Biotechnologie, OGM et Bactéries : Guide Complet

Qu'est-ce que la Biotechnologie ?

La biotechnologie est une branche du savoir qui s'est développée depuis la découverte de l'ADN et de sa séquence génétique. Elle a permis l'élaboration de procédures pour modifier la constitution génétique d'un organisme. La biotechnologie est utilisée dans les procédés industriels pour améliorer l'efficacité et la productivité, pour le bénéfice des êtres humains. Elle est appliquée aux organismes vivants modifiés génétiquement, mais l'impact sur la santé humaine et l'environnement n'est pas encore totalement connu.

Que sont les Organismes Génétiquement Modifiés (OGM) ?

Les OGM (Organismes Génétiquement Modifiés) sont des êtres vivants dont la constitution génétique a été modifiée. Ils ont été créés pour améliorer la productivité, développer une résistance aux agents pathogènes (virus, bactéries) et aux facteurs climatiques (sécheresse, changements de température, etc.). Pour les obtenir, on utilise des enzymes de restriction d'origine bactérienne qui reconnaissent de courtes séquences d'ADN afin qu'elles puissent se multiplier et s'ajouter à l'organisme à modifier. En conclusion, les OGM sont réalisables grâce à l'application de la technologie de l'ADN recombinant, technique qui, à travers des séquences connues, a permis de modifier le matériel génétique d'un organisme. Actuellement, on ne connaît pas précisément leurs effets sur la biodiversité et l'homme.

Comment obtenir des Organismes Transgéniques ?

Voici les principaux moyens d'obtenir des organismes transgéniques (artificielle) :

• Par projectile : Des projectiles microscopiques transportant le gène étranger sont projetés dans la cellule.
• Par injection : L'ADN est injecté directement dans la cellule à l'aide de micro-aiguilles.
• Par diffusion : Le gène peut traverser la membrane cellulaire pour atteindre le noyau.
• Par virus : Les virus injectent leur ADN dans la cellule. Ce sont des macromolécules qui contiennent de l'ADN (adénovirus) ou de l'ARN (rétrovirus). Ils n'ont d'activité métabolique qu'à l'intérieur d'une cellule, c'est pourquoi on les appelle des parasites obligatoires.

Le Système Immunitaire et les Défenses de l'Organisme

Le système immunitaire est essentiel pour maintenir l'état d'harmonie de l'organisme. Cet état peut être modifié par l'action de micro-organismes pathogènes (bactéries, champignons et protozoaires) et d'agents pathogènes (virus). Ces derniers produisent des toxines (poisons) qui doivent être éliminées par le système immunitaire (globules blancs). Nous possédons une immunité innée ou naturelle qui a la capacité de résister à l'action des organismes pathogènes. Nous naissons avec elle et elle est renforcée par le colostrum, par lequel la mère transmet ses défenses à l'enfant. Lorsque nous grandissons, notre système immunitaire peut être renforcé artificiellement, c'est ce qu'on appelle l'immunité acquise.

L'immunité acquise peut être améliorée par la vaccination. Le vaccin contient l'agent pathogène atténué. Il est incorporé dans notre corps de telle sorte que l'organisme développe des antitoxines (anticorps) et prévienne ainsi la maladie. Il existe aussi l'immunité passive, où l'hôte reçoit des anticorps déjà produits.

Classification des Maladies selon l'OMS

L'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) classe les maladies selon différents critères :

1. Maladies contagieuses : Les agents pathogènes sont transmis d'un organe malade à un organe sain. Elles comportent des étapes d'incubation (croissance bactérienne), de développement (symptômes) et de convalescence. Exemples : SIDA, lèpre, syphilis, grippe.
2. Maladies Sexuellement Transmissibles (MST) : Elles se transmettent de personne à personne par contact intime. Exemples : SIDA, gonorrhée, condylome, herpès.
3. Maladies héréditaires : Elles sont transmises de génération en génération. Exemples : daltonisme, syndrome de Down, syndrome de Turner et syndrome de Klinefelter.
4. Maladies mentales : Elles peuvent être transmises de manière héréditaire ou traumatique. Exemples : maladie d'Alzheimer, épilepsie, boulimie.
5. Maladies métaboliques ou fonctionnelles : Elles correspondent à un changement dans l'une des réactions chimiques des êtres vivants. Exemples : diabète, crétinisme.
6. Maladies traumatiques : Elles sont causées par des coups ou des contusions. Exemples : fractures, entorses.
7. Maladies dégénératives : Elles provoquent des modifications dans les tissus. Exemples : lèpre, tumeurs, cancer, maladie de Parkinson.
8. Maladies sociales : Elles sont causées par des agents externes. Exemples : alcoolisme, toxicomanie, tabagisme. Elles peuvent provoquer une dépendance.
9. Maladies alimentaires : Elles sont dues à des modifications des apports alimentaires, des troubles alimentaires. Exemples : obésité, rachitisme, anorexie.
10. Maladies parasitaires : Elles sont dues à la présence de parasites chez l'hôte. Exemples : poux, morpions, vers.

Les Agents Pathogènes et les Bactéries

Les Agents Pathogènes

Les agents pathogènes sont des organismes vivants unicellulaires qui produisent des substances toxiques (toxines). Ils modifient notre homéostasie, causant des maladies infectieuses. Certains d'entre eux sont des bactéries, des champignons et des protozoaires. Les virus sont des agents pathogènes (macromolécules, parasites obligatoires). Ils se propagent d'un organe malade à un organe sain, par contact direct ou indirect (réservoirs d'eau, air, sol ou objets contaminés).

Les Bactéries

Les bactéries sont parmi les organismes les plus primitifs, comme les algues bleu-vert (cyanophycées). Elles sont composées d'une cellule procaryote (une molécule d'ADN circulaire fermée, sans karyothèque, sans histone et sans organites). Toutes ne sont pas pathogènes, certaines sont bénéfiques à l'écosystème.

Structure des Bactéries

1. Capsule : Participe à l'adhésion cellulaire et à la protection.
2. Paroi cellulaire : Donne sa forme à la bactérie.
3. Flagelle : Permet la mobilité.
4. Pili : Impliqué dans la conjugaison bactérienne (transfert d'ADN d'une bactérie à l'autre).
5. Chromosome : Contient l'information héréditaire.
6. Ribosome : Impliqué dans la synthèse des protéines.
7. Fimbria : Permet de se fixer à l'hôte et participe à l'échange de matériel génétique.
8. Mésosome : Augmente la surface de la membrane et aide au métabolisme et à la division cellulaire.
9. Lamelle.
10. Plasmide : Permet le métabolisme.
11. Membrane cellulaire : Délimite la bactérie, régule le passage des substances et forme le mésosome.

Croissance Bactérienne

1. Phase d'adaptation : Le métabolisme s'adapte aux conditions environnementales pour se développer.
2. Phase de croissance maximale : Croissance exponentielle et temps de génération minimal (multiplication au sein de l'agent pathogène, infection).
3. Phase stationnaire : Accumulation et libération de métabolites importants pour le cours de l'infection. Cette phase est atteinte par manque de certains nutriments dans l'environnement, entraînant un changement du métabolisme.
4. Phase de mort : Diminution du nombre de bactéries.

Reproduction Bactérienne

• Fission binaire : Réplication de l'ADN, division en deux bulles de séparation de l'ADN en deux brins.
• Conjugaison plasmidique : Un brin du plasmide s'ouvre et se déplace par le pili vers une autre bactérie.
• Conjugaison chromosomique : Un brin d'ADN chromosomique ouvert, qui vient d'intégrer des brins d'ADN plasmidique, se déplace vers une autre bactérie.

Composants de la Paroi Bactérienne

1. Acide teichoïque : Fait partie de la paroi cellulaire des bactéries Gram positives, fournit un soutien à la paroi cellulaire.
2. Peptidoglycane : Structure de base de la paroi cellulaire.

Classification Bactérienne

Les bactéries peuvent être classées selon leur forme, leur coloration, leur métabolisme, leur utilité et leur reproduction.

Forme

a) Sphérique ou coque :

• Coque isolé
• Diplocoque
• Sarcine (4)
• Chaîne ou streptocoque
• Amas ou staphylocoque

b) Allongée ou bacille :

• Isolé (avec ou sans flagelle)
• Chaîne ou streptobacille

c) Spirille, vibrion ou en forme de tige.

Coloration de Gram

• Découverte par Christian Gram.
• Selon la composition chimique de la paroi cellulaire bactérienne, l'affinité pour les colorants peut varier.
• Gram positif (+) : Forte affinité pour le colorant, se colore en raison de ses composants (peptidoglycane et acide teichoïque).
• Gram négatif (-) : Faible affinité pour le colorant, ne se colore pas en raison de ses composants (peptidoglycane, lipoprotéines et lipopolysaccharide).

Métabolisme

• Réalisé par les cellules procaryotes (sans organites à double membrane).
• La production d'énergie se fait par respiration anaérobie ou fermentation, qui décompose la molécule de glucose, obtenant 2 à 4 molécules d'ATP (glycolyse aérobie = 38 molécules d'ATP).
• Grâce à la fermentation, les bactéries décomposent le glucose et produisent de l'acide lactique ou de l'alcool (fermentation alcoolique et lactique), ce qui entraîne des avantages ou des inconvénients pour l'homme.
• La pasteurisation (Louis Pasteur) est une technique qui consiste à soumettre les aliments ou les liquides à des températures élevées ou basses pour tuer les bactéries, afin de réduire la possibilité de décomposition.
• La plupart des bactéries primitives sont hétérotrophes, c'est-à-dire qu'elles doivent décomposer la substance de l'organisme qu'elles parasitent pour obtenir de l'énergie.
• Les bactéries évoluées sont autotrophes, produisant leur propre nourriture. Elles se divisent en différents processus métaboliques :
  • Bactéries autotrophes chimiotrophes : Les thiobactéries utilisent le soufre séparé pour obtenir de l'énergie, et les nitrobactéries utilisent l'azote comme source d'énergie et de nourriture.
  • Bactéries autotrophes photosynthétiques : Les cyanobactéries utilisent des lamelles pour obtenir de l'énergie.

a) Hétérotrophes : Parasites.

b) Autotrophes : Chimiotrophes (thiobactéries ou nitrobactéries) et photosynthétiques (cyanobactéries - lamelles).

Utilité des Bactéries

Les bactéries jouent un rôle fondamental dans l'écosystème et pour les ressources humaines. Certaines sont bénéfiques, tandis que d'autres sont si nuisibles qu'elles peuvent tuer.

Avantages

1. Elles font partie de la flore intestinale, permettant la synthèse de la vitamine K.
2. Elles sont utilisées pour obtenir de la nourriture (yaourt, fromage, alcool).
3. Elles sont utilisées pour la production d'organismes transgéniques.
4. Elles participent aux cycles fondamentaux de la matière (décomposition des corps).
5. Elles peuvent fixer l'azote atmosphérique (N2 et N3) et le transformer en éléments essentiels à la synthèse des protéines.
6. Elles permettent le processus de lixiviation du cuivre (certains types de bactéries peuvent récupérer le cuivre à partir de déchets).
7. Elles sont utilisées dans la détérioration des aliments.
8. Les racines des légumineuses créent une relation symbiotique (bénéfique pour les deux) avec le groupe de bactéries Rhizobium leguminosarum.

Inconvénients

1. Certaines sont des agents pathogènes (causant des maladies) pour les êtres vivants, pouvant causer la mort.
2. Elles sont responsables de la dégradation des aliments. On peut constater que la nourriture n'a pas subi de processus de pasteurisation pour prévenir la croissance bactérienne.
3. Elles sont responsables de la mauvaise odeur de la mauvaise haleine, des selles et de la sueur.
4. Elles polluent l'eau.
5. Elles participent au processus d'eutrophisation (diminution progressive de l'environnement aquatique due à l'accumulation de débris ou de détritus).
6. Elles sont responsables de la fatigue des matériaux, diminuant la durée de vie des outils par un processus d'oxydation.

Les Bactéries Pathogènes et les Antibiotiques

Bactéries Pathogènes

Les bactéries pathogènes produisent différentes maladies qui peuvent entraîner une baisse de la productivité des plantes et des animaux, et causer des maladies graves, voire la mort chez l'homme. Elles affectent tout le corps, mais sont plus fréquentes sur la peau, dans les systèmes respiratoire, digestif, génito-urinaire et nerveux central. Elles se transmettent d'un patient à un hôte sain, que ce soit par contact direct (rapports sexuels) ou indirect (sécrétions, nourriture ou objets). Certaines bactéries peuvent être contrôlées dans leur action par des mesures de prévention, d'autres par des antibiotiques, qui agissent différemment.

Effet des Antibiotiques

1. Inhiber la croissance bactérienne.
2. Réduire la paroi cellulaire.
3. Inhiber la synthèse protéique (ARN, ribosome), stoppant la production de toxines.
4. Inhiber la synthèse de l'ADN.
5. Détruire les bactéries (bactéricide).
6. Inhiber les composants de la paroi cellulaire.

L'efficacité des antibiotiques peut être mesurée. Le moyen le plus efficace est la culture sur gélose, dans laquelle on fait croître les bactéries, puis on teste différents types d'antibiotiques pour voir lequel inhibe et tue le plus de bactéries.

Agressivité Bactérienne

1. Invasion : Les bactéries Gram négatives ont une plus grande adhérence grâce à leurs pili.
2. Sensibilité de l'hôte : Dépend du système immunitaire et de l'état de santé de l'organisme.
3. Conditions d'hygiène.
4. Liaisons chimiques : Endotoxines, exotoxines et toxines de type conseil : libération de toxines.

Maladies Bactériennes Courantes

1. Impétigo : Affecte la peau, produit par Streptococcus.
2. Abcès superficiel : Affecte la peau, causé par Staphylococcus.
3. Scarlatine : Affecte la peau, causée par Streptococcus. Produit de la fièvre, des maux de gorge et des éruptions cutanées. Traitement : antibiotiques.
4. Bactérie mangeuse de chair : Affecte la peau, causée par Streptococcus.
5. Diphtérie : Affecte les voies respiratoires, produite par la bactérie Corynebacterium diphtheriae. Symptômes : difficulté à respirer. Traitement : antibiotiques, sérums et vaccins.
6. Coqueluche : Affecte les voies respiratoires, produite par Haemophilus pertussis. Survient dans l'enfance. Symptômes : toux. Traitement : antitussifs et gouttes nasales, en plus d'une bonne alimentation et d'une humidification de l'environnement.
7. Pneumonie : Affecte les voies respiratoires, causée par Streptococcus. Symptômes : expectorations vertes, fièvre et frissons. Traitement : pénicilline.
8. Tuberculose : Affecte les voies respiratoires, causée par Mycobacterium tuberculosis. Symptômes : expectorations tachées de sang, fièvre et frissons. Traitement : antibiotiques.
9. Fièvre typhoïde : Affecte le système digestif, causée par Salmonella typhi. Symptômes : fièvre, frissons, maux de tête et douleurs musculaires. Transmise par les piqûres. Traitement : antibiotiques ou sulfamides.
10. Gastro-entérite : Affecte le système digestif, produite par des entérobactéries.
11. Choléra : Affecte le système digestif, causé par Vibrio cholerae. Symptômes : diarrhée, déshydratation. Traitement : antibiotiques et liquides.
12. Salmonellose : Affecte le système digestif, causée par Salmonella sp.
13. Diarrhée : Affecte le système digestif, produite par Escherichia coli.
14. Carie dentaire : Affecte le système digestif, produite par la plaque dentaire.
15. Infection des voies urinaires : Affecte le système génito-urinaire, produite par E. coli, Klebsiella.
16. Gonorrhée : Affecte le système génito-urinaire, produite par Neisseria gonorrhoeae.
17. Syphilis : Affecte le système génito-urinaire, produite par Treponema pallidum.
18. Méningite : Affecte le système nerveux central, causée par Neisseria meningitidis.
19. Fièvre paratyphoïde : Symptômes : fièvre, diarrhée et éruption cutanée. Traitement : antibiotiques et sulfamides.
20. Intoxication alimentaire : Symptômes : vomissements, diarrhée et fièvre. Traitement : apport hydrique et antidiarrhéiques.
21. Lèpre : Symptômes : lésions cutanées, nerfs paralysés, cécité. Traitement : sulfamides.
22. Tétanos : Symptômes : spasmes musculaires. Traitement : nettoyer la zone d'injection et administrer de la gamma-globuline.
23. Botulisme : Symptômes : difficulté à respirer et paralysie musculaire. Traitement : antitoxine botulique.