Objectifs du cours : Microorganismes et domaines d’application des biotechnologies
1. Comprendre la diversité des micro-organismes
L’élève doit être capable de :
identifier les principales catégories de micro-organismes : bactéries, levures, champignons microscopiques, virus, protozoaires ;
expliquer leurs caractéristiques biologiques essentielles ;
comprendre la notion de souche, espèce et population microbienne.
2. Expliquer le rôle des micro-organismes dans les biotechnologies
L’élève doit savoir :
décrire les fonctions utiles des micro-organismes (production, transformation, dégradation),
identifier les micro-organismes utilisés selon les secteurs : agroalimentaire, santé, environnement, industrie.
3. Relier les propriétés des micro-organismes à leurs applications
L’élève doit comprendre :
comment les capacités métaboliques des micro-organismes sont exploitées,
pourquoi certaines espèces sont sélectionnées pour leur efficacité ou leur sécurité,
comment les biotechnologies utilisent leur croissance, leur métabolisme ou leur génétique.
4. Maîtriser les grands domaines d’application des biotechnologies
L’élève doit être capable de distinguer :
les biotechnologies alimentaires,
les biotechnologies industrielles,
les biotechnologies environnementales,
les biotechnologies de santé.
5. Analyser et interpréter des exemples concrets
L’élève doit pouvoir :
analyser des documents scientifiques,
identifier le rôle d’un micro-organisme dans un procédé biotechnologique,
comprendre un schéma de production (fermentation, bioconversion…).
6. Connaître les enjeux de sécurité et d’éthique
L’élève doit être sensibilisé :
à la sécurité microbiologique (niveau L1),
à la gestion des souches,
aux notions de microorganismes OGM, sécurité alimentaire, traçabilité.
Description du cours : Microorganismes et domaines d’application des biotechnologies
1. Introduction : les micro-organismes au cœur des biotechnologies
Les micro-organismes représentent l’un des fondements du domaine des Biotechnologies, Biologie et Biochimie (BBB)en Terminale STL. Grâce à leur diversité, leur rapidité de croissance et leurs capacités métaboliques extraordinaires, ils sont utilisés dans une multitude d’applications industrielles, alimentaires, environnementales et médicales.
Ce cours vise à comprendre la place centrale des micro-organismes dans les technologies modernes et les procédés utilisés dans les laboratoires, les industries et les centres de recherche.
2. La diversité des micro-organismes
2.1. Les bactéries
Organismes unicellulaires procaryotes, les bactéries présentent une grande diversité morphologique et métabolique. Certaines sont utiles, d’autres pathogènes, mais toutes ont un rôle clé dans les cycles biogéochimiques.
2.2. Les levures
Ce sont des eucaryotes unicellulaires, capables de réaliser des fermentations (alcoolique ou lactique) utilisées depuis des siècles en boulangerie, brasserie ou œnologie.
2.3. Les champignons microscopiques
Utilisés dans la production d’antibiotiques (Penicillium) ou d’enzymes industrielles, ils occupent une place importante dans les biotechnologies modernes.
2.4. Les virus
Bien que non autonomes, ils sont utilisés dans des technologies avancées comme les vecteurs viraux en thérapie génique.
2.5. Les protozoaires et algues microscopiques
Ils interviennent notamment en biotechnologies environnementales (traitement des eaux, production de biomasse).
3. Propriétés des micro-organismes exploitées en biotechnologie
3.1. Rapidité de croissance
Les micro-organismes se multiplient rapidement, permettant une production efficace et contrôlée.
3.2. Versatilité métabolique
Certaines espèces dégradent des molécules complexes, produisent des métabolites (acides, alcools, enzymes), synthétisent des molécules d’intérêt ou modifient des substrats.
3.3. Capacité de fermentation
La fermentation est un procédé clé dans les industries alimentaires, pharmaceutiques et énergétiques.
3.4. Plasticité génétique
Les micro-organismes peuvent être modifiés facilement (OGM, CRISPR, plasmides) pour optimiser une production.
4. Domaines d’application des biotechnologies
4.1. Biotechnologies alimentaires
Les micro-organismes sont indispensables dans :
la fabrication du pain (Saccharomyces cerevisiae),
la production de yaourts (Lactobacillus, Streptococcus),
la fermentation alcoolique (vins, bières),
l’affinage de fromages (Penicillium roqueforti, camemberti).
4.2. Biotechnologies industrielles
On utilise les micro-organismes pour :
produire des enzymes (amylases, protéases),
synthétiser des acides organiques (acide citrique),
fabriquer des bioplastiques et des biocarburants,
réaliser des bioconversions industrielles.
4.3. Biotechnologies environnementales
Elles exploitent les capacités de dégradation ou de transformation :
traitement des eaux usées (boues activées),
biodégradation des polluants,
valorisation des déchets organiques (méthanisation).
4.4. Biotechnologies de santé
Utilisation des micro-organismes pour produire :
des antibiotiques,
des vaccins,
de l’insuline recombinante,
des vecteurs viraux pour la thérapie génique.
5. Fermentation et bioréacteurs : outils clés des biotechnologies
La fermentation permet la transformation d’un substrat par un microorganisme. Dans l’industrie, elle se fait dans des bioréacteurs qui contrôlent précisément :
la température,
l’aération,
le pH,
l’agitation.
Ces paramètres assurent une production optimale et reproductible.
6. Sécurité, qualité et éthique
6.1. Sécurité microbiologique (niveau L1)
Les élèves apprennent :
manipulation aseptique,
gestion des déchets biologiques,
traçabilité des souches.
6.2. Qualité et réglementation
Les biotechnologies exigent des normes strictes :
HACCP,
BPF (Bonnes Pratiques de Fabrication),
normes ISO selon les secteurs.
6.3. Éthique
Les questions liées aux OGM, à l’environnement et à la santé publique sont abordées.
