Génie biologique

Définition

Le génie biologique ou la bioingénierie, également appelée ingénierie des bioprocédés des systèmes biologiques, est l'application des principes de l'ingénierie et des sciences naturelles aux tissus, cellules et molécules.

La bioingénierie est différente de la biotechnologie, qui traite de la mise en oeuvre des connaissances biologiques pour les processus industriels. À la différence de la génétique et du génie génétique, le génie biologique implique l'étude des biosynthèses.

La bioingénierie est le génie biologique :

Le génie biologique (bioingénierie) étudie, par exemple, la structure quaternaire d'une protéine.

Explications

✅ En exemple de réussite de la bioingénierie avec une bactérie, l'inversion de la voie de la β-oxydation chez la bactérie E. coli a été réalisée en 2011 à la Rice University à Houston. Cette approche, mise en oeuvre dans les microorganismes appropriés, peut produire des biocarburants plus efficacement que la synthèse normale des acides gras et des protéines.

⭐ Voir aussi la biosynthèse des protéines.

Ingénierie de la biologie

L'ingénierie de la biologie des systèmes (bioingénierie qui inclut l'ingénierie des systèmes biologiques) est une discipline qui applique des concepts et méthodes physico-mathématiques à la résolution de problèmes des sciences de la vie, en utilisant les méthodologies d'ingénierie analytiques et synthétiques.

Dans ce contexte, alors que l'ingénierie traditionnelle utilise les sciences physiques et mathématiques pour analyser, concevoir et fabriquer des outils, des structures et des processus inanimés, la bioingénierie utilise les mêmes sciences pour étudier de nombreux aspects du vivant. Il est généralement utilisé pour analyser et résoudre des problèmes liés à la santé des humains, des animaux et des systèmes biologiques utiles dans la production alimentaire et pharmaceutique.

Elle est la branche de l'ingénierie qui traite de l'application technologique des systèmes biologiques et des organismes vivants ou de leurs dérivés pour la création ou la modification de produits ou de procédés pour un usage spécifique.

Pour cela, l'ingénierie biotechnologique utilise les sciences naturelles (telles que la chimie et la physique), les mathématiques et d'autres disciplines spécialisées résultant de la combinaison de celles-ci (par exemple, la biochimie, la bioingénierie et la biotechnologie).

⭐ En Espagne, il s'agit d'une spécialisation en biotechnologie; en Colombie, au Chili et récemment au Mexique, le génie biologique est proposé en tant que carrière professionnelle.

Les applications sont particulièrement liées à la santé humaine, mais le domaine peut être beaucoup plus général. Par exemple, le biomimétisme - ou biomimétisme - est une branche du génie biologique qui cherche à comprendre comment les organismes vivants résultant de processus d'essais et d'erreurs prolongés, connus sous le nom d'évolution, ont résolu des difficultés dans le passé. trouver des moyens de résoudre des problèmes similaires dans des systèmes artificiels.

La biologie des systèmes, quant à elle, cherche à utiliser les concepts de l'ingénierie inverse pour faciliter les processus difficiles de reconnaissance de la structure, de la fonction et des méthodes précises de fonctionnement des systèmes biologiques complexes.

Le génie biologique est une discipline scientifique fondée sur les sciences biologiques de la même manière que le génie chimique, le génie électrique et le génie mécanique sont respectivement basés sur la chimie, l'électricité et le magnétisme et la mécanique classique.

Le génie biologique peut être différencié de la biologie pure ou du génie classique de la manière suivante : les études biologiques suivent souvent des approches réductionnistes, considérant un système à sa plus petite échelle possible, menant à des outils tels que la génomique fonctionnelle. Les approches d'ingénierie utilisent des perspectives de conception classiques, d'une manière constructionniste, développant de nouveaux dispositifs et technologies.

Le génie biologique utilise les deux méthodes, en utilisant le réductionnisme pour identifier, comprendre et organiser les unités fondamentales, qui sont intégrées pour générer quelque chose de nouveau. En outre, comme il s'agit d'une discipline de l'ingénierie, il s'intéresse non seulement à la science fondamentale, mais également à l'application des connaissances scientifiques pour résoudre des problèmes concrets.

Bien que les systèmes d'ingénierie biologique aient été utilisés pour gérer des informations, construire des matériaux, des processus chimiques, la production d'énergie, la production alimentaire, le maintien de la santé humaine et la récupération de l'environnement, ils sont encore moins développés que les systèmes électriques ou mécaniques.

La différence entre le génie biologique et le génie biomédical peut ne pas être claire, car de nombreuses universités utilisent les termes génie biologique et génie biomédical avec le même sens. Cependant, selon le professeur Doug Lauffenberg du MIT, le génie biologique repose sur une base large dans laquelle il applique les principes d'ingénierie à une vaste gamme de systèmes de complexités et de tailles différentes, allant de le niveau moléculaire aux niveaux macroscopiques tels qu'un écosystème. Ni le génie biologique ni le génie biomédical ne sont complètement contenus l'un dans l'autre, tout comme il existe des produits non biologiques en médecine, il existe des produits biologiques à des fins non médicales.

Les programmes d'ingénierie aux États-Unis distinguent le génie biomédical du génie biologique, mais les différences sont très minimes. Les ingénieurs biomédicaux doivent suivre des cours en sciences de la vie intégrant la physiologie humaine et avoir l'expérience de la mesure des paramètres d'êtres vivants. considérant que les ingénieurs en biologie doivent suivre des cours de sciences et avoir l'expérience de la mesure de paramètres dans des systèmes vivants et non vivants. Ils comprennent généralement des cours communs en ingénierie tels que la thermodynamique, la mécanique des fluides, les propriétés statiques et matérielles.

Le mot bioingénierie a été inventé par le scientifique et radiodiffuseur anglais Heinz Wolff en 1954. Il est également utilisé pour décrire l'utilisation de la végétation dans les travaux de génie civil. Et il peut également être appliqué à des modifications environnementales telles que la protection de la surface du sol, la stabilisation des pentes, le cours d'eau, la protection des côtes, les brise-vents, les barrières végétales (barrières acoustiques et écrans visuels) et l'amélioration écologique de l'environnement. une zone.

Le premier programme universitaire en génie biologique a été créé à l'Université du Mississippi en 1967 et a été le premier programme de génie biologique aux États-Unis. D'autres programmes récents ont été lancés au MIT et à l'Université de l'Utah.

Les ingénieurs en biologie sont des bioingénieurs qui utilisent les principes de la biologie et des outils d'ingénierie pour créer des produits utiles, concrets et économiquement viables.

Le génie biologique dispose des connaissances et de l'expérience d'une série de sciences pures et appliquées, telles que le transfert de masse et de chaleur, la cinétique chimique, les biocatalyseurs, la biomécanique, la bioinformatique, la séparation et la purification de processus, la conception de bioréacteurs, les sciences de surface, Mécanisme des fluides, thermodynamique et science des polymères. Il est utilisé dans la conception de dispositifs médicaux, d'équipements de diagnostic, de matériaux biocompatibles, de bioénergies renouvelables, d'ingénierie écologique et dans d'autres domaines qui améliorent la qualité de la vie des sociétés.

En général, les ingénieurs en biologie essaient d'imiter les systèmes biologiques pour créer des produits ou pour modifier et contrôler des systèmes biologiques afin qu'ils puissent remplacer, augmenter ou maintenir des processus chimiques et mécaniques. Les bioingénieurs peuvent utiliser leurs expériences pour d'autres applications techniques et techniques, notamment la modification génétique de plantes et de micro-organismes, l'ingénierie des bioprocédés et la biocatalyse.

Étant donné que d'autres disciplines d'ingénierie traitent également d'organismes vivants (par exemple, les prothèses en génie mécanique), le terme d'ingénierie biologique peut être plus large et englober l'ingénierie agricole et la biotechnologie. En fait, de nombreux anciens départements d'ingénierie agricole dans les universités du monde ont changé de nom et s'appellent désormais Génie biologique ou agricole et Génie des biosystèmes.

Le génie biologique est également connu sous le nom de bio-ingénierie dans certaines écoles et dans d'autres, le génie biomédical est connu sous le nom de bio-ingénierie. Il s'agit d'un domaine en plein développement avec la classification des liquides.

Sous-disciplines

Les principaux domaines de la bioingénierie peuvent être classés comme suit :

• Ingénierie des bioprocédés : conception de bioprocédés, biocatalyse, bioséparation, bioinformatique, bioénergie : une spécialisation en biotechnologie ou en génie chimique. Il s'agit de la conception et de la mise au point d'équipements et de procédés de fabrication de produits tels que les denrées alimentaires, les aliments pour animaux, les produits pharmaceutiques, les nutraceutiques, les produits chimiques, les polymères et le papier à partir de matériaux biologiques. L'ingénierie des bioprocédés est un conglomérat de mathématiques, de biologie et de design industriel et se compose de plusieurs spectres tels que la conception des fermenteurs, l'étude des fermenteurs (mode de fonctionnement, etc.). Il traite également de l'étude des divers procédés biotechnologiques utilisés dans les industries de production à grande échelle de la diversité biologique, des produits permettant d'optimiser le rendement du produit final et la qualité du produit final.
• Génie génétique : c'est la biologie synthétique, le transfert horizontal de gènes. Ce s'appelle également modification génétique; est la manipulation directe du génome d'un organisme par l'homme à l'aide de la technologie moderne de l'ADN. Cela implique l'introduction d'ADN étranger ou de gènes synthétiques dans l'organisme d'intérêt. L'introduction d'un nouvel ADN ne nécessite pas l'utilisation de méthodes classiques de la génétique, mais les méthodes traditionnelles de reproduction sont normalement utilisées pour la propagation d'organismes recombinants.
• Génie biomédical : la technologie biomédicale, qui comprend le diagnostic biomédical, la thérapie biomédicale, la biomécanique et les biomatériaux, est l'application des principes et concepts de conception technique à la médecine et à la biologie. Ce domaine cherche à combler le fossé entre l'ingénierie et la médecine. Il combine la conception et la capacité à résoudre des problèmes d'ingénierie avec les sciences médicales et biologiques afin d'améliorer la santé en matière de diagnostic, de surveillance et de traitement. Cette évolution est courante en tant que nouveau domaine de transition d'une spécialisation interdisciplinaire parmi des domaines déjà établis, qui doit être considéré comme un domaine en soi. Une grande partie du travail en génie biomédical implique des travaux de recherche et développement, qui englobent un large éventail de sous-domaines. Les principales applications du génie biomédical comprennent le développement de prothèses biocompatibles, de divers dispositifs de diagnostic médical et thérapeutiques allant des équipements cliniques pour micro-implants aux équipements d'imagerie courants, tels que l'imagerie par résonance magnétique et l'électroencéphalogramme, la croissance tissulaire régénérants, médicaments et produits biologiques thérapeutiques.
• Biomimétisme : utilisation des connaissances acquises dans des systèmes vivants qui ont évolué pour résoudre des problèmes difficiles de conception de systèmes artificiels.

Voir aussi l'ingénierie tissulaire, la biologie synthétique et les bio-nanotechnologies.

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