Technologies du vivant

TECHNOLOGIES POUR LA PRODUCTION DE PROTEINES

Les produits issus du génie génétique aujourd'hui commercialisés (vaccins, tests Je diagnostics, protéines à visée thérapeutique, kits d'identification en microbiologie, enzymes alimentaires ou utilisés dans les détergents) sont obtenus dans plusieurs systèmes, dont les trois principaux en termes de produits commercialises sont la bactérie Escherichia coli, la levure Saccharomyces cerevisiae et les cellules de mammifères (cellule d'ovaires de hamster chinois).

A côté de ces trois grands systèmes de production, un grand nombre de systèmes alternatifs sont en cours d'étude, de nombreuses protéines recombinantes ayant été obtenues dans différents systèmes au niveau du laboratoire. Au nombre de ceux- ci, on peut mentionner les bactéries (Bacillus et Streptomyces), les levures et champignons filamenteux, les cellules d'insectes, les animaux transgéniques et les plantes recombinantes.

En production industrielle, les technologies fermentaires furent à l'origine de l'exploitation des micro-organismes. Le choix du système le plus favorable doit s'effectuer au niveau du taux d'expression, et donc de la définition du milieu de culture, mais aussi de l'optimisation des conditions de fermentation, de la détermination du processus fermentaire et de sa validation avant mise en oeuvre à grande échelle. Il faut ici rappeler le rôle clé, en particulier au plan économique, de la source de carbone utilisée comme substrat de culture. Pour répondre aux contraintes de production, les dispositifs de contrôle doivent fournir en temps réel une information simplifiée mais pertinente, ce qui a conduit au développement de la modélisation des procédés fermentaires utilisant la mesure indirecte et les estimations, ainsi qu'au développement des logiciels correspondants. Parmi ces outils de contrôle, on peut mentionner les biocapteurs, systèmes utilisant un élément biologique pour effectuer des mesures rapides, sensibles et spécifiques de variables telles que la température, le pH ou la conductivité du milieu fermentaire.

Enfin, un procédé ne serait pas complet sans l'étape ultime de purification et séparation, essentielle en ce sens qu'elle est déterminante pour la qualité du produit final et conditionne ainsi les possibilités pour une entreprise de mettre la molécule sur le marché. Les procédés de purification et de séparation peuvent être classés en plusieurs catégories: extractions, centrifugations, procédés électrocinétiques, procédés chromatographiques, procédés de séparation membranaire.

Ces technologies membranaires consistent en des procédés de séparation et de purification dont la maîtrise passe par celle de la conception et la production de membranes organiques ou minérales spécifiques dont les applications ne se trouvent pas seulement dans le "downstream processing" de la bio-industrie, mais aussi dans des domaines plus traditionnels des industries agro-alimentaires. En particulier, la combinaison de la nanofiltration et de l'extraction au CO2 supercritique pourrait résoudre certains problèmes spécifiques de l'industrie agro-alimentaire.

Cette séquence d'étapes, qui permet d'obtenir une substance en utilisant les procédés de conversion biologique, peut commencer avec la fermentation initiale d'un produit grâce à des cellules intactes, ou alternativement par une réaction enzymatique appelée biocatalyse. Un travail de développement dans ce domaine consiste dans la production d'enzymes qui offrent la promesse de rendements accrus et de réactions plus rapides. Cet effort est complété par le développement de la microbiologie, qui permet le criblage de micro-organismes aux propriétés nouvelles ou à fonctionnalité améliorée, provenant soit de mutagénèse dirigée, soit du génie génétique. L'accès à des micro-organismes provenant d'environnements extrêmes est très prometteur quant à la possibilité d'identification d'enzymes originales, performantes et stables.