Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire Ministre de lEnseignement Suprieur Et de la Recherche Scientifique Universit de Jijel

LA PRODUCTION DHORMONESPrpar par:Propos par : Mme.Bousdira Bouhelais Fella Benamoura Wissem boudergi Amira Anne universitaire 2010/2011

Plan de travail:Introduction Dfinition des organismes gntiquement modifie. Dfinition des hormones. Les principaux htes utiliss pour la synthse des hormones. Les diffrents types dhormones:1- L'insuline: 2- l hormone de croissance 3- les interfrons: 4- les interleukines

Conclusion Les rfrences bibliographiques

Introduction: Les microorganismes ont toujours eu une forte influence sur lespce humaine au niveau de sa sant et de son alimentation, leur importance stend aujourdhui des domaines lis la production industrielle. La construction de microorganismes gntiquement modifis, principalement des bactries (E. Coli) et des levures (Saccharomyces cerevisiae) est la base dune grande partie des dcouvertes fondamentale en biologie.

A partir des annes 80, certains dentre eux, exploits dans des conditions de confinement matrises, ont t utilis pour produire des molcules dintrt mdical tel que des hormones et des vaccins, il sagit dexploiter des organismes transgniques comme micro usines mtaboliques pour fabriquer des produits qui sont, aprs purification, commercialiss comme nimporte quelle substance chimique.(1)

Dfinition des hormones: Le terme hormone (du grec j'excite ) fait

son apparition en 1905. Une hormone est une substance naturelle constitue par des protines et dont le rle physiologique spcifique est la modification (rgulation) du fonctionnement des cellules constituant dun tissu. (1)

La production d'hormones par gnie gntique:La plupart des clonages molculaires sont effectues dans E.coli, malgr quelle a plusieurs inconvnients comme le potentiel F pathogne de souches sauvages et la synthse d'endotoxines susceptibles de contaminer les produits finis.

1/Les principaux htes utiliss pour la synthse des hormones:

Cependant, des souches dE.coli modifies ont t dveloppes pour liminer ces problmes. Ainsi grce sa gntique et sa biochimie trs bien connues, E.coli reste l'organisme de choix pour la plupart des tudes de clonage.

Bacillus subtilis, est galement utilise comme hte de clonage. Ce microorganisme n'est pas pathogne, ne produit pas d'endotoxines mais produit des spores.

Le clonage dans des microorganismes eucaryotes a des applications importantes dont la comprhension des mcanismes de rgulation gntique des systmes eucaryotes. La levure Saccharomyces cerevisiae a t bien tudie et est largement utilise comme hte de clonage.(11)

Les diffrents types dhormones produit par les microorganismes : 1- L'insuline:a/ Dfinition: C'est une hormone de nature protique produite par le pancras , elle joue un rle essentiel dans la rgulation du mtabolisme des glucides chez les mammifres . Son dficit entrane le diabte. La dcouverte de linsuline : Linsuline est dcouverte pour la premire fois par Banding et Best en 1921 chez les patients diabtiques dont le taux lev du sucre est due une faible production de linsuline. (4)

b/Structure molculaire d'insuline:Chimiquement: l'insuline est une petite protine simple. Il est compos de 51 acides amins, dont 30 constituent une chane polypeptidique (B), et 21 comprennent une deuxime chane (A). Les deux chanes sont relies par des ponts disulfures.(4)

Fig. 1. Source: Chance, R. and Frank B. - Research, development, production and safety of Biosynthetic Human Insulin.

c/Linsuline des microorganismes gntiquement modifisJusqu' une priode rcente, l'insuline utilise dans le traitement des diabtiques issue du porc et des bovins mais cette insuline a des inconvnients: Ce n'est prcisment la mme que l'insuline d'un point de vue structural et elle n'est de ce fait pas aussi efficace.

De plus, ces prparations d'insuline contiennent des protines animales susceptibles de provoquer des ractions allergiques chez certains diabtiques. (5) Depuis 1984, la production industrielle d'insuline humaine est ralise par Escherichia coli gntiquement modifies.(6)

Il

est intressant de noter que la production de linsuline fut la premire application industrielle de ce genre.Ce

fut effectivement la premire fois quune bactrie possde un gne humain allait tre utilise comme moyen de production dune molcule dont lusage serait accept chez les humains.(5)

Pour la synthse de linsuline par les microorganismes gntiquement modifis on passe par les tapes suivantes :a/Lidentification et lisolement de fragment dADN humain qui code pour linsuline : Celui-ci est gnralement rduit par digestion enzymatique laide denzymes de restriction sous la forme de petits fragments facilement manipulables. Actuellement il est possible de synthtiser chimiquement la squence dADN qui code pour les chanes A et B de linsuline.(11)

La production dinsuline:

1- Recherche et identification :

2. Linsertion du fragment dADN humain dans le plasmide dEscherichia Coli (le vecteur):

Aprs lisolement et lidentification des 02 chanes A et B,elles sont ensuite insrs dans le gne dune enzyme bactrienne ( -galactosidase) qui est transport dans le plasmide vecteur.(4)

3. La transformation dans la bactrie (Escherichia Coli) : Les plasmides recombinants sont ensuite introduits dans des cellules E. coli. La transformation se fait par diffrentes mthodes. par exemple :on met lensemble des plasmides recombinants et des bactries dans une solution qui contient un bouillon nutritif et une solution de chlorure de calcium, ce dernier fragilise la paroi bactrienne et permet lentre des plasmides.

L'utilisation pratique de la technologie de l'ADN recombinant dans la synthse de l'insuline humaine ncessite des millions d'exemplaires de la bactrie dont le plasmide a t combin avec le gne de l'insuline de faon produire l'insuline. Le gne de l'insuline est exprim comme il rplique avec la galactosidase dans les cellules subissant la mitose. (4)

4. La slection:la selection aussi se fait par diffrentes mthodes, elle consiste isoler les microorganismes (cellules) transgniques qui possdent le plasmide recombinant.

Aprs la slection on passe une culture de ces bactries au niveau du laboratoire pour voir si ces bactries vraiment produisent de linsuline.

Si on a une production de linsuline on passe ltape des essais cliniques de cette substance.

Les essais cliniques permettent de vrifier linnocuit, limmunognicit et/ou lefficacit du produit au sein de la population la quelle il est destin. Gnralement on ralise des tests sur les animaux du laboratoire. Si les rsultats sont favorables, on ralise dautres tests sur les animaux suprieurs et les humains. Si les rsultats sont favorables on passe la fermentation industrielle.

II- Les essais cliniques :

Lorsquon est sure de la construction gntique du produit et quon est parvenir obtenir une quantit raisonnable,il faut abandonner des fermenteurs de 100 litre ou plus pour raliser la fermentation. Idalement, le procd devrait tre simple, fonctionne du premier coup et donne un rendement au moins quivalent celui obtenu petite chelle au laboratoire.

III/ la fabrication de linsuline:

Il est rare que lon passe directement du flacon de laboratoire au fermenteur industriel, en particulier en ce qui concerne un produit aussi en demande que linsuline humaine.

Dans ce cas, on sest servi dun fermenteur de 20 litres pour dterminer les conditions de fermentation c'est--dire la composition du milieu de culture, les lments chimiques utiliss, limportance de linoculum, les facteurs de croissance, le pH et la concentration doxygne dissout ainsi que le moment o la rcolte donnerait le meilleur rendement. Ce dernier paramtre repose la fois sur la biomasse totale produite et le degr dexpression gntique.

Il est ncessaire de cerner les conditions qui minimiseront la perte ou la mutation des plasmides et de les dfinir pleinement avant le passage la fermentation industrielle. Pour lobtention dune grande quantit de produit (insuline), il est ncessaire de recourir un procd de fermentation continu.

IV. Transformation fine : Aprs la fin de la fermentation, les cellules sont rcoltes assez directement par la centrifugation.

Ensuite, les cellules sont brises.(Au laboratoire, cette opration est effectue au moyen dun homognisateur dont le travail mcanique est complt par un lysozyme qui dtruit la paroi cellulaire).

A grande chelle, il est souvent prfrable de recourir des appareils spciaux comme le broyeur billes. (12)

Alors aprs lextraction on obtient linsuline sous forme inactif (le proinsuline), ce proinsuline est constitu dune partie de la galactosidase jointe lune ou lautre de la chaine A ou B de linsuline (figure 2). (4)

Aprs on passe ltape de purification de linsuline, gnralement on utilise la chromatographie daffinit parce quelle donne un grand degr de puret. Aprs la purification on transforme la proinsuline en insuline en ajoutant des enzymes appropries la solution ( proinsuline) pour la formation des ponts disulfures entre les 02 chanes de linsuline A et B . Alors on obtient l'insuline pure et active.

Cette tape est galement complexe, le produit doit tre transfr dans des rservoirs de stockage aux ampoules Sans tre dnatur et en demeurant strile.

V. Remplissage et emballage :

VI. Commercialisation :

Il existe certaines difficults particulires pour la mise en march des produits de la biotechnologie.

Il est essentiel que les directeurs de programme , les chercheurs et le personnel attach la production gardent en tte une dfinition claire du produit final et de lusager ainsi que de savoir faire des connaissances de ce dernier comme des conditions dans lesquelles sera utilis le produit. (12)

a/Dfinition : Est une protine constitue de 191 acides amins lis en une squence spcifique et est scrte par la partie antrieure de l'hypophyse(la glande pituitaire du cerveau ), qui stimule la croissance et la reproduction cellulaire chez les humains et les autres vertbrs (5). Cette hormone entrane la production des substances, appeles facteurs de croissance, dans le sang. Ce qui permettent le dveloppement de l'organisme.

2- Lhormone de croissance

Le rle dhormone de croissance: Un dficit en hormones de croissance entrane une maladie appele le nanisme hypophysaire.

cette maladie est trait depuis de nombreuses annes par administration de lhormone de croissance extraite de l'hypophyse de cadavre d'tres humains.

Malheureusement: la quantit d'hormones prleve tait insuffisante pour traiter l'ensemble des cas.

Cette hormone a caus un certain nombre de contaminations par des prions pathognes , et occasionn des cas de maladie de creutzfeldt-jakob mortelles.

Historique sur des complications lis au traitement par lhormone de croissance:

En 1985, les premiers cas de la maladie de creutzfeldt-jakob sont signals par des publications scientifiques aux USA.Au 14 janvier 2009, le bilan occasionn par ce type de contamination s'levait 117 cas.

L'hormone, fabrique partir d'hypophyses, sans contrle ni slection, a t distribue entre 1980 et 1988 chez des enfants atteints de troubles de croissance.

La de de de

France comptait, en 2004, 58 % tous les cas mondiaux de maladie Creutzfeldt-Jakob lis l'hormone croissance.

Le grand public a t inform de ce risque en 1992 par un article du journal le Monde.

EN 2010, les familles des victimes, aprs vingt ans attendent le verdict d'un procs en appel.

L'hormone de croissance extractive a t remplace en totalit partir de 1987 par les hormones biosynthtiques obtenues par gnie gntique qui ne peuvent en aucun cas transmettre cette maladie. Cette hormone reprsente les avantages suivants : Facilit dobtention. Diminution du cot. Diminution de limmunognicit. Labsence de risque infectieux.

Comment synthtiser lhormone de croissance par gnie gntique?tape 1 : identification et isolement du fragment d'ADN humain contenant le gne de l'hormone de croissance et linsertion de ce fragment dans un plasmide.

tape 2: Introduction du plasmide modifi dans la bactrie Escherichia coli .

La transformation du plasmide recombinant dans

Esherichia coli

tape 3 :

expression du gne humain et la synthse de l'hormone de croissance par les bactries places en culture sur un milieu appropri dans un fermenteur. L'hormone est rejete au del de la membrane cytoplasmique et elle apparat tout fait identique l'hormone de croissance humaine.Etape4: on peut rcuprer l'hormone sans dtruire la bactrie, ce qui vite tout risque de contamination par des molcules ou des virus contenus dans la bactrie.

En effet, par ce procd, l'hormone

n'est pas rejete dans le milieu extrieur, mais s'accumule dans un espace situ entre la membrane cytoplasmique et la paroi. Il suffit alors de dissoudre cette paroi pour rcuprer l'hormone de croissance.le rendement dune cuve contenant 500 litres est le mme que pour 35 000 hypophyses humaines.(7)

Etape 04: la libration de lhormone de croissance

3/ Les interfrons:Sont des protines normalement synthtises par les cellules, qui interfrent avec la propagation virale, ce sont galement des agents anticancreux puissants. Actuellement linterfron alfa est aussi produit par des procds de gnie gntique. (8)

D- Les interleukines:Sont des protines naturelles produites par le systme immunitaire et qui agissent sur le systme immunitaire lui-mme. Elles servent de messagers entre les cellules du systme immunitaire. Elles sont galement utilises pour le traitement de certains cancers(9). Actuellement linterleukine 2 est obtenue par gnie gntique. Ce biomdicament est issu de la biotechnologie de lADN recombinant utilisant une souche dE. Coli gntiquement modifie avec le gne humain de lIL -2.

ConclusionEn raison de limpossibilit pour la chimie de synthse et de mettre au point certaines macromolcules usage thrapeutique, en raison galement des dangers prsents par les protines dextraction dorigine humaine ou animale, il a fallu recourir dautres stratgies pour obtenir de grandes quantits de ces molcules selon lventail trs large des besoins et qui soient de qualit satisfaisante, il sagit de lutilisation des OGM dans des procds de fermentation trs important.

Rfrences bibliographiques1.http://moderne.canalblog.com/archives/2010/03/03/16962048.html 2.http://www.inrp.fr/Acces/biotic/biomol/enjeux/appligen/html/aplicth. htm#levures Bousboua .H .microbiologie gnrale .2003.dition de luniversit de Mentouri . Constantine http://translate.google.fr/translate?hl=fr&langpair=en%7Cfr&u=http://www. littletree.com.au/dna.htm http://membres.multimania.fr/microzoo/genetique.html http://www.lilly.fr/patho/endo/croissance-hypophyse_fabrication.cfm http://www.anastore.com/fr/dossiers/64_hormone_de_croissance_le_vrai_et_ le_faux.php Jerome.J-P ;James T-S ; Steven L. Microbiologie.DunoD. 2004. Paris http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/medecine-2/d/interleukines_2735/ http://pharmacies.ma/pharmacie/upload/Sections/file/biomedicaments.pdf Madigon M ; Martinko J. Biologie des microorganismes.11e dition.Pearson Education. France .2007. 12. http://idl-bnc.idrc.ca/dspace/bitstream/10625/33142/3/c-121736.pdf