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  • Gnie mtabolique chez les vgtaux Utilisation de la transgense chez les plantes dans le cadre de dmarches de gnie mtabolique www.imagesdepicardie.com
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  • Gnie mtabolique Optimisation des procds de fermentation industrielle base sur la comprhension et la modulation de voies mtaboliques Conditions de culture Gnie gntique Dfinition valable pour seulement pour des aspects trs restreints du gnie mtabolique chez les vgtaux
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  • Champs de microbes : utilisation industrielle de bactries photosynthtiques par lentreprise Solazyme Protines recombinantes Carotnodes Masanaru Misawa Production de mtabolites secondaires par le biais de cultures de cellules ou de tissus vgtaux en bioracteurs Ex: Shikonine Gnie mtabolique vgtal dans le cadre de cultures en bioracteurs
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  • Gnie mtabolique appliqu aux plantes entires Productivit Assimilation des lments Tolrance aux stress Phytoremdiation Qualit Augmentation des teneurs Vitamines, Principes actifs mdicamenteux, Pigments, Parfums, Armes, Acides gras insaturs Diminution des teneurs Glucosinolates, Acide rucique, Armes indsirables, Tannins, Lignine Points abords dans les cours
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  • Gnie mtabolique appliqu la production de composs usage pharmaceutique et cosmtique
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  • Principaux mtabolites secondaires utiliss dans lindustrie pharmaceutique et cosmtique Alcalodes Alcalodes indoliques Etc.. Composs mixtes et glycosides Glycosides cardiotoniques Composs phnoliques Flavonodes, quinones etc Isoprnodes Tocopheroletc..
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  • Le problme de la production des mtabolites II aires Synthse organique Lorsquelle est possible Culture de plantes au champ Lorsquon la matrise Culture in vitro Lorsque les molcules en valent la peine
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  • Synthse organique : les plantes comme modle Souvent possible, bas prix Ex : aspirine Mais, ce nest pas toujours possible Raction de Kolbe
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  • Culture de plantes aux champs Plantes mdicinales ~7000 ha en France Culture peu coteuse Mais, ce nest pas toujours possible
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  • Exemples de plantes mdicinales difficiles cultiver Lif Pervenche de Madagascar
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  • Autres organismes biologiques Expression htrologue de gnes de plantes chez dautres microorganismes htes ? Caractres fortement polygniques Expression troitement coordonne de plusieurs dizaines de gnes dans la synthse dun seul mtabolite Gnie mtabolique appliqu aux vgtaux
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  • Cultures in vitro pour la production de mtabolites secondaires Un dogme ancien et erron : les suspensions cellulaires ne produisent pas de mtabolites secondaires (1940-1970) Une technologie rcente (1975- 1985) et des rsultats assez peu nombreux
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  • Les espoirs initiaux 1956 : Pfizer inc. Dpose un brevet concernant la production de mtabolites par des cultures cellulaires de plantes Fin des annes 60 : La visnagine et la diosgenine sont produites plus fortes concentrations dans des cultures cellulaires que dans les plantes a coince avec les molcules les intressantes : vinblastine, vincristine Un succs : la Xn de shikonine commercialise en 1983 par Mitsui Petrochemicals
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  • Japon : la tte de proue Outils de fermentation industrielle Extension aux cultures vgtales 70s (Japan Tobacco Inc) production de biomasse pour la confection de cigarettes (racteurs de 20 000 L) Meiji Seika, Nitto Denko Co : production de masse de Panax ginseng in vitro 1982 : 5me congrs de lIAPTC (=IAPB) au japon : nombreuses avances dans la production de mtab II, dont la shikonine par Mitsui Petrochemicals
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  • http://homepage1.nifty.com Lithospermum erythrorhizon (Borraginaces) http://crop.nics.go.kr Shikonine : 10% de la MS de la racine Cosmtique Phytothrapie
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  • Cultures en bioracteur de cellules de Lithospermum erythrozhizon www.uni-tuebingen.de/pharmazie/abteilungen/biologie/de/shikonin.html
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  • Trois succs durables Shikonine Berbrine Cultures cellulaires Saponines du ginseng Cultures de racines grande chelle
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  • Un alcalode isoquinolique : la berbrine Malaria Principal alcalode accumul dans le rhizome de Coptis japonica (Renonculace) Annes 70 : selection dune souche hyperproductrice de berbrine, transfre Mitsui Biochemicals Optimisation : culture haute densit (optimisation de loxygnation et du milieu), 0.45 g /L / jour http://www48.tok2.com/home/
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  • Production de saponines par Panax ginseng Traitement des ulcres 5 ans de culture Destruction de la racine pour extraction www.01sante.com/.../ginseng.htmwww.01sante.com/.../ginseng.htm. Culture de racines en racteur
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  • Quelque systmes de production ltude taxol Vinblastine, Vincristine Elly Lilly & Co Glycosides Concurrence avec la synthse chimique
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  • Paclitaxel (taxol) corce de Taxus brevifolia (If du pacifique) Proprits pharmacologiques Antimitotique tubulo-affine Applications cancers mtastases Cancer de lovaire et du sein
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  • Culture in vitro pour la synthse de Taxol Taxol: traitement 1g /an 1g = 3 arbres (Taxus sp., lIf) de 150 ans Productivit in vitro : 100-150 mg / L en deux semaines
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  • Taxus baccata (Taxaceae) 10-dsactylbaccatine III dans les feuilles : rcolte non-destructrice Prcurseur dhmisynthse Toxotre par Sanofi-Aventis
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  • Catharanthus roseus (Apocynaceae) http://www.ntbg.org/plants/plantresource Le th de pervanche utilis en pharmacope traditionnelle en Jamaque comme antidiabtique Annes 50 : Stimulation de la scrtion dinsuline ?? Pas du tout mais diminution des globules blancs Traitement des leucmies
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  • Vinblastine et vincristine Faible rendements Vinblastine : 2-10 g (50-250 k) / tonne de MS Vincristine : 0.5 g / tonne de MS Maladie de HodgkinLeucmies
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  • Les alcalodes de la pervenche de Madagascar Au moins 70 alcalodes identifis dont : Dans les feuilles Vincristine et vinblastine (anticancreux) Dans les racines et les suspensions cellulaires Serpentine et Ajmalicine : (antihypertenseurs)
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  • Production dajmalicine par C. roseus Hypothses : 800 Kg / an 260 g ajmalicine / g MS / jour Suspensions cellulaires : 3150 $/Kg Plantes entires : 619 $ / Kg Source : FAO (http://www.fao.org/docrep) Au contraire la culture de Lithospermum est longue (maturit 3-5 ans) et sensible au variations climatiques : les cultures cellulaires sont plus rentables
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  • Lhmisynthse 1974 quipe de Potier (Paris) Dimrisation de deux alcalodes monomeriques : catharantine et vindoline vinorelbine (navelbine TM )
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  • -methyl-digoxine (Digitalis) Cardiotoniques Mais de nouveaux cardiotoniques de synthse sont apparus Les projets de production par CIV sont tombs leau Les suspensions cellulaires sont tout de mme utilises pour raliser les tapes finales :bioconversion
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  • Bioconversion Premires tapes de synthse chimique Finalisation des molcules par culture in vitro
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  • Ajout de prcurseurs dans le milieu de culture : bioconversion Amlioration ABC A C cot B / cot C ? B
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  • Bioconversion 12-hydroxylation de la beta-methyl- digitoxine digoxine Digitalis lanata OH Reinhard et Alfermann 1982 Boehringer Mannheim Co : racteurs de 4 000 L
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  • Bioconversion des extraits vgtaux Bioconversion des extraits par fermentation lactique en racteur teneurs en trois ginsenosides dintert : X 60 Pathologies causes par Helicobacter pilorii (ulcres) Brevet (2003) Ginseng Science
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  • Mthodes de production in vitro Du prototype la technologie industrielle
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  • Mise au point en flacons de culture
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  • Principes de base La plupart des mtabolites secondaires sont intracellulaires, intravacuolaires Quantit produite = biomasse produite X concentration Production in vitro
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  • Biomasse temps Nombre de cellules 3 semaines Alors : dX = dt X et ln X = (t-t 0 ) X0X0 X0X0 Croissance exponentielle t0t0 Production in vitro
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  • Production de mtabolites temps Quantit de cellules Quantit de mtabolites secondaires Dcouplage croissance/synthse de Mtabolites Ii aires Production in vitro
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  • Exemple : Production dajmalicine par Catharanthus en deux tapes: Linoculation de la phase de production avec des cellules en phase stationnaire avance donne une productivit 4 fois suprieure Indicateur : inoculation avec des cellules qui ont consomm tout le nitrate dans leur milieu Schaltmann et al (1996) Biotech. Bioengineering
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  • .......... MG5 M9 Procd de production de shikonine : batch en 2 tapes Tabata et al. Mitsui Corp. 200 L 9 j 750 L 14 j Filtration Air Shikonine Inoculum Croissance Production 4 g/L
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  • Culture en bioracteurs http://www.bioreactor.ru/bioreactor_en.htm
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  • Passage du flacon au racteur Dans certains cas : diminution de la synthse : Catharantus

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