Biotechnologie et modification génétique

21.1

Why bacteria are useful

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Core	Supplement
1 State that bacteria are useful in biotechnology and genetic modification due to their rapid reproduction rate and their ability to make complex molecules	2 Discuss why bacteria are useful in biotechnology and genetic modification, limited to: (a) few ethical concerns over their manipulation and growth (b) the presence of plasmids

Français

Fondamental	Supplémentaire
1 Affirmez que les bactéries sont utiles en biotechnologie et en modification génétique en raison de leur taux de reproduction rapide et de leur capacité à produire des molécules complexes	2 Discutez pourquoi les bactéries sont utiles en biotechnologie et en modification génétique, limité à : (a) peu de préoccupations éthiques concernant leur manipulation et leur croissance (b) la présence de plasmides

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Source : Programme Cambridge International⁩

English

Biotechnology 生物技术 uses living things (or their enzymes 酶) to make useful products. Bacteria 细菌 are especially useful because:

they reproduce very fast (a high rate 速率 of reproduction).
they can make complex molecules 分子.
(Supplement) there are few ethical 伦理 concerns about growing them, and they contain plasmids 质粒 (small DNA rings that are easy to work with).

Français

La biotechnologie 生物技术 utilise des êtres vivants (ou leurs enzymes 酶) pour fabriquer des produits utiles. Les bactéries 细菌 sont particulièrement utiles car :

elles se reproduisent très vite (un haut taux 速率 de reproduction).
they can make complex molecules 分子.
(Supplément) il y a peu de préoccupations éthiques 伦理 concernant leur culture, et elles contiennent des plasmides 质粒 (petits anneaux d'ADN faciles à manipuler).

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English · ⁨Anglais⁩	Chinese · ⁨Chinois⁩	Pinyin
biotechnology/ˌbaɪəʊtekˈnɒlədʒi/	生物技术	shēng wù jì shù
enzymes/ˈenzaɪmz/	酶	méi
bacteria/bækˈtɪərɪə/	细菌	xì jūn
rate/reɪt/	速率	sù lǜ
molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/	分子	fèn zǐ
ethical/ˈeθɪkl/	伦理	lún lǐ
plasmids/ˈplæzmɪdz/	质粒	zhì lì

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21.2

Biotechnologie en action

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Core	Supplement
1 Describe the role of anaerobic respiration in yeast during the production of ethanol for biofuels
2 Describe the role of anaerobic respiration in yeast during bread-making
3 Describe the use of pectinase in fruit juice production
4 Investigate and describe the use of biological washing powders that contain enzymes
	5 Explain the use of lactase to produce lactose-free milk
	6 Describe how fermenters can be used for the large-scale production of useful products by bacteria and fungi, including insulin, penicillin and mycoprotein
	7 Describe and explain the conditions that need to be controlled in a fermenter, including: temperature, pH, oxygen, nutrient supply and waste products

Français

Fondamental	Supplémentaire
1 Décrivez le rôle de la respiration anaérobie chez la levure lors de la production d'éthanol pour les biocarburants
2 Décrivez le rôle de la respiration anaérobie chez la levure lors de la fabrication du pain
3 Décrivez l'utilisation de la pectinase dans la production de jus de fruits
4 Investiguez et décrivez l'utilisation de lessives biologiques contenant des enzymes
	5 Expliquez l'utilisation de la lactase pour produire du lait sans lactose
	6 Décrivez comment les fermenteurs peuvent être utilisés pour la production à grande échelle de produits utiles par des bactéries et des champignons, y compris l'insuline, la pénicilline et la mycoprotéine
	7 Décrivez et expliquez les conditions qui doivent être contrôlées dans un fermenteur, y compris : température, pH, oxygène, apport en nutriments et déchets

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Source : Programme Cambridge International⁩

English

Yeast: biofuels and bread

Yeast 酵母 carries out anaerobic respiration 无氧呼吸 (without oxygen), making ethanol 乙醇 and carbon dioxide.

the ethanol can be used as a biofuel 生物燃料.
in bread-making, the carbon dioxide makes the dough rise.

Enzymes in industry

pectinase 果胶酶 breaks down cell walls to release more juice from fruit, giving more and clearer juice.
biological washing powders 洗衣粉 contain enzymes (such as proteases and lipases) that digest stains, even at lower temperatures.
(Supplement) lactase 乳糖酶 breaks down lactose 乳糖 to make lactose-free milk, for people who cannot digest lactose.

Fermenters (Supplement)

A fermenter 发酵罐 is a large tank used to grow bacteria or fungi to make useful products, such as insulin 胰岛素, penicillin 青霉素 and mycoprotein 真菌蛋白. The conditions inside must be carefully controlled: temperature 温度, pH, oxygen 氧气, the supply of nutrients, and the removal of waste products.

Français

Large stainless-steel fermentation tanks — Cuves de fermentation : les microbes sont cultivés à grande échelle en biotechnologie.

Yeast: biofuels and bread

La levure 酵母 effectue la respiration anaérobie 无氧呼吸 (sans oxygène), produisant de l'éthanol 乙醇 et du dioxyde de carbone.

l'éthanol peut être utilisé comme biocarburant 生物燃料.
dans la fabrication du pain, le dioxyde de carbone fait lever la pâte.

La levure décompose le glucose sans oxygène en éthanol, utilisé comme biocarburant, et en dioxyde de carbone, qui fait lever le pain — La levure produit de l'éthanol (biocombustible) et du dioxyde de carbone (qui fait lever le pain)

Enzymes in industry

la pectinase 果胶酶 dégrade les parois cellulaires pour libérer plus de jus de fruit, donnant plus de jus et plus clair.
les lessives biologiques 洗衣粉 contiennent des enzymes (comme les protéases et les lipases) qui digèrent les taches, même à des températures plus basses.
(Supplément) la lactase 乳糖酶 décompose le lactose 乳糖 pour produire du lait sans lactose, pour les personnes qui ne peuvent pas digérer le lactose.

La pectinase donne plus de jus de fruit ; les protéases et les lipases éliminent les taches ; la lactase rend le lait sans lactose — Enzymes utilisées dans l'industrie

Fermenters (Supplement)

Un fermenteur 发酵罐 est un grand réservoir utilisé pour cultiver des bactéries ou des champignons afin de produire des produits utiles, tels que l'insuline 胰岛素, la pénicilline 青霉素 et la mycoprotéine 真菌蛋白. Les conditions à l'intérieur doivent être soigneusement contrôlées : la température 温度, le pH, l'oxygène 氧气, l'apport en nutriments et l'élimination des déchets.

Un fermenteur : un agitateur mélange la culture, une veste d'eau contrôle la température, l'air fournit de l'oxygène, une sonde de pH vérifie le pH, les nutriments entrent et le produit ou les déchets sortent — Un fermenteur cultive des micro-organismes avec la température, le pH, l'oxygène et les nutriments tous contrôlés

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Laboratoire d'application des biotechnologies

Classifiez les exemples de biotechnologie selon le problème qu'ils résolvent.

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Boucle de contrôle du fermenteur

Regardez comment un fermenteur maintient la croissance des micro-organismes au taux optimal.

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English · ⁨Anglais⁩	Chinese · ⁨Chinois⁩	Pinyin
yeast/jiːst/	酵母	jiào mǔ
anaerobic respiration/ˌæneəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/	无氧呼吸	wú yǎng hū xī
ethanol/ˈeθənɒl/	乙醇	yǐ chún
biofuel/ˌbaɪəʊˈfjuːəl/	生物燃料	shēng wù rán liào
pectinase/ˈpektɪneɪs/	果胶酶	guǒ jiāo méi
washing powders/ˈwɒʃɪŋ ˈpaʊdəz/	洗衣粉	xǐ yī fěn
lactase/ˈlækteɪs/	乳糖酶	rǔ táng méi
lactose/ˈlæktəʊs/	乳糖	rǔ táng
fermenter/fɜːˈmentə/	发酵罐	fā jiào guàn
insulin/ˈɪnsjuːlɪn/	胰岛素	yí dǎo sù
penicillin/ˌpenɪˈsɪlɪn/	青霉素	qīng méi sù
mycoprotein/ˈmaɪkəprəʊtiːn/	真菌蛋白	zhēn jūn dàn bái
temperature/ˈtemprɪtʃə/	温度	wēn dù
oxygen/ˈɒksɪdʒn/	氧气	yǎng qì

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21.3

Modification génétique

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Core	Supplement
1 Describe genetic modification as changing the genetic material of an organism by removing, changing or inserting individual genes	3 Outline the process of genetic modification using bacterial production of a human protein as an example, limited to: (a) isolation of the DNA making up a human gene using restriction enzymes, forming sticky ends (b) cutting of bacterial plasmid DNA with the same restriction enzymes, forming complementary sticky ends (c) insertion of human DNA into bacterial plasmid DNA using DNA ligase to form a recombinant plasmid (d) insertion of recombinant plasmids into bacteria (specific details are not required) (e) multiplication of bacteria containing recombinant plasmids (f) expression in bacteria of the human gene to make the human protein
2 Outline examples of genetic modification: (a) the insertion of human genes into bacteria to produce human proteins (b) the insertion of genes into crop plants to confer resistance to herbicides (c) the insertion of genes into crop plants to confer resistance to insect pests (d) the insertion of genes into crop plants to improve nutritional qualities
	4 Discuss the advantages and disadvantages of genetically modifying crops, including soya, maize and rice

Français

Fondamental	Supplémentaire
1 Décrivez la modification génétique comme le changement du matériel génétique d'un organisme en retirant, modifiant ou insérant des gènes individuels	3 Esquissez le processus de modification génétique utilisant la production bactérienne d'une protéine humaine comme exemple, limité à : (a) isolement de l'ADN formant un gène humain à l'aide d'enzymes de restriction, formant des extrémités collantes (b) découpe de l'ADN plasmidique bactérien avec les mêmes enzymes de restriction, formant des extrémités collantes complémentaires (c) insertion de l'ADN humain dans l'ADN plasmidique bactérien à l'aide de ligase ADN pour former un plasmide recombinant (d) insertion de plasmides recombinants dans des bactéries (les détails spécifiques ne sont pas requis) (e) multiplication des bactéries contenant des plasmides recombinants (f) expression dans les bactéries du gène humain pour produire la protéine humaine
2 Esquissez des exemples de modification génétique : (a) l'insertion de gènes humains dans des bactéries pour produire des protéines humaines (b) l'insertion de gènes dans des plantes cultivées pour conférer une résistance aux herbicides (c) l'insertion de gènes dans des plantes cultivées pour conférer une résistance aux insectes ravageurs (d) l'insertion de gènes dans des plantes cultivées pour améliorer les qualités nutritionnelles
	4 Discutez des avantages et des inconvénients de la modification génétique des cultures, y compris le soja, le maïs et le riz

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Source : Programme Cambridge International⁩

English

Genetic modification 基因改造 means changing an organism's genetic material 遗传物质 by removing, changing or inserting individual genes 基因.

Making a human protein in bacteria (Supplement)

For example, to make a human protein 蛋白质 (such as insulin) in bacteria:

cut the human gene out of human DNA using restriction enzymes 限制酶, which leave sticky ends 黏性末端.
cut open a bacterial plasmid with the same restriction enzymes, giving matching sticky ends.
join the human gene into the plasmid using DNA ligase 连接酶, making a recombinant plasmid 重组质粒.
put the recombinant plasmid into a bacterium.
the bacteria multiply and express 表达 the human gene, making the human protein.

Worked example. Put the steps of making human insulin in bacteria in order. Restriction enzymes cut the human insulin gene out of human DNA, leaving sticky ends. The same restriction enzyme cuts open a bacterial plasmid, so its sticky ends match the gene's. Ligase joins the gene into the plasmid, making a recombinant plasmid. The plasmid is put into a bacterium, and the bacteria multiply in a fermenter, each one expressing the gene and making human insulin. Two marks hang on precision: the same enzyme must cut both the gene and the plasmid, which is what makes the sticky ends fit; and ligase joins - it does not cut.

Examples of genetic modification

Genetic modification is used to:

put human genes into bacteria to make human proteins (such as insulin).
put genes into crop plants 农作物 to give resistance 抗性 to herbicides 除草剂.
put genes into crops to give resistance to insect pests.
put genes into crops to improve their food value.

(Supplement) GM crops such as soya, maize and rice can give higher yields and better nutrition, but some people worry about effects on health, on wild species, and about the cost of GM seeds.

Français

La modification génétique 基因改造 signifie changer le matériel génétique 遗传物质 d'un organisme en retirant, modifiant ou insérant des gènes 基因 individuels.

Une photographie d'un gel d'ADN sous lumière UV : une échelle de bandes de référence régulièrement espacées descend dans la voie de gauche, et les voies d'échantillon montrent des bandes brillantes où des fragments d'ADN se sont accumulés après avoir été séparés par taille — Des fragments d'ADN séparés par électrophorèse sur gel apparaissent comme des bandes lumineuses

Production d'une protéine humaine chez les bactéries (Supplément)

Par exemple, pour produire une protéine humaine 蛋白质 (comme l'insuline) chez des bactéries :

découper le gène humain de l'ADN humain à l'aide d'enzymes de restriction 限制酶, qui laissent des extrémités collantes 黏性末端.
ouvrir un plasmide bactérien avec les mêmes enzymes de restriction, obtenant ainsi des extrémités collantes compatibles.
assembler le gène humain dans le plasmide à l'aide d'une ligase DNA 连接酶, formant un plasmide recombinant 重组质粒.
introduire le plasmide recombinant dans une bactérie.
les bactéries se multiplient et expriment 表达 le gène humain, produisant la protéine humaine.

Modification génétique : un gène humain est découpé et assemblé dans un plasmide bactérien par ligase pour former un plasmide recombinant, qui est ensuite introduit dans des bactéries afin qu'elles produisent la protéine humaine — Un gène humain est inséré dans un plasmide, puis les bactéries produisent la protéine humaine

Exemple résolu. Placez les étapes de production d'insuline humaine chez les bactéries dans l'ordre correct. Les enzymes de restriction découpent le gène d'insuline humaine de l'ADN humain, laissant des extrémités collantes. La même enzyme de restriction ouvre un plasmide bactérien, de sorte que ses extrémités collantes correspondent à celles du gène. La ligase assemble le gène dans le plasmide, formant un plasmide recombinant. Le plasmide est introduit dans une bactérie, et les bactéries se multiplient dans un fermenteur ; chacune exprime le gène et produit de l'insuline humaine. Deux points dépendent de la précision : la même enzyme doit couper à la fois le gène et le plasmide, ce qui permet aux extrémités collantes de s'assembler ; et la ligase assemble - elle ne coupe pas.

Exemples de modification génétique

La modification génétique est utilisée pour :

introduire des gènes humains dans des bactéries pour produire des protéines humaines (comme l'insuline).
introduire des gènes dans des cultures végétales 农作物 pour leur conférer une résistance 抗性 aux herbicides 除草剂.
introduire des gènes dans des cultures pour leur conférer une résistance contre les insectes ravageurs.
introduire des gènes dans des cultures pour améliorer leur valeur alimentaire.

(Supplément) Les OGM tels que le soja, le maïs et le riz peuvent offrir des rendements plus élevés et une meilleure nutrition, mais certaines personnes s'inquiètent des effets sur la santé, sur les espèces sauvages et du coût des semences OGM.

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Parcours de la modification génétique

Suivez les principales étapes du gène utile à l'organisme modifié.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩

English · ⁨Anglais⁩	Chinese · ⁨Chinois⁩	Pinyin
genetic modification/dʒɪˈnetɪk ˌmɒdɪfɪˈkeɪʃn/	基因改造	jī yīn gǎi zào
genetic material/dʒɪˈnetɪk məˈtɪərɪəl/	遗传物质	yí chuán wù zhì
genes/dʒiːnz/	基因	jī yīn
protein/ˈprəʊtiːn/	蛋白质	dàn bái zhì
restriction enzymes/rɪˈstrɪkʃn ˈenzaɪmz/	限制酶	xiàn zhì méi
sticky ends/ˈstɪki endz/	黏性末端	nián xìng mò duān
ligase/ˈlɪɡeɪs/	连接酶	lián jiē méi
recombinant plasmid/ˌriːˈkɒmbɪnənt ˈplæzmɪd/	重组质粒	chóng zǔ zhì lì
express/ekˈspres/	表达	biǎo dá
crop plants/krɒp plænts/	农作物	nóng zuò wù
resistance/rɪˈzɪstəns/	抗性	kàng xìng
herbicides/ˈhɜːbɪsaɪdz/	除草剂	chú cǎo jì

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21.3

Exam tips · ⁨Conseils d'examen⁩

English

Bacteria are used because they reproduce fast, make complex molecules, and contain plasmids.
Yeast (anaerobic respiration) → ethanol (biofuel) and carbon dioxide (bread). Enzymes: pectinase (fruit juice), proteases and lipases (washing powders), lactase (lactose-free milk).
Fermenters make insulin, penicillin and mycoprotein; control temperature, pH, oxygen, nutrients and waste.
Genetic modification: cut a gene with restriction enzymes (sticky ends) → join it into a plasmid with ligase (a recombinant plasmid) → put into bacteria → express the gene to make the protein.
GM crops can resist herbicides or insect pests, or have better nutrition.

Français

Les bactéries sont utilisées car elles se reproduisent rapidement, produisent des molécules complexes et contiennent des plasmides.
Levure (respiration anaérobie) → éthanol (biocarburant) et dioxyde de carbone (pain). Enzymes : pectinase (jus de fruits), protéases et lipases (lessives), lactase (lait sans lactose).
Les fermenteurs produisent de l'insuline, de la pénicilline et de la mycoprotéine ; ils contrôlent la température, le pH, l'oxygène, les nutriments et les déchets.
Modification génétique : découper un gène avec des enzymes de restriction (extrémités collantes) → l'assembler dans un plasmide avec une ligase (un plasmide recombinant) → l'introduire dans des bactéries → exprimer le gène pour produire la protéine.
Les OGM peuvent résister aux herbicides ou aux insectes ravageurs, ou avoir une meilleure valeur nutritionnelle.