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7.7 : Biotechnologie et génie génétique - Biologie

7.7 : Biotechnologie et génie génétique - Biologie


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Au début des années 1990, une maladie émergente détruisait la production hawaïenne de papaye et menaçait de décimer l'industrie de 11 millions de dollars (Figure (PageIndex{1})). Heureusement, un homme nommé Dennis Gonsalves, qui a grandi dans une plantation de canne à sucre puis est devenu physiologiste des plantes à l'Université Cornell, a développé des plants de papaye génétiquement modifiés pour résister au virus mortel. À la fin de la décennie, l'industrie hawaïenne de la papaye et les moyens de subsistance de nombreux agriculteurs ont été sauvés grâce à la distribution gratuite des semences du Dr Gonsalves.

Le développement d'une nouvelle souche de culture est un exemple de biotechnologie agricole : une gamme d'outils qui incluent à la fois des techniques de sélection traditionnelles et des méthodes de laboratoire plus modernes. Les méthodes traditionnelles remontent à des milliers d'années, tandis que la biotechnologie utilise les outils du génie génétique développés au cours des dernières décennies. Ingénierie génétique est le nom des méthodes utilisées par les scientifiques pour introduire de nouveaux traits dans un organisme. Ce processus aboutit à organismes génétiquement modifiés, ou organisme génétiquement modifié. Par exemple, les plantes peuvent être génétiquement modifiées pour produire des caractéristiques permettant d'améliorer la croissance ou le profil nutritionnel des cultures vivrières. Les OGM qui sont des espèces cultivées sont communément appelés cultures génétiquement modifiées, ou Cultures génétiquement modifiées pour faire court

L'histoire de la modification génétique des cultures

Presque tous les fruits et légumes trouvés sur votre marché local ne se produiraient pas naturellement. En fait, ils n'existent que grâce à l'intervention humaine qui a commencé il y a des milliers d'années. Les humains ont créé la grande majorité des espèces cultivées en utilisant des pratiques de sélection traditionnelles sur des plantes sauvages d'origine naturelle. Ces pratiques reposent sur élevage sélectif (élevage assisté par l'homme d'individus présentant des caractéristiques souhaitables). Les pratiques de sélection traditionnelles, bien que de faible technologie et simples à mettre en œuvre, ont pour résultat pratique de modifier l'information génétique d'un organisme, produisant ainsi de nouveaux traits.

Un exemple intéressant est le maïs (maïs). Les biologistes ont découvert que le maïs a été développé à partir d'une plante sauvage appelée téosinte. Grâce à des pratiques de sélection traditionnelles, les humains vivant il y a des milliers d'années dans ce qui est maintenant le sud du Mexique ont commencé à sélectionner des traits souhaitables jusqu'à ce qu'ils soient capables de transformer la plante en ce qui est maintenant connu sous le nom de maïs. Ce faisant, ils ont modifié de façon permanente (et sans le savoir) ses instructions génétiques, permettant l'émergence de nouveaux traits. Au vu de cette histoire, on peut se poser la question : existe-t-il vraiment du maïs « non OGM » ?

Cette histoire de modification génétique est commune à presque toutes les espèces cultivées. Par exemple, le chou, le brocoli, le chou de Bruxelles, le chou-fleur et le chou frisé ont tous été développés à partir d'une seule espèce de moutarde sauvage (Figure (PageIndex{2})). La morelle sauvage était la source de tomates, d'aubergines, de tabac et de pommes de terre, ces dernières développées par l'homme il y a 7 000 à 10 000 ans en Amérique du Sud.

Sélection traditionnelle vs Génie génétique moderne

Pour produire de nouvelles caractéristiques chez le bétail, les animaux de compagnie, les cultures ou tout autre type d'organisme, il doit presque toujours y avoir un changement sous-jacent dans les instructions génétiques de cet organisme. Ce que beaucoup de gens ne comprennent peut-être pas, c'est que les pratiques de sélection traditionnelles entraînent en fait des changements génétiques permanents et constituent donc un type de modification génétique. Ce malentendu peut survenir parce que les pratiques de sélection traditionnelles ne nécessitent pas d'équipement de laboratoire sophistiqué ni aucune connaissance de la génétique, ce que certains peuvent considérer comme une condition préalable à la modification génétique.

Comment les pratiques de sélection traditionnelles se comparent-elles au génie génétique moderne ? Les deux entraînent des modifications de l'information génétique d'un organisme, mais l'ampleur de ces modifications varie selon les deux techniques (Figure (PageIndex{3})). La sélection traditionnelle mélange tous les gènes entre les deux organismes sélectionnés, qui peuvent se compter par dizaines de milliers (le maïs, par exemple, possède 32 000 gènes). En mélangeant un si grand nombre de gènes, les résultats peuvent être imprévisibles. Le génie génétique moderne est plus précis dans le sens où les biologistes ne peuvent modifier qu'un seul gène. En outre, le génie génétique peut introduire un gène entre deux espèces éloignées, comme l'insertion d'un gène bactérien dans une plante. Un tel transfert peut sembler inhabituel, mais il n'est pas sans son équivalent. Dans un processus appelé transfert horizontal de gènes, l'ADN d'une espèce peut être inséré dans une espèce différente. Une étude récente, par exemple, a révélé que les humains contiennent environ 150 gènes d'autres espèces, y compris des bactéries.

Avantages potentiels du génie génétique

Nutrition améliorée

Les progrès de la biotechnologie peuvent fournir aux consommateurs des aliments enrichis sur le plan nutritionnel (Figure (PageIndex{4})), durables ou contenant des niveaux inférieurs de certaines toxines naturelles présentes dans certaines plantes alimentaires. Par exemple, les développeurs utilisent la biotechnologie pour essayer de réduire les graisses saturées dans les huiles de cuisson, de réduire les allergènes dans les aliments et d'augmenter les nutriments qui combattent les maladies dans les aliments. La biotechnologie peut également être utilisée pour conserver les ressources naturelles, permettre aux animaux d'utiliser plus efficacement les nutriments présents dans les aliments, réduire le ruissellement de nutriments dans les rivières et les baies et aider à répondre à la demande mondiale croissante en nourriture et en terres.

Production moins chère et plus gérable

La biotechnologie peut fournir aux agriculteurs des outils qui peuvent rendre la production moins chère et plus gérable. Par exemple, certaines cultures biotechnologiques peuvent être conçues pour tolérer des herbicides spécifiques, ce qui rend le contrôle des mauvaises herbes plus simple et plus efficace. D'autres cultures ont été conçues pour être résistantes à des maladies végétales spécifiques et à des insectes nuisibles, ce qui peut rendre la lutte antiparasitaire plus fiable et efficace, et/ou peut réduire l'utilisation de pesticides synthétiques. Ces options de production agricole peuvent aider les pays à suivre le rythme de la demande alimentaire tout en réduisant les coûts de production.

Amélioration de la lutte antiparasitaire

La biotechnologie a contribué à rendre la lutte antiparasitaire et la gestion des mauvaises herbes plus sûres et plus faciles tout en protégeant les cultures contre les maladies. Par exemple, le coton génétiquement modifié résistant aux insectes a permis une réduction significative de l'utilisation de pesticides synthétiques persistants qui peuvent contaminer les eaux souterraines et l'environnement. En termes de contrôle amélioré des mauvaises herbes, le soja, le coton et le maïs tolérants aux herbicides permettent l'utilisation d'herbicides à risque réduit qui se décomposent plus rapidement dans le sol et ne sont pas toxiques pour la faune et les humains.

Préoccupations potentielles concernant les cultures génétiquement modifiées

La complexité des systèmes écologiques présente des défis considérables pour les expériences qui évaluent les risques et les avantages des cultures GM. L'évaluation de ces risques est difficile, car les systèmes naturels et modifiés par l'homme sont très complexes et semés d'incertitudes qui peuvent ne pas être clarifiées avant la fin d'une introduction expérimentale. Les critiques des cultures génétiquement modifiées avertissent que leur culture doit être soigneusement considérée au sein d'écosystèmes plus larges en raison de leurs avantages potentiels et de leurs dangers pour l'environnement.

En plus des risques environnementaux, certaines personnes s'inquiètent des risques potentiels pour la santé des cultures génétiquement modifiées parce qu'elles estiment que la modification génétique altère les propriétés intrinsèques, ou l'essence, d'un organisme. Comme discuté ci-dessus, cependant, il est connu que les pratiques de sélection traditionnelles et le génie génétique moderne produisent des modifications génétiques permanentes. De plus, les pratiques de sélection traditionnelles ont en fait un impact plus important et plus imprévisible sur la génétique d'une espèce en raison de sa nature comparablement grossière. Compte tenu de cela, il est sage que les nouvelles cultures GM et les cultures produites traditionnellement soient étudiées pour les risques potentiels pour la santé humaine.

Pour répondre à ces diverses préoccupations, les Académies nationales des sciences, de l'ingénierie et de la médecine des États-Unis (NASEM) ont publié en 2016 un rapport complet de 500 pages résumant les connaissances scientifiques actuelles concernant les cultures génétiquement modifiées. Le rapport, intitulé Cultures génétiquement modifiées : expériences et perspectives, a examiné plus de 900 articles de recherche, en plus des commentaires du public et des témoignages d'experts. Les résultats de ce rapport fondateur, ci-après dénommé le «Rapport sur les cultures GM” par souci de concision, est partagé dans les différentes sous-sections ci-dessous.

Croisement avec des espèces indigènes

Grâce au croisement ou à l'hybridation, les cultures GM pourraient partager leur ADN génétiquement modifié avec des parents sauvages. Cela pourrait affecter la génétique de ces parents sauvages et avoir des conséquences imprévues sur leurs populations, et pourrait même avoir des implications pour l'écosystème dans son ensemble. Par exemple, si un gène conçu pour conférer une résistance aux herbicides devait passer d'une culture génétiquement modifiée à un parent sauvage, il pourrait transformer l'espèce sauvage en une espècesuper herbe' – une espèce qui n'a pas pu être contrôlée par un herbicide. Sa croissance galopante pourrait alors déplacer d'autres espèces sauvages et la faune qui en dépend, infléchissant ainsi des dommages écologiques.

Le rapport sur les cultures génétiquement modifiées de la NASEM a trouvé des preuves de transfert génétique entre les cultures génétiquement modifiées et les espèces sauvages apparentées. Cependant, il n'y avait aucune preuve de dommages écologiques résultant de ce transfert. De toute évidence, une surveillance continue, en particulier pour les cultures nouvellement développées, est justifiée.

Droit de choisir des consommateurs

La Fédération internationale du mouvement de l'agriculture biologique a déployé des efforts considérables pour empêcher les cultures GM de produire biologiquement, mais certains agriculteurs biologiques américains ont découvert que leurs cultures de maïs (maïs), y compris les semences, contiennent des niveaux détectables d'ADN génétiquement modifié. Le mouvement biologique est fermement opposé à toute utilisation de cultures GM dans l'agriculture, et les normes biologiques interdisent explicitement leur utilisation (cependant, gardez à l'esprit que même le maïs « biologique » a subi d'importantes modifications génétiques par rapport à son parent sauvage, le téosinte). Les agriculteurs, dont les semences sont contaminées, ont été soumis à une certification biologique stricte, qui garantit qu'ils n'ont utilisé aucun type de matériel génétiquement modifié dans leurs fermes.

Toute trace de cultures GM doit provenir de l'extérieur de leurs zones de production. Bien que l'origine exacte ne soit pas claire pour le moment, il est probable que la contamination ait été causée par la dérive du pollen des champs de cultures GM dans les zones environnantes. Cependant, la contamination peut également provenir de l'approvisionnement en semences. Les producteurs de semences, qui avaient l'intention de fournir des semences sans OGM, ont également été confrontés à une contamination génétique et ne peuvent garantir que leurs semences sont 100 % sans OGM.

Effets écologiques à long terme

Une première étude a indiqué que le pollen d'un type particulier de maïs génétiquement modifié peut être nocif pour les chenilles des papillons monarques, ce type de maïs, connu sous le nom de Bt maïs, est génétiquement modifié pour produire une protéine bactérienne qui agit comme un insecticide. Ce trait est favorable car il réduit la quantité d'insecticides utilisés par les agriculteurs. Pollen de Bt le maïs peut être nocif pour les chenilles, mais seulement à des concentrations très élevées. Ces concentrations sont rarement atteintes dans la nature et des études de suivi ont montré l'effet de Bt le maïs est négligeable.

Le rapport GE Crop Report de la NASEM indique que la validité de cette étude initiale sur le monarque a été remise en question par d'autres scientifiques, ce qui a finalement conduit à une vaste étude multinationale financée par les États-Unis et le Canada. Ils ont découvert que la grande majorité des Bt le maïs cultivé ne représentait pas un risque pour les monarques. Cependant, une souche de Bt le maïs l'a fait, et il a donc été retiré du marché.

Le rapport sur les cultures GE mentionne également une menace distincte pour le monarque : la perte d'asclépiade, qui est essentielle au cycle de vie du papillon. Certaines cultures GM sont conçues pour résister à l'herbicide glyphosate. Les agriculteurs qui utilisent ces cultures peuvent pulvériser tout leur champ avec l'herbicide, qui tue l'asclépiade mais pas leur culture GM. Cela peut réduire la quantité d'asclépiades poussant dans l'aire de répartition des monarques. Le rapport a conclu que d'autres études sont nécessaires pour quantifier l'impact réel que cela pourrait avoir sur les populations de monarques.

Risque pour la santé humaine

Au moins certains des gènes utilisés dans les cultures GM peuvent ne pas avoir été utilisés dans l'approvisionnement alimentaire auparavant, de sorte que les aliments GM peuvent présenter un risque potentiel pour la santé humaine, comme la production de nouveaux allergènes. Mais cela est également vrai des cultures générées par les pratiques de sélection traditionnelles (car toutes deux produisent des modifications génétiques et donc de nouveaux traits).

Comme d'autres questions scientifiques « controversées », le consensus scientifique sur les cultures génétiquement modifiées est assez clair : elles sont sans danger. L'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture a conclu que les risques pour la santé humaine et animale liés à l'utilisation d'OGM sont négligeables. Le rapport de la NASEM sur les cultures génétiquement modifiées n'a trouvé « aucune preuve étayée d'une différence de risques pour la santé humaine entre les cultures génétiquement modifiées (GE) actuellement disponibles dans le commerce et les cultures sélectionnées de manière conventionnelle, ni aucune preuve concluante de cause à effet des problèmes environnementaux des cultures génétiquement modifiées. . " Le Conseil de l'American Medical Association sur la science et la santé publique, en 2012, a déclaré que « les aliments issus de la bio-ingénierie sont consommés depuis près de 20 ans, et pendant cette période, aucune conséquence manifeste sur la santé humaine n'a été signalée et/ou justifiée dans l'étude des pairs. revue de la littérature. Des déclarations similaires ont été faites par le US National Resource Council et l'American Association for the Advancement of Science, qui publie la revue savante prééminente, Science.

Le potentiel allergène des cultures génétiquement modifiées est l'un des effets néfastes potentiels sur la santé et il devrait continuer à être étudié, en particulier parce que certaines preuves scientifiques indiquent que les animaux nourris avec des cultures génétiquement modifiées ont été blessés. Le rapport sur les cultures GE de la NASEM a conclu que lors du développement de nouvelles cultures, c'est le produit qui doit être étudié pour les risques potentiels pour la santé et l'environnement, et non le processus qui a permis d'obtenir ce produit. Cela signifie que, parce que les pratiques de sélection traditionnelles et le génie génétique moderne produisent de nouveaux traits par modification génétique, ils présentent tous deux des risques potentiels. Ainsi, pour la sécurité de l'environnement et de la santé humaine, les deux devraient être étudiés de manière adéquate.

Droits de propriété intellectuelle

Les droits de propriété intellectuelle sont l'un des facteurs importants dans le débat actuel sur les cultures génétiquement modifiées. Les cultures GM peuvent être brevetées par les agro-entreprises, ce qui peut les amener à contrôler et potentiellement à exploiter les marchés agricoles. Certains accusent des entreprises, comme Monsanto, de contrôler prétendument la production et les prix des semences, au détriment des agriculteurs. Le rapport sur les cultures GE de la NASEM recommande davantage de recherches sur la manière dont la concentration des marchés des semences par quelques entreprises et la réduction subséquente de la concurrence sur le marché libre peuvent affecter les prix des semences et les agriculteurs.

Il convient de noter que les cultures développées par sélection traditionnelle peuvent également être protégées et contrôlées légalement de manière similaire aux cultures GM. Jim Myers, de l'Oregon State University, note que « dans tous les cas, sauf dans quelques cas, toutes les variétés contemporaines développées par des sélectionneurs privés sont [légalement] protégées, et la plupart des variétés publiques sont également protégées.

Les cultures GM sont-elles la solution dont nous avons besoin ?

Des ressources importantes, tant financières qu'intellectuelles, ont été allouées pour répondre à la question : les cultures GM sont-elles sûres ? Après plusieurs centaines d'études scientifiques, la réponse est oui. Mais une question importante demeure : sont-elles nécessaires ? Certes, comme dans des cas comme la papaye d'Hawaï, qui était menacée d'éradication en raison d'une maladie agressive, le génie génétique était une solution rapide et efficace qui aurait été extrêmement difficile, voire impossible, à résoudre en utilisant les pratiques de sélection traditionnelles.

Cependant, dans de nombreux cas, les premières promesses des cultures GM – qu'elles amélioreraient la qualité nutritionnelle des aliments, conféreraient une résistance aux maladies et fourniraient des progrès sans précédent dans les rendements des cultures – ont largement échoué. Le rapport sur les cultures génétiquement modifiées de la NASEM indique que, bien que les cultures génétiquement modifiées aient permis de réduire les pertes agricoles causées par les ravageurs, l'utilisation de pesticides et les taux de blessures dus aux insecticides pour les travailleurs agricoles, elles n'ont pas augmenté la vitesse à laquelle les rendements des cultures progressent par rapport aux cultures non génétiquement modifiées. De plus, bien qu'il existe des exceptions notables comme le riz doré ou les papayes résistantes aux virus, très peu de cultures génétiquement modifiées ont été produites pour augmenter la capacité nutritionnelle ou pour prévenir les maladies des plantes qui peuvent dévaster les revenus d'un agriculteur et réduire la sécurité alimentaire. La grande majorité des cultures GM ne sont développées que dans deux buts : introduire une résistance aux herbicides ou une résistance aux ravageurs.

Le génie génétique des cultures représente un outil important dans un monde où le climat change rapidement et où la population humaine est en plein essor, mais comme vous le verrez dans le chapitre suivant, ce n'est qu'un des nombreux outils que les agriculteurs peuvent utiliser pour produire suffisamment de nourriture pour tous les humains tout en travaillant simultanément à la préservation de l'environnement.


Ingénierie génétique

Le génie génétique ou la modification génétique est un domaine de la génétique qui modifie l'ADN d'un organisme en modifiant ou en remplaçant des gènes spécifiques. Utilisé dans les secteurs agricole, industriel, chimique, pharmaceutique et médical, le génie génétique peut être appliqué à la production de levures de bière, de thérapies anticancéreuses, de cultures et de bétail génétiquement modifiés, parmi d'innombrables autres options. Le seul critère est que le produit modifié est – ou était autrefois – un organisme vivant qui contient de l'ADN.


Contenu

Les termes sont souvent utilisés de manière interchangeable. Lorsqu'une distinction est envisagée, cependant, elle est basée sur le fait que l'accent est mis sur l'application d'idées biologiques ou sur l'étude de la biologie avec la nanotechnologie. La bionanotechnologie fait généralement référence à l'étude de la manière dont les objectifs de la nanotechnologie peuvent être guidés en étudiant le fonctionnement des « machines » biologiques et en adaptant ces motifs biologiques pour améliorer les nanotechnologies existantes ou en créer de nouvelles. [5] [6] La nanobiotechnologie, d'autre part, fait référence aux façons dont la nanotechnologie est utilisée pour créer des dispositifs pour étudier les systèmes biologiques. [7]

En d'autres termes, la nanobiotechnologie est essentiellement une biotechnologie miniaturisée, alors que la bionanotechnologie est une application spécifique de la nanotechnologie. Par exemple, la nanotechnologie de l'ADN ou l'ingénierie cellulaire seraient classées comme bionanotechnologie parce qu'elles impliquent de travailler avec des biomolécules à l'échelle nanométrique. Inversement, de nombreuses nouvelles technologies médicales impliquant des nanoparticules comme systèmes de livraison ou comme capteurs seraient des exemples de nanobiotechnologie puisqu'elles impliquent l'utilisation de la nanotechnologie pour faire avancer les objectifs de la biologie.

Les définitions énumérées ci-dessus seront utilisées chaque fois qu'une distinction entre nanobio et bionano est faite dans cet article. Cependant, étant donné l'utilisation qui se chevauche des termes dans le langage moderne, il peut être nécessaire d'évaluer les technologies individuelles pour déterminer quel terme est le plus approprié. En tant que tels, il est préférable de les discuter en parallèle.

La plupart des concepts scientifiques de la bionanotechnologie sont dérivés d'autres domaines. Les principes biochimiques utilisés pour comprendre les propriétés matérielles des systèmes biologiques sont au cœur de la bionanotechnologie, car ces mêmes principes doivent être utilisés pour créer de nouvelles technologies. Les propriétés des matériaux et les applications étudiées en bionanoscience comprennent les propriétés mécaniques (par exemple, déformation, adhérence, défaillance), électriques/électroniques (par exemple, stimulation électromécanique, condensateurs, stockage d'énergie/batteries), optiques (par exemple absorption, luminescence, photochimie), thermiques (par exemple thermomutabilité, gestion thermique), biologique (par exemple, comment les cellules interagissent avec les nanomatériaux, les défauts/défauts moléculaires, la biodétection, les mécanismes biologiques tels que la mécanosensation), la nanoscience de la maladie (par exemple, les maladies génétiques, le cancer, la défaillance d'organes/tissus), ainsi que l'informatique (par exemple, l'ADN informatique) et l'agriculture (fourniture cible de pesticides, d'hormones et d'engrais. [8] [9] [10] [11] L'impact de la bionanoscience, obtenu grâce à des analyses structurelles et mécanistes de processus biologiques à l'échelle nanométrique, est leur traduction en applications grâce à la nanotechnologie.

La nanobiotechnologie tire la plupart de ses fondements de la nanotechnologie. [ éclaircissements nécessaires ] La plupart des dispositifs conçus pour une utilisation nano-biotechnologique sont directement basés sur d'autres nanotechnologies existantes. [ citation requise ] La nanobiotechnologie est souvent utilisée pour décrire les activités multidisciplinaires qui se chevauchent associées aux biocapteurs, en particulier là où la photonique, la chimie, la biologie, la biophysique, la nanomédecine et l'ingénierie convergent. La mesure en biologie à l'aide de techniques de guide d'ondes, telles que l'interférométrie à double polarisation, est un autre exemple.

Les applications de la bionanotechnologie sont extrêmement répandues. Dans la mesure où la distinction tient, la nanobiotechnologie est beaucoup plus courante dans la mesure où elle fournit simplement plus d'outils pour l'étude de la biologie. La bionanotechnologie, quant à elle, promet de recréer des mécanismes et des voies biologiques sous une forme utile à d'autres égards.

Nanomédecine Modifier

La nanomédecine est un domaine de la science médicale dont les applications se multiplient de plus en plus grâce aux nanorobots et aux machines biologiques, qui constituent un outil très utile pour développer ce domaine de connaissance. Au cours des dernières années, les chercheurs ont apporté de nombreuses améliorations aux différents dispositifs et systèmes nécessaires au développement de nanorobots. Cela suppose une nouvelle façon de traiter et de traiter des maladies telles que le cancer grâce aux nanorobots, les effets secondaires de la chimiothérapie ont été contrôlés, réduits et même éliminés, donc dans quelques années, les patients atteints de cancer se verront proposer une alternative pour traiter cette maladie au lieu de chimiothérapie [ citation requise ] , qui provoque des effets secondaires tels que la perte de cheveux, la fatigue ou les nausées, tuant non seulement les cellules cancéreuses mais aussi les cellules saines. Au niveau clinique, le traitement du cancer par la nanomédecine consistera à fournir des nanorobots au patient par le biais d'une injection qui recherchera les cellules cancéreuses tout en laissant intactes les cellules saines. Les patients qui seront traités grâce à la nanomédecine ne remarqueront pas la présence de ces nanomachines à l'intérieur d'eux, la seule chose qui va être perceptible est l'amélioration progressive de leur santé. La nanobiotechnologie est très importante pour la formulation des médicaments. Cela aide aussi beaucoup à fabriquer des vaccins. [ éclaircissements nécessaires ]

Nanobiotechnologie Modifier

La nanobiotechnologie (parfois appelée nanobiologie) est mieux décrite comme aidant la médecine moderne à progresser du traitement des symptômes à la génération de remèdes et à la régénération des tissus biologiques. Trois patients américains ont reçu des vessies entières de culture avec l'aide de médecins qui utilisent des techniques de nanobiologie dans leur pratique. En outre, il a été démontré dans des études animales qu'un utérus peut être cultivé à l'extérieur du corps et ensuite placé dans le corps afin de produire un bébé. Les traitements à base de cellules souches ont été utilisés pour soigner les maladies présentes dans le cœur humain et font l'objet d'essais cliniques aux États-Unis. Il existe également des fonds pour la recherche permettant aux gens d'avoir de nouveaux membres sans avoir à recourir à des prothèses. Des protéines artificielles pourraient également devenir disponibles pour la fabrication sans avoir besoin de produits chimiques agressifs et de machines coûteuses. On a même supposé que d'ici 2055, les ordinateurs pourraient être fabriqués à partir de produits biochimiques et de sels organiques. [12]

Un autre exemple de la recherche nanobiotechnologique actuelle concerne les nanosphères recouvertes de polymères fluorescents. Les chercheurs cherchent à concevoir des polymères dont la fluorescence est éteinte lorsqu'ils rencontrent des molécules spécifiques. Différents polymères détecteraient différents métabolites. Les sphères recouvertes de polymère pourraient faire partie de nouveaux tests biologiques, et la technologie pourrait un jour conduire à des particules qui pourraient être introduites dans le corps humain pour traquer les métabolites associés aux tumeurs et autres problèmes de santé. Un autre exemple, dans une perspective différente, serait l'évaluation et la thérapie au niveau nanoscopique, c'est-à-dire le traitement des nanobactéries (de 25 à 200 nm) comme le fait NanoBiotech Pharma.

Alors que la nanobiologie en est à ses balbutiements, il existe de nombreuses méthodes prometteuses qui s'appuieront sur la nanobiologie à l'avenir. Les systèmes biologiques sont intrinsèquement à l'échelle nano. Les nanosciences doivent fusionner avec la biologie afin de fournir des biomacromolécules et des machines moléculaires similaires à la nature. Contrôler et imiter les dispositifs et les processus qui sont construits à partir de molécules est un énorme défi à relever pour les disciplines convergentes de la nanobiotechnologie. [13] Tous les êtres vivants, y compris les humains, peuvent être considérés comme des nanofonderies. L'évolution naturelle a optimisé la forme « naturelle » de la nanobiologie sur des millions d'années. Au 21e siècle, les humains ont développé la technologie pour exploiter artificiellement la nanobiologie. Ce processus est mieux décrit comme « fusion organique avec synthétique ». Des colonies de neurones vivants peuvent cohabiter sur un dispositif de biopuce, selon les recherches du Dr Gunther Gross de l'Université de North Texas. Les nanotubes auto-assemblés ont la capacité d'être utilisés comme système structurel. Ils seraient composés de rhodopsines qui faciliteraient le processus de calcul optique et aideraient au stockage du matériel biologique. L'ADN (en tant que logiciel pour tous les êtres vivants) peut être utilisé comme système protéomique structurel - un composant logique pour l'informatique moléculaire. Ned Seeman - chercheur à l'Université de New York - et d'autres chercheurs étudient actuellement des concepts similaires les uns aux autres. [14]

Bionanotechnologie Modifier

La nanotechnologie de l'ADN est un exemple important de bionanotechnologie. [15] L'utilisation des propriétés inhérentes des acides nucléiques comme l'ADN pour créer des matériaux utiles est un domaine prometteur de la recherche moderne. Un autre domaine de recherche important consiste à tirer parti des propriétés des membranes pour générer des membranes synthétiques. Les protéines qui s'auto-assemblent pour générer des matériaux fonctionnels pourraient être utilisées comme une nouvelle approche pour la production à grande échelle de nanomatériaux programmables. Un exemple est le développement d'amyloïdes trouvés dans les biofilms bactériens en tant que nanomatériaux modifiés qui peuvent être programmés génétiquement pour avoir des propriétés différentes. [16] Les études sur le repliement des protéines constituent une troisième voie de recherche importante, mais qui a été largement inhibée par notre incapacité à prédire le repliement des protéines avec un degré de précision suffisamment élevé. Compte tenu de la myriade d'utilisations que les systèmes biologiques ont pour les protéines, la recherche sur la compréhension du repliement des protéines est d'une grande importance et pourrait s'avérer fructueuse pour la bionanotechnologie à l'avenir.

La nanotechnologie lipidique est un autre domaine de recherche majeur en bionanotechnologie, où les propriétés physico-chimiques des lipides telles que leur antifouling et leur auto-assemblage sont exploitées pour construire des nanodispositifs avec des applications en médecine et en ingénierie. [17] Les approches de nanotechnologie lipidique peuvent également être utilisées pour développer des méthodes d'émulsion de nouvelle génération afin de maximiser à la fois l'absorption des nutriments liposolubles et la capacité de les incorporer dans des boissons populaires.

Agriculture Modifier

Dans l'industrie agricole, les nanoparticules artificielles ont servi de nano-supports, contenant des herbicides, des produits chimiques ou des gènes, qui ciblent des parties particulières de la plante pour libérer leur contenu. [18] [19] Auparavant, il a été rapporté que les nanocapsules contenant des herbicides pénètrent efficacement à travers les cuticules et les tissus, permettant la libération lente et constante des substances actives. De même, d'autres publications décrivent que la libération lente d'engrais nano-encapsulés est également devenue une tendance pour économiser la consommation d'engrais et minimiser la pollution de l'environnement grâce à l'agriculture de précision. Ce ne sont là que quelques exemples parmi de nombreux travaux de recherche qui pourraient ouvrir des opportunités intéressantes pour l'application des nanobiotechnologies en agriculture. En outre, l'application de ce type de nanoparticules manufacturées aux plantes doit être considérée comme le niveau d'amiabilité avant son utilisation dans les pratiques agricoles. Sur la base d'une étude approfondie de la littérature, il a été compris qu'il n'y a que peu d'informations authentiques disponibles pour expliquer les conséquences biologiques des nanoparticules manipulées sur les plantes traitées. Certains rapports soulignent la phytotoxicité d'origine diverse des nanoparticules manufacturées pour la plante causée par le sujet des concentrations et des tailles. Dans le même temps, cependant, un nombre égal d'études ont été signalées avec un résultat positif des nanoparticules, qui facilitent la croissance favorisant la nature pour traiter les plantes. [20] En particulier, par rapport à d'autres nanoparticules, les applications à base de nanoparticules d'argent et d'or ont obtenu des résultats bénéfiques sur diverses espèces végétales avec moins et/ou aucune toxicité. [21] [22] Les feuilles d'asperges traitées aux nanoparticules d'argent (AgNPs) ont montré une teneur accrue en ascorbate et en chlorophylle. De même, le haricot commun et le maïs traités aux AgNPs ont augmenté la longueur des pousses et des racines, la surface foliaire, les teneurs en chlorophylle, en glucides et en protéines rapportées précédemment. [23] La nanoparticule d'or a été utilisée pour induire la croissance et le rendement en graines chez Brassica juncea. [24]


Biotechnologie, M.S.

La biotechnologie est une industrie en pleine croissance. Des aliments cultivés dans nos fermes aux médicaments que nous achetons et aux façons dont nous assainissons l'environnement, la biotechnologie affecte de nombreuses facettes de notre vie quotidienne. Des développements majeurs dans le domaine se produisent chaque jour, dont beaucoup sont introduits par les communautés académiques et professionnelles avant même que le grand public ne soit au courant des progrès de l'industrie.

À l'École d'ingénierie, vous participerez à ces découvertes passionnantes. Les sujets de cours vont de l'application industrielle des enzymes et de la synthèse de biopolymères à la conception de médicaments modernes et au rôle de la biotechnologie dans les soins de santé. La disponibilité de cours au choix divers et variés vous permet de vous spécialiser dans des domaines de biotechnologie sélectionnés.

Le programme comprend également des cours avancés de biologie cellulaire et moléculaire et de génie génétique, tous deux avec des laboratoires. Les étudiants peuvent encore améliorer leurs compétences de recherche et d'analyse en s'inscrivant à un cours d'étude guidée. Prendre deux de ces cours permettra aux étudiants de compléter un ensemble de travaux de recherche équivalent à une thèse de maîtrise (facultatif). Les étudiants peuvent également suivre un cours lié aux affaires ou à la gestion de la biotechnologie et de l'entrepreneuriat MS.

D'autres cours au choix sont disponibles pour les deux programmes. Pour plus de détails, veuillez visiter Biotechnolgy, M.S. programme ci-dessous et la biotechnologie et l'entrepreneuriat, M.S. programme d'études.

Avec la permission du conseiller, les étudiants peuvent suivre des cours dans d'autres écoles de NYU.

Il existe de nombreuses opportunités de recherche/stage disponibles à NYU et NYC en général. Par exemple, de nombreux Biotech M.S. les étudiants participent à des projets de recherche au NYU Langone Medical Center, au Memorial Sloan Kettering Cancer Center de renommée mondiale et à d'autres instituts de recherche de la ville. Il existe également des stages dans des start-up Biotech. Tous les étudiants peuvent bien entendu postuler pour des stages d'été dans de grandes entreprises pharmaceutiques. Pour en savoir plus sur ces opportunités, voyez ce que nos étudiants disent ci-dessous.

Programme d'études

Le programme de 30 crédits du programme Biotechnologie, MS se compose de 3 parties:

  1. 5 required courses in biotechnology, protein and tissue engineering, enzyme catalysis, and biosensors (15 credits)
  2. 3 elective courses in biotechnology and related fields (9 credits)
  3. 2 more elective courses or Guided Studies in Biotechnology, involving laboratory or literature work (6 credits)

To meet graduation requirements, students must attain an overall GPA of 3.0 (average of a B) in all their courses.

3 Credits Biotechnology and the Pharmaceutical Industry BT-GY6013 The course offers an in-depth look at the modern process of drug development, from the early stage of target identification and generation of lead compounds to modern methods of drug delivery and the role of biotechnology in this complex process. All the key aspects, including preclinical development, clinical trials and regulatory requirements, are covered with considerable contributions from pharmaceutical professionals. Real-life case studies are presented to illustrate critical points in the development process. Major classes of biotech drugs are discussed. Many course lectures are delivered by scientists from the major U.S. pharmaceutical companies.
Prerequisite: Adviser’s approval. 3 Credits Biotechnology and Health Care BT-GY6023 Biotechnology’s contribution to modern health care stretches far beyond developing new therapeutic entities. This course provides an overview of key cutting-edge technologies such as stem-cell research and therapeutic cloning and demonstrates how their applications change “the conventional” in terms of availability of new treatments, monitoring services and diagnostics. The course also covers the Human Genome Project and its implications for health care and epigenetic modifications of the genome and their role in disease. The course also highlights the role of biotechnology in managing a number of sociologically high-impact diseases in developed and developing countries.
Prerequisite: Adviser’s approval. 3 Credits Biosensors and Biochips BT-GY6033 Biosensors and biochips are two of the most exciting, complex and fast-growing areas of biotechnology today—the interface between biotechnology, nanotechnology and micro-electronics industries. The course covers both conventional biosensors based on whole cells, nucleic acids, antibodies and enzymes (e.g., enzymatic glucose monitoring) as well as new and emerging technologies related to designing, fabricating and applying multi-array biochips and micro-fluidic systems (lab-on-the-chip). The course goal is to familiarize students with basic principles of biosensors design and applications. The course also covers practical applications of this technology in health care, medical diagnostics, defense and other areas.
Prerequisite: Adviser’s approval. 3 Credits Biocatalysis in Industry BT-GY6043 The course focuses on the commercial use of biological catalysts across various industry segments, including pharmaceuticals, health care, fine chemicals and food. The course combines a broad overview of cutting-edge technologies with industrial insights into the economics of bio-processing. The course also covers emerging biomaterials trends. Case studies are presented to facilitate analysis, formulate trends and underline major challenges.
Prerequisite: Adviser’s approval.

Choose One:

3 Credits Protein Engineering BT-GY9433 This course introduces modern protein-engineering techniques available to researchers to understand protein structure and function and to create entirely new proteins for many purposes. This new field lies at the interface of chemistry, biology and engineering. The first section discusses protein composition and structure, and various genetic, biochemical and chemical techniques required to engineer proteins, followed by specific topics. Topics include designing highly structured proteins that are active at high temperatures and in non-aqueous solvents that interact selectively with other proteins, small molecules and nucleic acids for therapeutic purposes and that catalyze new reactions.
Prerequisite: Adviser’s approval. 3 Credits Biomedical Materials & Devices for Human Body Repair BT-GY6093 The main objective of this multidisciplinary course is to provide students with a broad survey of currently used biomaterials and their use in medical devices for reconstructing or replacing injured, diseased, or aged human tissues and organs. Topics include a broad introduction to the materials used in medicine and their chemical, physical, and biological properties, basic mechanisms of wound healing and materials-tissue interactions.
Advisor/Instructor Permission Required

You must take from 3 to 5 courses from the list shown:

3 Credits Introduction to Neuroscience for Biotechnologists BT-GY6053 The understanding of brain function represents a unique challenge by virtue of the tremendous complexity of neural circuits and their role in controlling behavior. This course is designed to provide graduate students with a comprehensive introduction to the basic mechanisms of brain function. It covers the basic mechanisms of neuronal excitability, how neuronal function is connected to cellular structures, how neurons act as elements of networks and how malfunctions lead to mental and neurological disorders. The goal is to provide graduate students a foundation of knowledge which will guide them in their decision to enter and navigate the vast field of neurobiology.
Advisor/Instructor Permission Required 3 Credits Immunology: Concepts, Mechanisms and Applications in Biotechnology BT-GY6063 The purpose of this course is to develop a general understanding of the established biochemical, molecular, cellular, and organ-level principles that govern the workings of the mammalian immune system, and to prepare the student for immunological research in the academic, government, or industrial laboratory. Topics covered include cells of the immune system and their development, pattern recognition receptors and innate immunity, molecular mechanisms of antigen processing and presentation, long distance communication and immune cells’ migration, homing, and trafficking. Applications in Biotechnology and autoimmune diseases and the use of immunotherapy in industry will also be discussed.
Advisor/Instructor Permission Required 3 Credits Genetic Engineering BT-GY6073 With Labs Genetic engineering underpins practically every aspect of modern biotechnology. This course aims at familiarizing students with the current methods of DNA manipulation and practical applications of recombinant DNA technology, including the use of vectors, construction of libraries, PCR, restriction digests, mapping, and cloning. The class includes lectures as well as a semester-long 3h/week lab.
Advisor/Instructor Permission Required 3 Credits Advanced Cell and Molecular Biology BT-GY6083 With Labs The course aims to advance students' knowledge in key areas of cell and molecular biology. Topics covered included cell-cell communications, organization of the cytoskeleton, mechanisms of cell signaling and signal transduction, chromatin organization and structure and genome regulation, maintenance and repair. The lab component of the class is designed to provide students with advanced bench-top skills used in modern cell and molecular biology experimentation.
Advisor/Instructor Permission Required 3 Credits Biomedical Materials & Devices for Human Body Repair BT-GY6093 The main objective of this multidisciplinary course is to provide students with a broad survey of currently used biomaterials and their use in medical devices for reconstructing or replacing injured, diseased, or aged human tissues and organs. Topics include a broad introduction to the materials used in medicine and their chemical, physical, and biological properties, basic mechanisms of wound healing and materials-tissue interactions.
Advisor/Instructor Permission Required BE-GY6703 Please refer to the bulletin for more information 3 Credits Bioanalytical Chemistry CM-GY8213 This course covers exciting new analytical methods in biochemistry and biotechnology, including atomic force microscopy, capillary electrophoresis, surface plasmon resonance and microarrays. The course is based directly on current scientific literature.
Prerequisite: CM-GY 9413 or adviser’s approval. 3 Credits Biochemistry II CM-GY9423 This course covers membrane structure and function and energy production, transformation and utilization. Also covered are the regulation of biochemical systems the replication, transcription and translation of DNA mutagenesis and carcinogenesis and the Immune system.
Prerequisite: undergraduate biochemistry or adviser’s approval. 3 Credits Introduction to Technical Communication JW-GY6003 This course is an overview of the research, writing, editing and design principles of technical communication. Particular attention is paid to writing for new media. Students learn to gather, organize and present information effectively, according to audience and purpose. Interviewing skills, technical presentation skills and writing for the Web are covered.
Prerequisite: Adviser’s approval. 3 Credits Special Topics in Biotechnology BT-GY7013 Special topics include a number of courses, such as Advanced Cell Biology and Advanced Molecular Biology (lectures only or lectures and labs).
Prerequisite: Adviser’s approval. 1.5 Credits Introduction to Drug Delivery BE-GY6601 This course introduces drug-delivery science focusing on the historical development of delivery methods, pharmacokinetics and pharmacodynamics of drug-delivery systems, routes of administration, devices for drug delivery and, briefly, on various targeting methods and delivery of gene- and protein-based therapeutics.
Prerequisite: BTE-GY 6013 Biotechnology and the Pharmaceutical Industry or adviser’s approval. 1.5 Credits Introduction to Managing Intellectual Property MG-GY7871 This course focuses on the role of intellectual property (e.g., patents, trade secrets, copyrights, trademarks, etc.) as a major element in modern technology and information strategy. Relevant concepts and case studies use examples of classical and digital innovations.
Prerequisite: Graduate Standing 1.5 Credits Special Topics in Biotechnology BT-GY7011 Special Topics include several courses, such as Advanced Cell Biology and Advanced Molecular Biology (lectures only or lectures and labs).
Prerequisite: Adviser’s approval.

You may take up to 2 guided studies courses (1 per semester), which involve laboratory or literature work, as arranged with your adviser:

BT-GY8713 Please refer to the bulletin for more information 3 Credits Project in Biotechnology II BT-GY8723 Special project (experimental, theoretical, computational, or literature search).
Prerequisite: Adviser’s approval.

Subject to advisor’s approval students can also take an elective course and/or do research at other Schools of NYU. Typically, Biotechnology students choose NYU School of Medicine.


Genetic Engineering and Biotechnology Major

No matter what you call it, genetic engineering is changing the future of health, medicine and crime scene analysis. Many new developments in science and medicine are the result of new and ongoing work with recombinant DNA technology. DNA fingerprinting uses the techniques of genetic engineering new pharmaceuticals are developed with biotechnology and inroads into cures for cancer and other diseases are just some of the places genetic engineering will leave its mark.

Whether by cloning and over-expressing genes used for the treatment of disease, sequencing genes and studying their function, engineering plants to make them more resistant to disease, using microbiology to engineer bacteria and fungi to generate pharmaceuticals and biofuels, using stem cells to generate organs and treat disease, or using genetic markers to solve a crime, molecular biologists are making things happen. Cedar Crest College can show you how.

About Our Program

At Cedar Crest, we are proud to have one of the first genetic engineering programs in the country. Our program begins with a solid foundation in the breadth of biology, taking students from ecology to the amazing world of cellular biology. Our students build on this foundation through two years of intense upper-class coursework in molecular genetics and the applications of biotechnology.

Small courses with individualized attention from faculty help students gain extensive knowledge of the details of molecular biology and witness a glimpse into what graduate-level learning environments are like. Beginning their first year and in state-of-the-art laboratories with the latest technology, students apply knowledge they’ve gained in the classroom to molecular experiments that test their abilities and prepare them to work independently post-graduation. By the time students complete this program, they are prepared for:

  • Immediate employment in industrial or university labs as technical personnel
  • Advanced study at the master's or Ph.D. levels in graduate schools
  • Admission to professional schools of medicine, veterinary medicine, or dentistry

The genetic engineering major is offered through the department of biological sciences. In addition to helping our students develop a strong understanding of molecular genetics and how molecular biology impacts various other fields such as oncology, gene therapy, immunology, medical genetics, etc., all coursework and laboratories emphasize reading, questioning, analyzing, and evaluating assumptions along with development in technical writing et oral presentation skills.

Upper-class students are required to demonstrate their knowledge as part of the capstone experience, during which they conduct an independent research project in a professor's lab. At a minimum, students are required to develop their research proposal during their junior year, and spend at least two consecutive semesters, usually their entire senior year, conducting the research project. At the end of their senior year, students must present their research to the department in a seminar talk or a poster.

Customize Your Degree

In addition to the stimulating and challenging coursework within the genetic engineering major, you may choose an additional major or minor in order to explore your other interests and to make you more marketable to future employers. Many of our majors have taken a minor in chemistry or global diseases or added a concentration in our accredited forensic science program.

Alumnae Success Stories

Because of the firm foundation in science and research, Cedar Crest College's genetic engineering graduates possess specific skills that they can use in industry, yet they have a broad enough background to pursue graduate study in a variety of fields. Recent genetic engineering graduates have entered Ph.D. programs at many fine colleges and universities, including:

  • Cedar Crest College (Forensic Science)
  • L'Université de Cornell
  • Duke University
  • Hahnemann University Hospital (Graduate Medical Education)
  • Harvard University
  • Johns Hopkins University
  • Lehigh University
  • The Pennsylvania State University
  • Princeton University
  • Purdue University
  • Stanford University
  • University of California, San Diego
  • University of Colorado
  • University of New Hampshire (School of Law)

Other graduates of our program are working as breast cancer researchers, genetic counselors, forensic scientists, and other genetic engineering professionals, for such highly regarded companies as:

  • Genzyme Corporation
  • GlaxoSmithKline
  • Merck
  • Roche Biomedical Laboratories
  • Sanofi Pasteur

Program Mission Statement

The mission of the Genetic Engineering Program is to provide undergraduate women with an intensive, progressive, and balanced learning experience in cellular and molecular biology, emphasizing theory and laboratory skills. Students develop technical expertise that allows them to directly enter the workforce as laboratory technicians, supporting current research in fundamental biological phenomena as well as applied science fields. Alternatively, the leadership skills developed through independent and collaborative thinking, when combined with the solid background in molecular genetics, prepares students for graduate work in genetics, molecular biology, biochemistry, and other health-related disciplines. Regardless of their future direction, students are required to express their views effectively through written and oral communication, and engage in critical thinking activities that prepare all graduates for a lifetime of learning.

Thesis Requirements (Optional)

All students, particularly those who are interested in attending graduate school or obtaining a research-based job following graduation, are highly encouraged to participate in independent research, which may culminate in a thesis.

The thesis option begins during the student’s junior year, as part of Junior Colloquium (BIO 350). As part of their capstone project, all students who select a major from the department of biological sciences are required to develop a research proposal to investigate an original research question. This experience allows the students to go beyond the basic course information, select a problem that interests them, and apply what they have learned in their coursework to a novel situation.

As part of the thesis option, students will spend a minimum of two semesters working with a faculty member to conduct the research outlined in their proposal. They will then develop a written thesis detailing their project, and present their final project to the department in the form of a seminar talk or poster.

The title of a student’s thesis will appear on her transcript will appear on her transcript if she completes two semesters (4 credits) of Independent Research (BIO 353) and one semester (1 credit) of Senior Thesis and Presentation (BIO 354) with grades of C- or better.


Video Center

There is so much happening at Cedar Crest College, and our students are at the center of it all! Head to the Video Center for student profiles, campus activities, and information about academic programs.


Virtual Tour

Explore where Cedar Crest College students live and learn by taking a virtual tour of our campus!
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Voir la vidéo: Production of Insulin Throuhg Genetic Engineering (Décembre 2022).