coopération et de Développement Economiques (OCDE) définit les biotechnologies 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. »(PADIRAC, 1985). La biotechnologie commence à être considérée comme une science moderne dans la deuxième moitié du XXème grâce aux progrès de la biologie moléculaire et de la génétique. Ainsi, elle peut être définie comme un ensemble de technologies fondamentales qui, en utilisant au niveau moléculaire les informations et les techniques biologiques permet la découverte et la production de produits innovants. Le terme « biotechnologie moderne » fait souvent référence aux techniques de recombinaison de l’ADN. Il décrit simplement le transfert d’un gène d’un organisme dans un autre, c’est-à-dire littéralement la recombinaison d’ADN provenant de différentes sources aussi éloignées que l’homme et les microorganismes (REDEN, 2004 ; TERENCE, 1988).
Définition du génie génétique
Le génie génétique est le processus par lequel on identifie et isole l’ADN d’une cellule vivante pour l’introduire dans une autre cellule vivante. Elle permet à la cellule bactérienne ou eucaryote de fabriquer des molécules ou des substances qu’aucun chimiste ne pourrait synthétiser (REDEN, 2004).
Le génie génétique ne se limite pas aux seuls micro-organismes. De nombreuses espèces végétales et animales peuvent être rendues « transgénèse » pour produire des substances ou molécules utiles. La transgénèse est l’opération qui consiste à introduire dans le génome d’un organisme pluricellulaire un fragment d’ADN exogène de manière à ce que celui- ci puisse être présent dans un grand nombre de ses cellules et être éventuellement transmise à la descendance (HOUDEBINE, 2001; PASSET et coll.,2008 ).
Définition générale du médicament
Selon l’article L511 du code de la santé publique, on entend par médicament « toute substance, composition ou préparation présentées comme possédant des propriétés curatives ou préventives à l’égard des maladies humaines ou animales ainsi que tout produit pouvant être administré à l’homme ou à l’animal en vue d’établir un diagnostic médical ou de restaurer, corriger ou modifier leurs fonctions organiques » (AIACHE et coll., 2008).
Définition du médicament en biotechnologie
En biotechnologie, les médicaments sont essentiellement constitués de macromolécules complexes que la synthèse chimique ne parvenait pas à produire. Ces macromolécules d’intérêt thérapeutique ont été initialement obtenues par extraction à partir de liquides et tissus organiques d’origine animale ou humaine. Ainsi en biotechnologie, les médicaments sont définis autrement. Ce sont des agents thérapeutiques produits à l’aide d’organisme vivant et de la technologie de recombinaison de l’ADN. Cette classe de médicaments a pour principes actifs les protéines recombinantes et les gènes (AKIOUD et coll., 2005).
Intérêt
Nombreux sont les exemples de maladies dues à l’absence ou au dysfonctionnement de gènes ou protéines. La biotechnologie offre la possibilité de produire des macromolécules présentes dans l’organisme humain comme modèle de médicaments. La synthèse et la purification de protéines humaines à partir de gènes recombinés représentent une application médicale importante de la manipulation génétique. Le recours à la biotechnologie a permis la conception et le développement de macromolécules complexes et leur production à grande échelle. Cependant la majorité des médicaments issus des biotechnologies commercialisés à ce jour sont des protéines thérapeutiques recombinantes (BRINGER, 2005 ; CHERON, 1997).
Historique
Le début de la biotechnologie remonte depuis l’antiquité c’est-à-dire depuis que l’homme a commencé à fabriquer du fromage, du pain, du vin, du vinaigre et des boissons alcoolisées (LAFONTAINE, 2012). Antiquité : fabrication de pain, de bière, de fromage et de vin. Début du XXème siècle : on évoque la notion d’enzymes, de vitamines, de gènes, d’ADN. En 1913, le terme de biotechnologie apparait en fin.
En 1953 : JAMES WATSON et FRANCOIS CRICK découvre la double hélice de l’ADN.
1955 : l’ADN polymérase impliqué dans la synthèse d’un ADN est isolé pour la première fois.
1961 : des chercheurs déchiffrent le code génétique.
1970 : les enzymes de restriction sont découvertes. Ces enzymes clivent l’ADN en fragments et sont utilisées pour différentes études et applications.
1972 : l’ADN ligase, qui lie les segments d’ADN entre eux, est utilisé pour la première fois.
1972-1974 : PAUL BERG réalise la première molécule d’ADN recombinant.
1979 : on parvient à produire l’insuline et l’hormone de croissance (GH) par des micro-organismes génétiquement modifiés, puis vient le tour de l’interféron en
1980.
En 1981 : apparait la première souris transgénique.
En 1983 : apparait la première plante transgénique (tabac), et on invente la Polymérase Chaine Réaction(PCR) qui permet de reproduire un grand nombre de fois une molécule d’ADN. De nos jours on se trouve en plein essor du développement industriel des médicaments issus de la biotechnologie et de l’expérimentation des thérapies géniques (LAFONTAINE, 2012).
Rappels : les acides nucléiques, les gènes et les outils de base du génie génétique
Les acides nucléiques
Les acides « nucléiques » sont des substances qui, comme leur nom l’indique, ont été tout d’abord isolés du noyau des cellules. En fait, comme on l’a su plus tard, il existe des acides nucléiques dans le noyau et dans le cytoplasme des cellules. Ce terme n’est plus approprié, mais il a cependant été conservé. Il existe deux types d’acides nucléiques :
❖ L’Acide Désoxyribonucléique(ADN), essentiellement localisé dans le noyau des cellules.
❖ Les Acides Ribonucléiques (ARN), retrouvés au niveau du cytoplasme des cellules: ARNm (messager), ARNt (transfert), ARNr (ribosomique).
Leur intérêt repose surtout dans la synthèse des protéines. Les acides nucléiques sont de très longues molécules, formés par la répétition de sous- unités appelées « nucléotide ». Le nucléotide est lui-même constitué de 3 éléments :
Nucléotide = Base + Ose + Acide phosphorique.
➤ Les bases
Deux types de base ont été démontrés au niveau des acides nucléiques. Bases puriques : Adénine, Guanine. Bases pyrimidiques : Cytosine, Thymine, Uracile.
➤ Les oses
On trouve deux types d’oses dans les acides nucléiques : Ribose : (D- ribose) : C’est un ose en 5 carbones (C5). Ce nom provient des initiales de l’institut ou il a été découvert : « Rockefeller Institute of Biochemystry » à New York (Ribose).
L’acide désoxyribonucléique(ADN)
L’acide désoxyribonucléique (ADN) est le dépositaire du matériel génétique c’est à dire de l’information cellulaire. C’est une macromolécule parfois très longue, un polymère de nucléotides constitué de deux chaines hélicoïdales antiparallèles et complémentaires, indispensable à la vie cellulaire puisqu’elle contient les informations (transmises de génération en génération) nécessaire à la synthèse des protéines structurales et enzymatiques (MAILLET M., 1975).
Trois caractéristiques sont propres à l’ADN et vont le différencier des ARN :
➤ L’ose :
L’ose entrant dans la constitution de l’ADN est un désoxyribose (et non pas un ribose comme ce sera le cas dans les ARN).
➤ Les bases :
Les bases constituant les nucléotides de l’ADN sont : Adénine (A), Guanine (G), Cytosine (C), Thymine (T).
➤ Les deux chaines de nucléotide :
Une molécule d’ADN est habituellement formée de deux chaines (on dit aussi deux brins). La cohésion entre les deux brins est associée, par des liaisons hydrogènes (trois liaisons par G et C et deux liaisons par A et T). Ces dernières, à une certaine température que l’on appelle improprement « température de fusion » se rompent et se séparent. Dans ce cas on parle de dénaturation. Cette dénaturation est cependant réversible, quand la température est abaissée progressivement les deux brins de l’ADN peuvent s’hybrider à nouveau c’est à dire se rapprocher selon les règles de complémentarité des bases : C’est la renaturation (JORDAN B, 2003). Les informations contenues dans l’ADN nécessaires pour la synthèse des différentes protéines sont héréditaire par le processus de la réplication. Watson et Crick ont conclu que le modèle en double hélice de l’ADN est de nature à pouvoir proposer un mécanisme de réplication fondé sur la stricte complémentarité des deux brins [LUNARDI, 2003 ; VICTOR, 2012).
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I: Généralités sur la biotechnologie et les Médicaments
1- Définitions
1.1-Définition de la biotechnologie
1.2- Définition du génie génétique
1.3- Définition générale du médicament
1.4- Définition du médicament en biotechnologie
2-Intérêt
3- Historique
4- Rappels : les acides nucléiques, les gènes et les outils de base du génie génétique
4.1- Les acides nucléiques
4.1.2- L’acide désoxyribonucléique(ADN)
4.1.3- Les acides ribonucléiques (ARN)
4.2- Les gènes
4.2.1- les gènes procaryotes
4.2.2- les gènes eucaryotes
4.2.3- La biosynthèse cellulaire des protéines
4.2.3.1- La transcription
4.2.3.2- La traduction
4.3- Les outils de base du génie génétique
4.3.1- Le Matériel enzymatique
4.3.1.1-Les enzymes de restriction
4.3.1.2- Les ADN ligases
4.3.1.3- La transférase terminale
4.3.1.4- La transcriptase reverse
4.3.2- Le clonage de l’ADN
4.3.2.1- Préparation d’ADN génomique
4.3.2.2- Préparation de l’ADN complémentaire
4.3.2.3- Préparation d’ADN synthétique
4.3.3- Les vecteurs
4.3.3.1- Plasmides
4.3.3.2- Les bactériophages ou phages
4.3.3.3- Les autres types de vecteurs
4.3.4- Les cellules hôtes
4.3.4.1- Les cellules procaryotes
4.3.4.2- Les cellules eucaryotes
Chapitre II : Les principes actifs des médicaments obtenus par biotechnologie
1- Les protéines recombinantes
1.1-Définition d’une protéine recombinante
1.2- Mécanismes de production d’une protéine recombinante
1.2.1- À partir des microorganismes
1.2.2- A partir des Plantes
1.2.3- A partir des animaux
2- Les gènes comme médicament
2.1- Définition
2.2- Mécanisme de production des « gènes médicaments »
Chapitre III: Catégories de médicaments
1- Médicaments issus des protéines recombinantes
1.1- Les hormones
1.1.1- L’insuline
1.1.2- L’hormone de croissance humaine
1.1.3- Les Gonadotrophines
1.1.4- L’érythropoïétine humaine
1.2- les Vitamines
1.3- Les Cytokines
1.3.1- Interférons
1.3.2- Les interleukines
1.3.3- G-CSF (Granulocyte- Colony Stimulating Factor)
1.3.4- GM-CSF (Granulocyte macrophage -Colony Stimulating Factor)
1.4 – Les protéines sanguines et plasmatiques
1.4.1- Albumine humaine
1.4.2- Facteurs de coagulation
1.5- Anticorps monoclonaux
1.6 -Les Vaccins recombinants
2- Médicaments issus des gènes
2.1- La thérapie génique
2.2- Vaccin ADN
CHAPITRE IV: Sécurité sanitaire et aspects réglementaires
1- La sécurité sanitaire
1.1 – Les protéines recombinantes
1.1.1- Risques microbiologiques
1.1.2- Risques immunologiques (néo-antigénicité)
1.1.3- Les risque pour l’environnement
1.2- Thérapie génique (ADN médicament)
2 – Aspects réglementaires
2.1- Les protéines recombinantes
2.2 – Les produits de thérapie génique
2.3 – Autorisation de Mise sur le marché (AMM)
2.3.1- Les critères de qualité
2.3.2- Les critères de sécurité préclinique
2.3.3- Les critères d’efficacité clinique
2.3.4- Le rapport « bénéfice-risque »
CONCLUSION
