Descriptif

Biotechnologies pour la médecine et l'agriculture (A. Meunier et L. Lepiniec)

I) Biotechnologies pour la médecine: vers une médecine régénérative (A. Meunier)
Comment réparer des tissus abimés par l’âge ou la maladie ? En dehors des chimiothérapies, les greffes d’organes et la pose de prothèses ont tenté de répondre à ce défi en remplaçant l’organe ou le tissu abimé. Lorsqu’elles sont possibles et tolérées par l’organisme, ces interventions très lourdes nécessitent des traitements à vie. Les progrès de la biologie cellulaire et moléculaire ont permis l’émergence de nouvelles thérapies, utilisant des processus biologiques sélectionnés au cours de l’évolution pour réparer des tissus déficients. Ce volet de la médecine, appelé  "médecine régénérative", cible une guérison définitive du patient et fait l’objet d’une recherche très active. Une large partie du cours sera dédiée à la biologie des cellules souches, domaine en plein essor et dont l'influence et les applications vont grandissantes. Nous verrons que certaines cellules humaines ont gardé un potentiel souche et que, par ailleurs, nous sommes maintenant capable de reprogrammer en cellules souches des cellules adultes différenciées (iPS). Nous montrerons également comment l’utilisation de parasites spécialisés dans le détournement de la machinerie cellulaire, ainsi que l’utilisation de systèmes enzymatiques bactériens comme le système CRISPR/Cas9 permettent la modification de  l’expression de gène dans des types cellulaires ciblés. Enfin, nous discuterons les problématiques éthiques ainsi que les limites à imposer à la modification et à la commercialisation du vivant.

Les thèmes abordés sont :

• Mécanismes moléculaires et cellulaires de la régénération des tissus chez la planaire, la salamandre et l'Homme: une boite à outils pour la médecine régénérative
• Formation et utilisation de cellules souches pluripotentes pour réparer/remplacer un organe défectueux: des études précliniques aux premiers essais cliniques
• Stratégies thérapeutiques basées sur l'emploi de cellules souches adultes
• Vectorisation virale et thérapie génique
• L'édition de gènes, des Zinc Finger nucléases au système CRISPR/Cas9: peut-t-on et doit-t-on ré-écrire notre génome ?

II) Biotechnologies pour l’agriculture (L. Lepiniec)
Avec l’augmentation de la population mondiale et une limitation des ressources (terres arables, ressources fossiles, et eau douce), la sécurité alimentaire reste un défi majeur. Ce défi est amplifié par une utilisation croissante de la biomasse végétale pour la chimie verte et la production d’énergie. Simultanément les changements climatiques et l’importance de préserver l’environnement et la biodiversité font peser des contraintes supplémentaires sur les systèmes de production. Dans ce contexte, il semble nécessaire de développer  une « intensification durable » de l’agriculture.

Nous verrons dans ce cours comment la biologie et les biotechnologies végétales peuvent contribuer à relever ces défis. Dans une première partie nous aborderons les bases génétiques, moléculaires et cellulaires du développement et de la reproduction des plantes et de leur domestication. Dans une seconde partie, nous étudierons les développements récents de la génomique et des biotechnologies (clonage, transgenèse et édition des génomes) et verrons comment ils peuvent contribuer à l’amélioration des plantes pour répondre aux différents enjeux agronomiques, industriels, environnementaux ou sociétaux.

Points abordés sont :

• Enjeux de la biologie et de l’amélioration des plantes
• Reproduction et développement des plantes
• Bases génétiques et moléculaire de l’évolution, la domestication, et l’amélioration  des plantes
• Biotechnologie moléculaires et cellulaires, clonage, transgénèse, et édition des génomes

En PC, l'accent sera mis sur l'analyse d'articles récents illustrant les promesses, les difficultés et les limites éthiques à modifier le vivant.

Numéro clausus : 45
Niveau requis : Avoir suivi au moins un module de Biologie en année 2.
Langue du cours : Anglais
Credits ECTS : 4

BIO553  :  Biotechnology for Health and Agriculture (A. Meunier et L. Lepiniec)

1. I) Biotechnology & Medicine: Towards Regenerative Therapies (A. Meunier)
   How to repair tissue damaged by age or disease? In addition to chemotherapy, organ transplants and prostheses have attempted to respond to this challenge by replacing the damaged organ or tissue. When possible and tolerated by the body, these very heavy interventions require lifelong treatments. Advances in cellular and molecular biology have led to the emergence of new therapies, using evolutionarily selected biological processes to repair deficient tissues. This part of medicine, called "regenerative medicine", targets a definitive cure of the patient and is the subject of a very active research. A large part of the course will be devoted to stem cell biology, a field in full expansion and whose influence and applications are growing. We will see that some human cells have kept a stem cell potential. In addition, we are now able to reprogram differentiated adult cells into pluripotent stem cells (iPS). We will also show how the use of parasites specialized in the diversion of cellular machinery, combined to the use of bacterial enzymatic systems such as the CRISPR / Cas9 system allow the modification of gene expression in targeted cell types. Finally, we will discuss the ethical issues as well as the limits to be imposed on the modification and the commercialization of living.

The notions that will be developed:

• Molecular and cellular mechanisms of tissue regeneration in planarians, salamanders and humans: a toolbox for regenerative medicine
• Formation and use of pluripotent stem cells to repair / replace a defective organ: from preclinical studies to early clinical trials
• Therapeutic strategies based on the use of adult stem cells
• Viral vectorization and gene therapy
• The edition of genes, from Zinc Finger nucleases to the CRISPR / Cas9 system: can we and must we re-write our genome?

1. II) Biotechnology & agriculture (L. Lepiniec)
   With increasing world population and limited resources availability (e.g. arable land, fossil carbon, and water), food security remains a major challenge. This challenge is amplified by an increasing use of plant biomass for green chemistry and energy production. At the same time, climate change and the importance of preserving the environment and biodiversity cause additional constraints on production systems. In this context, it seems necessary to develop a "sustainable intensification" of agriculture.
   In this course, we will see how plant biology and biotechnology can contribute to tackle these challenges, and their potential risks or limitations. In the first part we will discuss the genetic, molecular and cellular bases of plant development and reproduction and their domestication. In a second part, we will present recent developments in genomics and biotechnologies (cloning, transgenesis and genome editing) and will see how they can contribute to plan breeding to meet the different agronomic, industrial, environmental or social challenges.

Topics : 

• Current Issues in plant biology and breedingPlant Reproduction and development
• Plant Reproduction and development
• Genetic and molecular bases of plant evolution, domestication, and breeding
• Molecular and cellular biotechnology, cloning, transgenesis, and genome editing

Niveau requis : At least one biology module in year 2.
Langue du cours : English
Credits ECTS : 4