Biotechnologie

La biotechnologie est un domaine multidisciplinaire qui implique l'intégration des sciences naturelles et des sciences de l'ingénierie pour parvenir à l'application des organismes et de leurs parties à des produits et services. Les spécialistes du domaine sont appelés biotechnologues .

Le terme « biotechnologie » a été utilisé pour la première fois par Károly Ereky en 1919 pour désigner la production de produits à partir de matières premières grâce à des organismes vivants. Le principe fondamental de la biotechnologie consiste à exploiter les systèmes et organismes biologiques, tels que les bactéries , les levures et les plantes, pour accomplir des tâches spécifiques ou produire des substances précieuses.

La biotechnologie a eu un impact considérable sur de nombreux domaines de la société, de la médecine à l'agriculture en passant par les sciences de l'environnement . L'une des techniques clés utilisées en biotechnologie est le génie génétique , qui permet aux scientifiques de modifier le patrimoine génétique des organismes afin d'obtenir les résultats souhaités. Cela peut impliquer l'insertion de gènes d'un organisme dans un autre, et par conséquent, la création de nouveaux caractères ou la modification de caractères existants.

Parmi les autres techniques importantes utilisées en biotechnologie, on peut citer la culture tissulaire, qui permet aux chercheurs de cultiver des cellules et des tissus en laboratoire à des fins de recherche et médicales, et la fermentation , utilisée pour produire une large gamme de produits tels que la bière, le vin et le fromage.

Les applications de la biotechnologie sont diverses et ont permis le développement de produits tels que des médicaments, des biocarburants , des cultures génétiquement modifiées et des matériaux innovants. Elle a également été utilisée pour relever des défis environnementaux, comme le développement de plastiques biodégradables et l'utilisation de micro-organismes pour dépolluer les sites contaminés.

La biotechnologie est un domaine en pleine évolution qui recèle un potentiel considérable pour relever les défis mondiaux les plus urgents et améliorer la qualité de vie des populations du monde entier ; toutefois, malgré ses nombreux avantages, elle soulève également des questions éthiques et sociétales, notamment en matière de modification génétique et de droits de propriété intellectuelle . De ce fait, l’utilisation et l’application de la biotechnologie dans divers secteurs et industries font l’objet de débats et de réglementations permanents.

La biotechnologie englobe un large éventail de procédés de modification des organismes vivants à des fins humaines, depuis la domestication des animaux et la culture des plantes jusqu'à leurs « améliorations » par des programmes de sélection utilisant la sélection artificielle et l'hybridation . Son usage moderne inclut également le génie génétique, ainsi que les techniques de culture cellulaire et tissulaire . L' American Chemical Society définit la biotechnologie comme l'application d'organismes, de systèmes ou de procédés biologiques par diverses industries à la compréhension des sciences de la vie et à l'amélioration de la valeur des matières premières et des organismes, notamment dans les secteurs pharmaceutique, agricole et animal . Selon la Fédération européenne de biotechnologie , la biotechnologie est l'intégration des sciences naturelles et des organismes, des cellules, de leurs composants et des analogues moléculaires pour la création de produits et de services . La biotechnologie repose sur les sciences biologiques fondamentales (par exemple, la biologie moléculaire , la biochimie , la biologie cellulaire , l'embryologie , la génétique et la microbiologie ) et, réciproquement, fournit des méthodes pour soutenir et mener des recherches fondamentales en biologie

La biotechnologie désigne la recherche et le développement en laboratoire , utilisant la bioinformatique , pour l'exploration, l'extraction, l'exploitation et la production à partir de tout organisme vivant et de toute source de biomasse , grâce au génie biochimique. Elle permet de concevoir, prévoir, formuler, développer, fabriquer et commercialiser des produits à haute valeur ajoutée (reproduits par biosynthèse , par exemple), dans un but de pérennité (garantissant le retour sur investissement initial important en R&D) et d'obtention de brevets durables (conférant des droits exclusifs de vente et, préalablement, l'obtention des autorisations nationales et internationales pour les résultats des expérimentations animales et humaines, notamment dans le domaine pharmaceutique , afin de prévenir tout effet secondaire non détecté ou problème de sécurité lié à l'utilisation des produits). L'utilisation de processus, d'organismes ou de systèmes biologiques pour produire des produits susceptibles d'améliorer la vie humaine est appelée biotechnologie.

En revanche, le génie biologique est généralement considéré comme un domaine connexe qui met davantage l'accent sur les approches systémiques (sans nécessairement altérer ou utiliser directement des matériaux biologiques ) pour interagir avec le vivant et l'exploiter. Le génie biologique consiste à appliquer les principes de l'ingénierie et des sciences naturelles aux tissus, aux cellules et aux molécules. Il s'agit d'utiliser les connaissances acquises grâce à la manipulation du vivant pour améliorer les fonctions des plantes et des animaux. De même, le génie biomédical est un domaine similaire qui s'appuie souvent sur la biotechnologie (selon diverses définitions), notamment dans certains sous-domaines du génie biomédical ou chimique tels que l'ingénierie tissulaire , le génie biopharmaceutique et le génie génétique .

De nombreuses formes d’ agriculture d’origine humaine correspondent à la définition large de « l’utilisation d’un système biotechnologique pour fabriquer des produits ». La culture des plantes peut être considérée comme la première entreprise biotechnologique.

On considère généralement que l'agriculture est devenue le principal mode de production alimentaire depuis la révolution néolithique . Grâce aux premières biotechnologies, les premiers agriculteurs ont sélectionné et cultivé les plantes les mieux adaptées (par exemple, celles à haut rendement) afin de produire suffisamment de nourriture pour nourrir une population croissante. À mesure que les cultures et les champs devenaient plus vastes et plus difficiles à entretenir, on a découvert que certains organismes et leurs sous-produits pouvaient fertiliser efficacement les sols , restaurer l'azote et lutter contre les ravageurs . Tout au long de l'histoire de l'agriculture, les agriculteurs ont involontairement modifié le patrimoine génétique de leurs cultures en les introduisant dans de nouveaux environnements et en les croisant avec d'autres plantes – une des premières formes de biotechnologie.

Ces procédés étaient également utilisés lors des premières fermentations de la bière . Introduits en Mésopotamie , en Égypte , en Chine et en Inde , ils reposent encore aujourd'hui sur les mêmes méthodes biologiques fondamentales. Lors du brassage , les grains maltés (contenant des enzymes ) transforment l'amidon en sucre, puis des levures spécifiques sont ajoutées pour produire la bière. Au cours de ce processus, les glucides des grains se décomposent en alcools, comme l'éthanol. Plus tard, d'autres cultures ont développé la fermentation lactique , permettant la conservation d'autres aliments, tels que la sauce soja . La fermentation était également utilisée à cette époque pour la production de pain levé . Bien que le processus de fermentation n'ait été pleinement compris qu'avec les travaux de Louis Pasteur en 1857, il s'agit de la première application de la biotechnologie à la transformation d'une source alimentaire en une autre forme.

Avant l'époque de Charles Darwin , les scientifiques spécialisés dans l'étude des animaux et des plantes avaient déjà recours à la sélection artificielle. Darwin a enrichi ces travaux par ses observations scientifiques sur la capacité de la science à modifier les espèces. Ces observations ont contribué à l'élaboration de sa théorie de la sélection naturelle.

Depuis des millénaires, l'homme utilise la sélection variétale pour améliorer la production végétale et animale destinée à l'alimentation. Cette technique consiste à croiser des organismes présentant des caractéristiques souhaitables afin d'obtenir une descendance aux caractéristiques identiques. Par exemple, elle a été employée pour le maïs afin d'obtenir des récoltes plus abondantes et plus sucrées.

Au début du XXe siècle, les scientifiques ont acquis une meilleure compréhension de la microbiologie et ont exploré des méthodes de fabrication de produits spécifiques. En 1917, Chaim Weizmann a utilisé pour la première fois une culture microbiologique pure dans un procédé industriel, celui de la fabrication d'amidon de maïs à l'aide de Clostridium acetobutylicum , pour produire de l'acétone , dont le Royaume-Uni avait un besoin urgent pour fabriquer des explosifs pendant la Première Guerre mondiale .

La biotechnologie a également permis le développement des antibiotiques. En 1928, Alexander Fleming découvrit la moisissure Penicillium . Ses travaux menèrent à la purification de l'antibiotique produit par cette moisissure par Howard Florey , Ernst Boris Chain et Norman Heatley , aboutissant à ce que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de pénicilline . En 1940, la pénicilline fut mise à disposition pour un usage médical dans le traitement des infections bactériennes chez l'homme.

On considère généralement que le domaine de la biotechnologie moderne est né en 1971, année où les expériences de Paul Berg (Stanford) sur le génie génétique ont connu leurs premiers succès. Herbert W. Boyer (Université de Californie à San Francisco) et Stanley N. Cohen (Stanford) ont considérablement fait progresser cette nouvelle technologie en 1972 en transférant du matériel génétique dans une bactérie, permettant ainsi sa reproduction. La viabilité commerciale de l'industrie biotechnologique a été considérablement renforcée le 16 juin 1980, lorsque la Cour suprême des États-Unis a statué, dans l'affaire Diamond contre Chakrabarty , qu'un micro-organisme génétiquement modifié pouvait être breveté . Ananda Chakrabarty , d'origine indienne et employé de General Electric , avait modifié une bactérie (du genre Pseudomonas ) capable de dégrader le pétrole brut, qu'il envisageait d'utiliser pour traiter les marées noires. (Les travaux de Chakrabarty n'impliquaient pas de manipulation génétique, mais plutôt le transfert d'organites entiers entre des souches de la bactérie Pseudomonas ).

Le MOSFET a été inventé aux Bell Labs entre 1955 et 1960 Deux ans plus tard, en 1962 , Leland C. Clark et Champ Lyons inventaient le premier biocapteur Des MOSFET pour biocapteurs ont ensuite été développés et sont depuis largement utilisés pour mesurer des paramètres physiques , chimiques , biologiques et environnementaux . Le premier BioFET fut le transistor à effet de champ sensible aux ions (ISFET), inventé par Piet Bergveld en 1970 Il s'agit d'un type particulier de MOSFET où la grille métallique est remplacée par une membrane sensible aux ions , une solution électrolytique et une électrode de référence . L'ISFET est largement utilisé dans les applications biomédicales , telles que la détection de l'hybridation de l'ADN , la détection de biomarqueurs dans le sang , la détection d'anticorps , la mesure du glucose , la détection du pH et la technologie génétique .

Au milieu des années 1980, d'autres BioFET avaient été développés, notamment le transistor à effet de champ à capteur de gaz (GASFET), le transistor à effet de champ à capteur de pression (PRESSFET), le transistor à effet de champ chimique (ChemFET), le transistor à effet de champ de référence (REFET), le transistor à effet de champ modifié par enzyme (ENFET) et le transistor à effet de champ modifié immunologiquement (IMFET). Au début des années 2000, des BioFET tels que le transistor à effet de champ à ADN (DNAFET), le transistor à effet de champ génétiquement modifié (GenFET) et le BioFET à potentiel cellulaire (CPFET) avaient été mis au point.

Un facteur influençant le succès du secteur de la biotechnologie est l'amélioration de la législation et de son application à l'échelle mondiale en matière de droits de propriété intellectuelle, ainsi que la demande accrue de produits médicaux et pharmaceutiques.

La demande croissante de biocarburants devrait être une bonne nouvelle pour le secteur des biotechnologies. Le Département de l'Énergie estime en effet que l'utilisation de l'éthanol pourrait réduire la consommation de carburants dérivés du pétrole aux États-Unis jusqu'à 30 % d'ici 2030. Le secteur des biotechnologies a permis à l'agriculture américaine d'accroître rapidement sa production de maïs et de soja – principaux intrants des biocarburants – grâce au développement de semences génétiquement modifiées résistantes aux ravageurs et à la sécheresse. En augmentant la productivité agricole, les biotechnologies stimulent la production de biocarburants.

La biotechnologie a des applications dans quatre grands domaines industriels, notamment les soins de santé (médicaux), la production végétale et l'agriculture, les utilisations non alimentaires (industrielles) des cultures et autres produits (par exemple, les plastiques biodégradables , l'huile végétale , les biocarburants ) et les utilisations environnementales .

Par exemple, une application de la biotechnologie consiste à utiliser des micro-organismes pour la fabrication de produits biologiques (comme la bière et les produits laitiers ). Un autre exemple est l'utilisation de bactéries naturellement présentes dans l'environnement par l' industrie minière dans le cadre de la biolixiviation . La biotechnologie est également utilisée pour le recyclage, le traitement des déchets, la dépollution des sites contaminés par des activités industrielles ( bioremédiation ) et la production d'armes biologiques .

Une série de termes dérivés ont été créés pour identifier plusieurs branches de la biotechnologie, par exemple :

• La bioinformatique (ou « biotechnologie de l’or ») est un domaine interdisciplinaire qui aborde les problèmes biologiques à l’aide de techniques informatiques, permettant ainsi l’organisation et l’analyse rapides des données biologiques. Ce domaine, également appelé biologie computationnelle , peut être défini comme « la conceptualisation de la biologie en termes de molécules, puis l’application de techniques informatiques pour comprendre et organiser à grande échelle les informations associées à ces molécules » . La bioinformatique joue un rôle clé dans divers domaines, tels que la génomique fonctionnelle , la génomique structurale et la protéomique , et constitue un élément essentiel du secteur biotechnologique et pharmaceutique
• La biotechnologie bleue repose sur l'exploitation des ressources marines pour créer des produits et des applications industrielles. Cette branche de la biotechnologie est principalement utilisée dans les industries du raffinage et de la combustion pour la production de bio-huiles à partir de micro-algues photosynthétiques.
• La biotechnologie verte est la biotechnologie appliquée aux procédés agricoles. Un exemple en est la sélection et la domestication des plantes par micropropagation . Un autre exemple est la conception de plantes transgéniques capables de pousser dans des environnements spécifiques, en présence (ou en absence) de produits chimiques. On espère que la biotechnologie verte permettra de trouver des solutions plus respectueuses de l'environnement que l'agriculture industrielle traditionnelle . Un exemple en est la modification génétique d'une plante pour qu'elle exprime un pesticide , ce qui rendrait inutile l'application externe de pesticides. Le maïs Bt en est un exemple. La question de savoir si les produits de la biotechnologie verte sont finalement plus respectueux de l'environnement fait l'objet de nombreux débats. Elle est généralement considérée comme la prochaine étape de la révolution verte, qui peut être perçue comme une plateforme pour éradiquer la faim dans le monde grâce à des technologies permettant la production de plantes plus fertiles et résistantes aux stress biotiques et abiotiques , et garantissant l'utilisation d'engrais respectueux de l'environnement et de biopesticides. Elle est principalement axée sur le développement de l'agriculture. Par ailleurs, certaines applications de la biotechnologie verte font appel à des micro-organismes pour nettoyer et réduire les déchets.
• La biotechnologie rouge désigne l'utilisation des biotechnologies dans les industries médicale et pharmaceutique , ainsi que pour la préservation de la santé. Ce domaine comprend la production de vaccins et d'antibiotiques , les thérapies régénératives, la création d'organes artificiels et de nouveaux outils de diagnostic des maladies. Il inclut également le développement d' hormones , de cellules souches , d'anticorps , d'ARNsi et de tests diagnostiques .
• La biotechnologie blanche, également appelée biotechnologie industrielle, est la biotechnologie appliquée aux procédés industriels . Par exemple, elle consiste à concevoir un organisme pour produire une substance chimique utile. Autre exemple : l’utilisation d’ enzymes comme catalyseurs industriels pour produire des substances chimiques de valeur ou détruire des substances chimiques dangereuses ou polluantes. La biotechnologie blanche a tendance à consommer moins de ressources que les procédés traditionnels de production de biens industriels.
• La biotechnologie jaune désigne l'utilisation des biotechnologies dans la production alimentaire ( industrie agroalimentaire ), par exemple pour la fabrication du vin ( œnologie ), du fromage ( fromagerie ) et de la bière ( brasserie ) par fermentation . Ce terme est également employé pour désigner les biotechnologies appliquées aux insectes. Cela inclut les approches biotechnologiques pour la lutte contre les insectes nuisibles, la caractérisation et l'utilisation de principes actifs ou de gènes d'insectes à des fins de recherche, ou encore leurs applications en agriculture et en médecine, ainsi que diverses autres approches.
• La biotechnologie grise est dédiée aux applications environnementales et se concentre sur le maintien de la biodiversité et l'élimination des polluants.
• La biotechnologie brune est liée à la gestion des terres arides et des déserts . Une de ses applications est la création de semences améliorées qui résistent aux conditions environnementales extrêmes des régions arides, ce qui est lié à l'innovation, à la création de techniques agricoles et à la gestion des ressources.
• La biotechnologie violette est liée à des questions juridiques, éthiques et philosophiques concernant la biotechnologie.
• La biotechnologie microbienne a été proposée pour le domaine émergent des applications biotechnologiques dans l'espace et la microgravité (bioéconomie spatiale)
• La biotechnologie noire est la couleur associée au bioterrorisme ou aux armes biologiques et à la guerre biologique qui utilisent des micro-organismes et des toxines pour provoquer des maladies et la mort chez les humains, le bétail et les cultures.

En médecine, les biotechnologies modernes trouvent de nombreuses applications dans des domaines tels que la découverte et la production de médicaments , la pharmacogénomique et les tests génétiques (ou dépistage génétique ). En 2021, près de 40 % de la valeur totale des entreprises de biotechnologies pharmaceutiques dans le monde étaient actives en oncologie , la neurologie et les maladies rares constituant les deux autres domaines d'application importants.

La pharmacogénomique (association de la pharmacologie et de la génomique ) est la technologie qui analyse l'influence du patrimoine génétique sur la réponse d'un individu aux médicaments. Les chercheurs dans ce domaine étudient l'influence des variations génétiques sur la réponse aux médicaments chez les patients en corrélant l'expression des gènes ou les polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) avec l'efficacité ou la toxicité d'un médicament . L'objectif de la pharmacogénomique est de développer des moyens rationnels d'optimiser les traitements médicamenteux en fonction du génotype des patients , afin de garantir une efficacité maximale et des effets indésirables minimaux . Ces approches annoncent l'avènement de la « médecine personnalisée », dans laquelle les médicaments et les associations médicamenteuses sont optimisés pour le profil génétique unique de chaque individu.

La biotechnologie a contribué à la découverte et à la fabrication de médicaments pharmaceutiques traditionnels à petites molécules, ainsi que de médicaments issus de la biotechnologie ( biopharmacie) . La biotechnologie moderne permet de fabriquer des médicaments existants de manière relativement simple et économique. Les premiers produits issus du génie génétique étaient des médicaments destinés au traitement des maladies humaines. À titre d'exemple, en 1978, Genentech a développé une insuline humaine synthétique en intégrant son gène à un vecteur plasmidique inséré dans la bactérie Escherichia coli . L'insuline, largement utilisée pour le traitement du diabète, était auparavant extraite du pancréas d' animaux d'abattage (bovins ou porcins). Les bactéries génétiquement modifiées sont capables de produire de grandes quantités d'insuline humaine synthétique à un coût relativement faible. La ​​biotechnologie a également permis l'émergence de nouvelles thérapies comme la thérapie génique . L'application de la biotechnologie à la science fondamentale (par exemple à travers le Projet Génome Humain ) a également considérablement amélioré notre compréhension de la biologie et, à mesure que nos connaissances scientifiques sur la biologie normale et pathologique ont augmenté, notre capacité à développer de nouveaux médicaments pour traiter des maladies auparavant incurables a également augmenté.

Les tests génétiques permettent le diagnostic génétique des prédispositions aux maladies héréditaires et peuvent également servir à déterminer la filiation d'un enfant (père et mère génétiques) ou, plus généralement, l'ascendance d'une personne . Outre l'étude des chromosomes au niveau des gènes individuels, les tests génétiques, au sens large, incluent des analyses biochimiques visant à détecter la présence éventuelle de maladies génétiques ou de mutations génétiques associées à un risque accru de développer des troubles génétiques. Les tests génétiques identifient des modifications au niveau des chromosomes , des gènes ou des protéines. Le plus souvent, ces tests sont utilisés pour identifier des modifications associées à des maladies héréditaires. Les résultats d'un test génétique peuvent confirmer ou infirmer une suspicion de maladie génétique ou aider à déterminer le risque pour une personne de développer ou de transmettre une maladie génétique . En 2011, plusieurs centaines de tests génétiques étaient utilisés. Les tests génétiques pouvant soulever des questions éthiques ou psychologiques, ils sont souvent accompagnés d'un accompagnement en conseil génétique .

Les cultures génétiquement modifiées (OGM ou cultures biotechnologiques) sont des plantes utilisées en agriculture dont l' ADN a été modifié par des techniques de génie génétique . Dans la plupart des cas, l'objectif principal est d'introduire un nouveau caractère qui n'est pas présent naturellement chez l'espèce. Les entreprises de biotechnologie peuvent contribuer à la sécurité alimentaire future en améliorant la valeur nutritive et la viabilité de l' agriculture urbaine . De plus, la protection des droits de propriété intellectuelle encourage l'investissement du secteur privé dans l'agrobiotechnologie.

Dans le domaine des cultures vivrières, on peut citer comme exemples la résistance à certains ravageurs , maladies , conditions environnementales stressantes , résistance aux traitements chimiques (par exemple, résistance à un herbicide ), réduction des pertes ou amélioration du profil nutritionnel de la culture . Dans le domaine des cultures non vivrières, on peut citer comme exemples la production d' agents pharmaceutiques , de biocarburants et d'autres biens industriels utiles , ainsi que la bioremédiation .

Les agriculteurs ont largement adopté la technologie des OGM. Entre 1996 et 2011, la superficie totale des terres cultivées avec des OGM a été multipliée par 94, passant de 17 000 à 1 600 000 kilomètres carrés (4 200 000 à 395 400 000 acres). En 2010, 10 % des terres cultivées dans le monde étaient plantées d’OGM. Toujours en 2011, 11 cultures transgéniques différentes étaient cultivées commercialement sur 160 millions d’hectares (395 millions d’acres) dans 29 pays, dont les États-Unis, le Brésil , l’Argentine , l’Inde , le Canada, la Chine, le Paraguay, le Pakistan, l’Afrique du Sud, l’Uruguay, la Bolivie, l’Australie, les Philippines, le Myanmar, le Burkina Faso, le Mexique et l’Espagne.

Les aliments génétiquement modifiés (OGM) sont des aliments produits à partir d'organismes dont l' ADN a subi des modifications spécifiques grâce aux techniques de génie génétique . Ces techniques ont permis d'introduire de nouvelles caractéristiques chez les cultures et d'exercer un contrôle bien plus précis sur la structure génétique d'un aliment que ne le permettaient auparavant des méthodes telles que la sélection variétale et la mutagenèse . La commercialisation des OGM a débuté en 1994, lorsque Calgene a commercialisé pour la première fois sa tomate à maturation retardée Flavr Savr . À ce jour, la plupart des modifications génétiques des aliments ont principalement porté sur des cultures commerciales très demandées par les agriculteurs, telles que le soja , le maïs , le colza et l'huile de coton . Ces cultures ont été modifiées génétiquement pour résister aux agents pathogènes et aux herbicides et pour améliorer leur profil nutritionnel. Des animaux d'élevage génétiquement modifiés ont également été développés à titre expérimental ; en novembre 2013, aucun n'était disponible sur le marché, mais en 2015, la FDA a approuvé la production et la consommation commerciales du premier saumon génétiquement modifié.

Il existe un consensus scientifique selon lequel les aliments actuellement disponibles issus de cultures génétiquement modifiées ne présentent pas de risque accru pour la santé humaine par rapport aux aliments conventionnels, mais que chaque aliment génétiquement modifié doit être testé au cas par cas avant sa mise sur le marché. Néanmoins, le grand public est beaucoup moins enclin que les scientifiques à percevoir les aliments génétiquement modifiés comme sûrs. Le statut juridique et réglementaire des aliments génétiquement modifiés varie selon les pays : certains les interdisent ou les restreignent, tandis que d’autres les autorisent avec des niveaux de réglementation très variables.

Les cultures génétiquement modifiées (OGM) présentent également de nombreux avantages écologiques, à condition d'être utilisées avec modération. Il a été démontré que les cultures résistantes aux insectes permettent de réduire l'utilisation de pesticides, diminuant ainsi l'impact environnemental global de ces derniers. Cependant, les opposants s'opposent aux OGM en tant que tels pour plusieurs raisons, notamment des préoccupations environnementales, la sécurité des aliments issus de ces cultures, la nécessité de recourir aux OGM pour répondre aux besoins alimentaires mondiaux et des préoccupations économiques liées au fait que ces organismes sont soumis au droit de la propriété intellectuelle.

La biotechnologie trouve plusieurs applications dans le domaine de la sécurité alimentaire. Des cultures comme le riz doré sont génétiquement modifiées pour avoir une valeur nutritive plus élevée, et il est possible de développer des produits alimentaires à durée de conservation plus longue. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une forme de biotechnologie agricole, les vaccins peuvent contribuer à prévenir les maladies rencontrées en élevage. De plus, la biotechnologie agricole peut accélérer les processus de sélection afin d'obtenir des résultats plus rapides et de produire de plus grandes quantités d'aliments. La biofortification transgénique des céréales est considérée comme une méthode prometteuse pour lutter contre la malnutrition en Inde et dans d'autres pays.

La biotechnologie industrielle (connue principalement en Europe sous le nom de biotechnologie blanche) est l'application de la biotechnologie à des fins industrielles, notamment la fermentation industrielle . Elle consiste à utiliser des cellules, comme les micro-organismes , ou des composants cellulaires, comme les enzymes , pour produire des produits industriellement utiles dans des secteurs tels que la chimie, l'alimentation humaine et animale, les détergents, le papier et la pâte à papier, le textile et les biocarburants . Ces dernières décennies, des progrès significatifs ont été réalisés dans la création d'organismes génétiquement modifiés (OGM) qui accroissent la diversité des applications et la viabilité économique de la biotechnologie industrielle. En utilisant des matières premières renouvelables pour produire une variété de produits chimiques et de carburants, la biotechnologie industrielle contribue activement à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et à la transition vers une économie moins dépendante de la pétrochimie.

La biologie synthétique est considérée comme l'une des pierres angulaires essentielles de la biotechnologie industrielle en raison de sa contribution financière et durable au secteur manufacturier. La biotechnologie et la biologie synthétique jouent conjointement un rôle crucial dans la production de produits rentables et respectueux de l'environnement grâce à une production biosourcée, en remplacement de la production à partir de ressources fossiles. La biologie synthétique permet de modifier génétiquement des micro-organismes modèles , tels qu'Escherichia coli , afin d'améliorer leur capacité à produire des produits biosourcés, comme la bioproduction de médicaments et de biocarburants . Par exemple, un consortium d'E. coli et de Saccharomyces cerevisiae pourrait être utilisé comme micro-organisme industriel pour produire des précurseurs de l' agent chimiothérapeutique paclitaxel. Cette production repose sur l' ingénierie métabolique appliquée à une approche de co-culture, permettant ainsi d'exploiter les avantages combinés de ces deux micro-organismes.

Un autre exemple d'application de la biologie synthétique en biotechnologie industrielle est la modification des voies métaboliques d' E. coli par les systèmes CRISPR et CRISPRi pour la production de 1,4-butanediol , un composé chimique utilisé dans la fabrication de fibres. Afin de produire du 1,4-butanediol, les auteurs ont modifié la régulation métabolique d' Escherichia coli par CRISPR pour induire une mutation ponctuelle dans le gène gltA , l'inactivation du gène sad et l'insertion de six gènes ( cat1 , sucD , 4hbd , cat2 , bld et bdh ). Le système CRISPRi a quant à lui été utilisé pour inactiver trois gènes concurrents ( gabD , ybgC et tesB ) qui affectent la voie de biosynthèse du 1,4-butanediol. Par conséquent, le rendement en 1,4-butanediol a augmenté significativement, passant de 0,9 à 1,8 g/L.

La biotechnologie environnementale englobe diverses disciplines qui jouent un rôle essentiel dans la réduction des déchets environnementaux et la mise en œuvre de procédés respectueux de l'environnement , tels que la biofiltration et la biodégradation . Les biotechnologies peuvent avoir un impact environnemental à la fois positif et négatif. Vallero et al. ont avancé que la différence entre les biotechnologies bénéfiques (par exemple, la bioremédiation pour dépolluer une marée noire ou une fuite de produits chimiques dangereux) et les effets néfastes des entreprises biotechnologiques (par exemple, la dissémination de matériel génétique d'organismes transgéniques dans des souches sauvages) peut être considérée comme une distinction entre applications et implications, respectivement. Le traitement des déchets environnementaux est un exemple d'application de la biotechnologie environnementale ; en revanche, la perte de biodiversité ou la propagation d'un micro-organisme pathogène sont des exemples d'implications environnementales de la biotechnologie.

De nombreuses villes ont installé des CityTrees , qui utilisent la biotechnologie pour filtrer les polluants de l'atmosphère urbaine.

La réglementation du génie génétique concerne les approches adoptées par les gouvernements pour évaluer et gérer les risques associés à l'utilisation de cette technologie , ainsi qu'au développement et à la dissémination d'organismes génétiquement modifiés (OGM), notamment les cultures et les poissons génétiquement modifiés . La réglementation des OGM varie d'un pays à l'autre, les différences les plus marquées s'observant entre les États-Unis et l'Europe. La réglementation varie au sein d'un même pays selon l'usage prévu des produits issus du génie génétique. Par exemple, une culture non destinée à l'alimentation humaine n'est généralement pas examinée par les autorités responsables de la sécurité alimentaire. L'Union européenne distingue l'autorisation de culture au sein de l'UE de l'autorisation d'importation et de transformation. Si seuls quelques OGM ont été autorisés à la culture dans l'UE, un certain nombre d'entre eux ont été autorisés à l'importation et à la transformation. La culture des OGM a suscité un débat sur la coexistence des cultures génétiquement modifiées et non génétiquement modifiées. Selon la réglementation en vigueur, les incitations à la culture d'OGM diffèrent.

La base de données EUginius (Initiative européenne sur les OGM pour un système de base de données unifié) vise à aider les entreprises, les particuliers intéressés et les autorités compétentes à trouver des informations précises sur la présence, la détection et l'identification des OGM utilisés dans l' Union européenne . Les informations sont disponibles en anglais.

En 1988, à l'initiative du Congrès américain , l' Institut national des sciences médicales générales ( Instituts nationaux de la santé ) (NIGMS) a mis en place un mécanisme de financement pour la formation en biotechnologie. Les universités du pays sont en concurrence pour obtenir ces fonds afin de créer des programmes de formation en biotechnologie (PFB). Chaque candidature retenue est généralement financée pour cinq ans, puis doit être renouvelée par concours. Les doctorants peuvent ensuite postuler pour intégrer un PFB ; s'ils sont admis, ils bénéficient d'une bourse, de la prise en charge des frais de scolarité et d'une assurance maladie pendant deux ou trois ans, le temps de leurs travaux de thèse . Dix-neuf établissements proposent des PFB financés par le NIGMS. Une formation en biotechnologie est également proposée au niveau licence et dans les IUT et les BTS.