La biotechnologie est une science appliquée utilisant délibérément des organismes vivants ainsi que des procédés et produits biologiques dans le but de développer des produits et procédés à usage humain. Il n’existe pas de définition reconnue dans les accords internationaux existants sur la propriété intellectuelle, mais des définitions ont été adoptées au niveau régional et multilatéral. L’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), par exemple, définit la biotechnologie comme étant “l’application de la science et de la technologie à des organismes vivants, de même qu’à leurs composantes, produits et modélisations, pour modifier des matériaux vivants ou non vivants aux fins de la production de connaissances, de biens et de services”
Bref historique de la biotechnologie
Les premières applications biotechnologiques ont été développées il y a des milliers d’années. L’archéologie montre que les humains pratiquent une forme de biotechnologie depuis plus de 6 000 ans, depuis qu’ils ont commencé à utiliser des levures pour le brassage et pour la fabrication du pain puis des micro-organismes et des enzymes pour transformer le lait en différents aliments tels que les yaourts et le fromage. Les humains ont mis au point des centaines voire des milliers de méthodes utilisant des organismes entiers comme les bactéries ou les levures, ou des parties de ces organismes, tissus ou extraits d’animaux, de végétaux ou de champignons, pour fournir des produits et procédés utiles tels que des aliments, fibres, teintures, compost, ensilage et médicaments. Les progrès scientifiques leur permettant d’étudier les procédés biologiques au niveau cellulaire, moléculaire et génétique, les chercheurs ont utilisé ces connaissances pour développer des outils biotechnologiques plus complexes. Depuis le XIXe siècle, la biotechnologie s’appuie de plus en plus sur des résultats et méthodes utilisant la microbiologie et depuis le milieu du XXe siècle utilisant également la biologie moléculaire, la génétique ou le génie génétique. C’est ainsi qu’ont pu être développés des modes de fabrication de composés chimiques destinés à être utilisés comme principes actifs de médicaments ou comme produits chimiques de base pour l’industrie chimique, ainsi que des méthodes de diagnostic, des détecteurs biologiques, de nouvelles variétés végétales et bien plus encore.
Le milieu du XXe siècle
Vers le milieu du XXe siècle, les chercheurs ont commencé à utiliser un procédé naturel de transfert de gènes avec des plasmides (petits morceaux d’acide désoxyribonucléique (ADN), généralement circulaires, pouvant être transférés d’un organisme à un autre et apportant de nouvelles propriétés) pour créer de nouveaux organismes dotés des propriétés souhaitées. On a compris par la suite que les informations codées par l’ADN, à savoir l’expression génique (expression des informations codées), généraient un produit, une protéine, que l’acide ribonucléique (ARN) facilitait la traduction et la régulation de l’expression génique et que les molécules d’ADN pouvaient être délibérément manipulées pour modifier les informations codées. Il s’agit là du dogme central de la biotechnologie moléculaire. L’utilisation de ses différents sous-procédés naturels dans des applications technologiques a fait exploser le nombre d’innovations biotechnologiques. Concrètement, cette situation a permis de développer des outils à évolution rapide utilisant la technologie de l’ADN recombiné (appelée aussi “génie génétique”). Les séquences de codage et les séquences régulatrices peuvent être assemblées grâce à une découpe précise de l’ADN à des séquences définies (utilisant souvent des enzymes provenant de systèmes de défense antibactérienne) et grâce à l’épissage (avec généralement des enzymes participant normalement à la réparation des dommages cellulaires) afin d’établir une construction permettant l’expression d’un gène dans un environnement où il ne se produit pas naturellement. Par exemple, l’expression d’un gène humain peut se faire à partir d’une construction introduite dans une bactérie (appelée souvent expression transgénique ou expression hétérologue).
Les années 1970
L’un des premiers produits commerciaux issus de la technologie de l’ADN recombiné dans les années 1970 a été l’insuline recombinante, obtenue par l’épissage de chaînes codantes d’insuline humaine dans le matériel génétique d’une bactérie et utilisant la machinerie cellulaire de la bactérie pour produire des chaînes d’insuline. Peu après, des techniques d’ADN recombiné ont réussi à produire d’autres protéines thérapeutiques, notamment à base d’anticorps pour lutter contre les cancers et les troubles immunitaires. Ces techniques ont permis également de créer des organismes animaux et végétaux modifiés présentant les caractéristiques souhaitées. Les techniques d’ADN recombiné ont donc révolutionné non seulement les pratiques thérapeutiques grâce au développement de médicaments innovants comme les produits biopharmaceutiques, mais également les diagnostics avec des méthodes et des produits capables de détecter des signatures génétiques spécifiques ou des marqueurs biologiques associés à des maladies spécifiques.
Les années 1980 et au-delà
De nouvelles innovations techniques, apparues dans les années 1980 et poursuivant une évolution dynamique, ont permis de développer de nouveaux produits, procédés et technologies pour relever les défis mondiaux auxquels étaient confrontés les secteurs de la santé, de l’environnement et de l’approvisionnement alimentaire. La technologie d’amplification en chaîne par polymérase (ACP) a été à l’origine de progrès majeurs concernant l’analyse génétique, la synthèse de précision de l’ADN et les diagnostics. Les techniques d’édition génomique ont permis aux chercheurs de modifier directement l’ADN d’un organisme vivant en introduisant, en supprimant ou en modifiant des séquences à un endroit précis. Il est important de noter que les technologies utilisant l’édition génomique comme les nucléases à doigt de zinc (ZFN) ou les nucléases effectrices de type activateur de transcription (TALEN) ou encore les systèmes CRISPR-Cas (courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées) développés plus récemment (dans les années 2010) diffèrent des techniques de l’ADN recombiné précédentes dans la mesure où elles modifient avec précision l’ADN existant d’un organisme vivant pour obtenir l’effet souhaité et ne nécessitent pas d’établir et d’introduire des constructions d’ADN recombiné dans une cellule. Cette nouvelle pratique consistant à modifier avec précision et en fonction de leur localisation les génomes des organismes sans utiliser de constructions d’ADN recombiné, souvent brevetées, a conduit également à de nouvelles pratiques juridiques en termes de poursuites, d’acquisition et d’exercice des droits de propriété intellectuelle pour les inventions qui en résultent, et à de nouvelles pratiques en matière de licences et de transfert de technologie.
Parallèlement aux nouvelles techniques d’édition génomique, le séquençage du génome constitue une autre technologie de transformation remodelant actuellement le domaine de la biotechnologie. Le séquençage de tout ou partie du génome d’un organisme donne lieu à des quantités astronomiques et toujours plus nombreuses de données, disponibles pour l’innovation technologique. Tout comme l’édition génomique, l’essor du séquençage à haut débit a modifié de manière significative la pratique de la propriété intellectuelle dans de nombreux domaines liés à la biotechnologie et a donc redéfini les pratiques de transfert de technologie.
Ces avancées en termes d’applications technologiques réalisables, telles que les végétaux issus de l’édition génomique plutôt que les végétaux génétiquement modifiés, ont suscité de nouvelles interrogations à la limite entre la propriété intellectuelle et les cadres réglementaires correspondants, susceptibles d’influer sur le transfert de technologie pour les inventions biotechnologiques. D’après nos connaissances actuelles, les interventions sur le matériel génétique des organismes sont irréversibles et pourraient avoir des effets indésirables phénotypiquement sur la prochaine génération ou la génération d’après. Une distinction doit donc être faite entre les procédés biotechnologiques qui perturbent et ceux qui ne perturbent pas le matériel génétique d’un organisme.
Les outils d’innovation biotechnologique intègrent sans cesse de nouvelles techniques mais conservent également des techniques telles que la fermentation ou la sélection végétale, utilisées depuis des milliers d’années. Par exemple, on a encore recours à des techniques traditionnelles de sélection végétale malgré l’utilisation croissante de nouvelles techniques dans ce domaine. L’adoption généralisée de produits et de procédés biotechnologiques a donné lieu à des tentatives de “classement” des biotechnologies en fonction de leur domaine d’application et des questions de réglementation et de perception qu’elles soulèvent dans chaque domaine.
Principales catégories
Les principales catégories de classement sont les suivantes :
biotechnologie médicale (“biotechnologie rouge”) pour le développement de médicaments et de traitements, vaccins, diagnostics et méthodes de dépistage; cette catégorie englobe un vaste éventail d’applications biotechnologiques allant des biopuces pour le diagnostic médical et une médecine personnalisée à la production de médicaments et à la thérapie génique, impliquant souvent le recours à des organismes génétiquement modifiés;
biotechnologie agricole (“biotechnologie verte”) pour améliorer la qualité des cultures et du bétail dans le domaine agricole et la production alimentaire, par exemple : cultures résistantes à la sécheresse ou aux parasites ou agents de lutte biologique;
biotechnologie industrielle (“biotechnologie blanche”) pour la production industrielle de produits chimiques organiques tels que les principes actifs avec l’aide d’enzymes, de cellules ou de micro-organismes optimisés, utilisant des cellules vivantes ou enzymes isolées conçues pour le nettoyage, le dégraissage, la dépollution biologique, la dégradation de déchets biologiques, la production de produits tels que les biocarburants ou biopolymères (bioplastiques), ou pour réduire les besoins en énergie en agissant comme biocatalyseurs.
Les produits et procédés biotechnologiques sont de plus en plus utilisés dans des domaines nouveaux pour résoudre des problèmes nouveaux, ce qui a généré tout un spectre de catégories supplémentaires, variant entre les différents secteurs appartenant aux sciences de la vie et correspondant à différents codes de couleurs. Ces catégories peuvent se résumer ainsi
Ce système de classement n’est qu’une tentative d’organisation d’informations complexes. Il en existe plusieurs et certains se recoupent car ils utilisent pour la plupart les mêmes techniques et outils d’analyse. De même, certains domaines émergents tels que la biologie de synthèse sont difficiles à classer car ils n’entrent pas de manière évidente dans l’une ou l’autre des catégories. La biologie de synthèse consiste à mettre au point des systèmes biomoléculaires dotés de capacités nouvelles et pouvant être intégrés dans une cellule ou un organisme générant un produit nouveau ou une voie métabolique nouvelle, ou pouvant être acellulaire comme une série d’enzymes sur un échafaudage formant une voie nouvelle. Les produits issus de la biologie de synthèse se trouvent dans la plupart des catégories de biotechnologie. Tout type de biotechnologie repose sur des principes biologiques et techniques identiques (ou semblables). La recherche utilisera donc les outils suivants pour toutes les catégories : ACP, criblage à l’aide de bibliothèques, édition génomique, mutation aléatoire ou expression sur phage, selon les besoins du projet. Certaines techniques peuvent être adaptées en fonction de l’organisme ou de l’utilisation. Dans l’ensemble du domaine, des technologies de plateforme sont utilisées : criblage à haut débit, réseaux à grande échelle, automatisation (des essais, séquençage, manipulation génétique) et plateformes d’analyse utilisant des données scientifiques existantes comme les informations tirées de l’analyse génétique ou de la chimie combinatoire, ou qui résolvent les problèmes par le calcul : repliement des protéines, modèles prévisionnels structure-fonction ou projets d’étude approfondie du génome.