Programme des cours 2017-2018
MBIN0003-1  
Biotechnologies
  • Génie des bio-industries
  • Biotechnologie
  • Biochimie
  • Compléments de biochimie
Durée :
Génie des bio-industries : 45h Th
Biotechnologie : 45h Th
Biochimie : 15h Th
Compléments de biochimie : 15h Th
Nombre de crédits :
Master en sciences de l'ingénieur industriel en agronomie9
Nom du professeur :
Génie des bio-industries : Jean-Louis Arpigny
Biotechnologie : Benaissa Elmoualij
Biochimie : Mehdi El Hour
Compléments de biochimie : Benaissa Elmoualij
Coordinateur(s) :
Jean-Louis Arpigny
Langue(s) de l'unité d'enseignement :
Langue française
Organisation et évaluation :
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
Unités d'enseignement prérequises et corequises :
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
  • Définitions : biotechnologies, bioconversion, champs d'application.
  • Sélection d'une souche microbienne.
  • Technologie de la fermentation : description du fermenteur et des dispositifs de régulation de la fermentation.
  • Les cinétiques microbiennes, la vitesse spécifique de croissance µ, les phases de la croissance, l'évaluation des populations microbiennes, la productivité, la loi de Monod.
  • Le transfert d'oxygène, l'équation de transfert, le KLa, les méthodes de mesure du KLa.
  • L'agitation des bioréacteurs, ses rôles, les modes d'agitation au laboratoire et dans l'industrie.
  • La stérilisation et le maintien de l'asepsie.
  • Les modes de conduite des bioréacteurs, la fermentation discontinue, la fermentation discontinue alimentée, la fermentation continue, l'étude de la physiologie cellulaire grâce au chemostat.
  • Recyclage des cellules, cellules immobilisées, exemples d'applications (la fermentation malo-lactique du vin, la prise de mousse des vins mousseux, la fabrication du vinaigre, l'ensemencement du yoghourt en continu, ...) ;
  • Les applications des champignons dans les biotechnologies (fermentations alimentaires et non alimentaires, biosynthèses de métabolites, ...) ;
  • La production d'enzymes industrielles, la récolte des enzymes, leur conditionnement, les enzymes d'origine non microbienne, les grands secteurs utilisateurs d'enzymes, les grands producteurs industriels d'enzymes ;
  • L'exemple de l'amidonnerie ;
  • Autres exemples d'applications industrielles des enzymes.
 
Biotechnologie
Techniques d'extraction et de purification de protéines :
  • séparation d'un mélange par chromatographie liquide préparative sur colonne de tamis moléculaire, influence de la granulométrie, zone de fractionnement ;
  • extraction et purification du lysozyme à partir du blanc d'œuf par chromatographie liquide "en masse" par échange d'ions, détermination du rendement d'extraction ;
  • électrophorèse de protéines sur gel de polyacrylamide par la méthode SDS-PAGE ; détermination de la pureté d'un échantillon et de sa masse moléculaire ;
  • utilisation de ces techniques dans un processus complet qui se déroule sur une semaine de laboratoires "en continu" : l'extraction et la purification d'une enzyme, la Glutamate Oxaloacétate Transaminase (GOT) à partir de cœur de porc.
Les différentes étapes successives du procédé :
  • obtention d'un homogénat ;
  • dénaturation thermique ;
  • précipitation au sulfate d'ammonium ;
  • dessalage par dialyse ou chromatographie sur tamis moléculaire ;
  • chromatographie d'échange d'ions ;
  • concentration par ultrafiltration ;
  • analyse de la pureté par électrophorèse SDS-PAGE.
 
Biochimie
Complément de Biochimie :
Ce complément de biochimie porte sur l'étude des techniques d'extraction et de purification des protéines. Ces techniques s'appliquent à l'obtention de concentrés ou d'isolats protéiques et à l'obtention de protéines pures (enzymes, anticorps, vaccins). Techniques d'extraction appliquées aux différentes matières premières d'origine microbienne, animale et végétale
Techniques de fractionnement par précipitations
Techniques de purification par chromatographie liquide préparative d'exclusion, d'échange d'ions, d'affinité, électrophorèse préparative, ultracentrifugation
Techniques de concentration, de dessalage, de changement de tampon des solutions de protéines
Techniques de caractérisation des fractions : analyse de la pureté par électrophorèse sur gel de polyacrylamide, techniques PAGE, SDS PAGE, focalisation isoélectrique IEF, immunoélectrophorèse, Western blot, techniques de détermination des masses moléculaires
 
Compléments de biochimie
Ce cours est jumelé avec le cours de biotechnologies (MBIN0003-B-a) pour constituer 7 journées consécutives de travaux pratiques de laboratoire.
Pour le contenu et les modalités, consulter l'engagement pédagogique du cours de biotechnologies (MBIN0003-B-a) ou l'engagement pédagogique complet de l'UE MBIN0003.
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
  • Décrire un fermenteur, ses organes et leurs fonctions ;
  • Comprendre la cinétique de croissance microbienne et de production de métabolites primaires et secondaires ;
  • Comprendre le principe de l'oxygénation d'un bioréacteur et les paramètres qui la gouvernent ;
  • Décrire les modes d'agitation des bioréacteurs à l'échelon industriel et du laboratoire ;
  • Comprendre les paramètres qui influencent le maintien de l'asepsie dans un fermenteur ;
  • Analyser et discuter les différents modes de conduite des fermenteurs ;
  • Analyser et discuter plusieurs applications industrielles de la production de biomasse, d'enzymes et de métabolites ;
  • Percevoir l'étendue des champs d'applications des biotechnologies et les enjeux de celles-ci.
Biotechnologie
Comprendre et mettre en pratique un mode opératoire complexe comportant l'enchaînement de plusieurs étapes de purification et de caractérisation d'une protéine.
Calculer le rendement et estimer la pureté à chaque étape du procédé.
Proposer des techniques alternatives en vue d'améliorer le procédé.
Biochimie
Biochimie appliquée:
Connaître et comprendre les différentes techniques d'extraction et de purification des protéines
Discuter une stratégie de purification proposée ou d'être capable de proposer une stratégie de purification pour un problème donné 
Savoirs et compétences prérequis :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
  Biochimie, biologie moléculaire, microbiologie.
Biotechnologie
Chimie générale, biochimie.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
Exposé de la part du professeur.
Ordinateur + projecteur, diaporamas, tableau mural.
Prise de notes indispensable de la part des étudiants.
Interactions par questions-réponses au cours de l'exposé.
Biotechnologie
Manipulations au laboratoire réparties sur sept jours ouvrables consécutifs. Travail en équipes.
Les étudiants doivent apprendre à maîtriser un protocole complexe et à gérer le temps nécessaire à son accomplissement.
En semi-autonomie, les étudiants se consacreront aux tâches suivantes : mise en œuvre, observations, interprétations, adaptations de la marche à suivre, décisions, calculs, rédaction d'un rapport circonstancié.
Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
 Présentiel. Voir rubrique précédente.
Biotechnologie
Présentiel.
Participation aux travaux pratiques obligatoires.
(+ v. rubrique ci-dessus).
Biochimie
Cours ex cathedra
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
Lectures recommandées
Dossier de lecture fourni par le professeur.
Livres :
- Scriban, R. (1999) Biotechnologie, 5e édition. Tec et Doc, Lavoisier, Paris.
- El-Mansi, E.M. (2007) Fermentation Microbiology and Biotechnology. CRC Taylor & Francis, Boca Raton.
- Wang, D.I. et al. (1979) Fermentation and enzyme technology. John Wiley & Sons, New York.
- Mouranche, A. et Costes, C. (1985) Hydrolases et dépolymérases. Gauthier-Villars, Paris.
- Coutouly, G. (1991) Génie enzymatique. Masson, Paris.
Internet :
- Biotechnologies, des sciences pour la vie (http://www.gnis-pedagogie.org/pages/docbio/intro.htm).
- Biotechnologies, la part industrielle (http://www.crdp-strasbourg.fr/sciences/biotech/).
- Bioportail (Canada), la science et les enjeux (http://www.biofondations.gc.ca/francais/view.asp?x=556).
Biotechnologie
Protein purification protocols, Cutler P., 2d ed., Methods in molecular biology, vol. 244, Ed. Humawa Press, N.J. (2004)
Biochimie
 - "Protein purification protocols" Cutler P., 2d ed., Methods in molecular biology, vol. 24, Ed. Humawa Press, N.J. (2004)
- "Protein purification" Janson J.C., Ryden L., Ed. VCH, N.Y. (1989)
Modalités d'évaluation et critères :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
Examen écrit composé d'un ensemble de questions :
- à choix multiples (pas de notes négatives) ;
- vrai ou faux avec justifications ;
- à réponses ouvertes.
D'une manière générale, la réussite de l'examen demande la mise en relation des différents chapitres du cours et un effort de synthèse, particulièrement dans le cadre des questions à réponses ouvertes.
La rigueur, l'exactitude et le détail bien dosé sont des facteurs importants de réussite.
Le soin apporté à l'écriture, à la syntaxe, à l'orthographe met l'examinateur dans de meilleures dispositions.
Sauf avis contraire du jury de délibération, l'unité sera validée si et seulement si l'étudiant obtient une note supérieure ou égale à 10/20 dans chaque activité d'apprentissage.
Biotechnologie
Evaluation continue par le professeur au cours de la réalisation et des discussions (soin, clairvoyance, initiatives, organisation).
Evaluation du rapport écrit : caractère complet, structure du document, exactitude et rigueur, références documentaires.
Examen oral portant sur les manipulations et le contenu du rapport écrit.
Répartition :
- évaluation continue : 20 % ;
- rapport écrit : 40 % ;
- examen oral : 40 %.
Sauf avis contraire du jury de délibération, l'unité sera validée si et seulement si l'étudiant obtient une note supérieure ou égale à 10/20 dans chaque activité d'apprentissage.
Biochimie
Examen Oral
Sauf avis contraire du jury de délibération, l'unité sera validée si et seulement si l'étudiant obtient une note supérieure ou égale à 10/20 dans chaque activité d'apprentissage
Stage(s) :
Remarques organisationnelles :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
L'étudiant doit se procurer l'ensemble des fichiers informatiques (dossier de lecture, diaporamas illustrant le cours) fournis par le professeur via un ordinateur local.
Il est souhaitable que l'étudiant dispose, pendant les exposés, d'une version informatique des diaporamas (tablette, PC portable) ou d'un exemplaire imprimé pour pouvoir compléter les diapositives par sa prise de notes personnelle.
Biotechnologie
L'étudiant dispose de documents fournis par le professeur (protocoles,...)
Il doit se munir du matériel personnel indispensable au laboratoire (tablier, cahier de laboratoire,...)
Il est souhaitable que chaque équipe d'étudiants dispose d'un ordinateur portable pour pouvoir réaliser les calculs, les graphiques et la rédaction progressive du rapport pendant les temps creux qui se présentent au cours des manipulations.
Contacts :
Génie des bio-industries
GENIE DES BIO-INDUSTRIES
 jean-louis.arpigny(at)hech.be
Biotechnologie
b.elmoualij(at)ulg.ac.be