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Bienvenue dans le cours MOOC NPTEL sur la bio-ingénierie une interface avec la biologie et la médecine. Salut je suis Sanjeeva Srivastava, professeur agrégé au département des biosciences et de la bio-ingénierie à IIT Bombay.Parlons d'abord de pourquoi ce cours?L'intégration de la biologie et de la médecine à l'ingénierie peut élargir la portée de l'étude des grands problèmes sociaux. Dans ce cours, nous nous concentrerons donc principalement sur quelques concepts biologiques et leurs applications pratiques. Ce cours essaiera également de combler l'écart entre les biologistes et les ingénieurs qui offrent des possibilités de carrière et des possibilités d'emploi variées dans les domaines de la bioingénierie et des sciences biomédicales.Peu de mes cours sont également issus de ce cours BB101. Ce cours pour un MOOC, cependant, ne couvrira pas les détails des principes de la bio-ingénierie. Parlons d'abord pourquoi la biologie pour les ingénieurs?Alors, qu'il s'agisse d'un biologiste ou d'un ingénieur, nous partageons les mêmes problèmes de base. Les étudiants de la deuxième année peuvent vous dire quels sont les principaux problèmes mondiaux qui requièrent notre attention, bien sûr qu'il n'y a pas de frontière pour les ingénieurs ou les biologistes qui viennent aux problèmes mondiaux. Vous avez donc mentionné à juste titre qu'il y a de nombreuses raisons possibles, de nombreux problèmes mondiaux qui requièrent notre attention si nous sommes des biologistes ou des ingénieurs. Essayons de discuter de certains de ces problèmes un par un.Pensons à la manière dont l'explosion démographique est en train de se produire. La population mondiale devrait atteindre près de 7,6 milliards en 2018.La population humaine devrait augmenter de 9,3 milliards d'ici 2050.Donc, comment allons-nous nourrir la population mondiale croissante lorsque la majeure partie des terres arables est cultivée, où les cultures vivables sont déjà cultivées. Le tiers de la surface de la terre est menacé par la désertification. Les cultures dans 90% des terres arables devraient être confrontées à l'un ou l'autre type de conditions de stress environnemental. La question est donc de savoir comment allons-nous nourrir la population mondiale croissante?L'impact des catastrophes environnementales sur la production alimentaire. Après ces cyclones et différentes catastrophes naturelles, vous savez que vous êtes à Bombay, vous avez vu récemment le cyclone Ockhi en December.Une pluie très peu opportune, un cyclone très inopportun, vous connaissez la zone de culture et les champs qui ont été utilisés pour la culture. Ce sont les images qui ont été utilisées pour la culture. Les agriculteurs pour vous savent ce qu'ils ont mis en place depuis des mois et des années. Je vous montre encore quelques clips. La sécheresse et le cyclone, le double problème pour les agriculteurs du Tamil Nadu. Environ 900 agriculteurs se sont suicider cette année. Imaginez que les agriculteurs ont travaillé si dur et qu'après un dur travail de toute l'année, ce genre de catastrophes naturelles pourrait en fait détruire tout leur effort et maintenant ce genre de terre stérile peut être vu. Ainsi, le génie génétique et la biotechnologie peuvent offrir une aide pour augmenter la productivité des plantes et la production alimentaire globale. Il s'agit de l'approche du génie génétique dont le clonage d'ADN peut être utilisé pour ce processus. Qu'est-ce que le clonage d'ADN?Le clonage d'ADN est un processus dans lequel nous pouvons produire plusieurs copies identiques d'une DNAsegment définie de bactéries tenly, comme un E. coli, couramment utilisé pour le clonage d'ADN. La bactérie contient des plasmides qui sont une petite molécule d'ADN chromosomique extra-chromosomique qui se reproduit séparément.Alors, voyons ce que vous savez pour le clonage d'ADN, nous prenons un plasmide qui est connu sous le nom de vecteur et puis gène d'intérêt que vous voulez faire de multiples copies, disons que vous avez identifié un gène d'intérêt qui peut augmenter la productivité alimentaire.Alors maintenant ce gène d'intérêt connu sous le nom d'insert que vous voulez introduire dans ce plasmide aux copies de makemultiple. Pour ce faire, vous pouvez utiliser des enzymes de restriction pour couper le plasmide et l'ADN d'intérêt de la même enzyme. Et maintenant vous voulez déplacer le gène d'intérêt dans le plasmide, donc vous utiliserez des ligases d'ADN de type enzymatique qui pourraient maintenant produire une molécule d'ADN recombinant. Ces plasmides sont ensuite introduits dans les bactéries par le processus de transformation qui fait de multiples copies de l'ADN que vous êtes en train de croître à l'intérieur d'une bactérie les multiplégénations produisent de multiples copies de ces plasmides. Ainsi maintenant, votre gène d'intérêt est également produit. Maintenant, ceci pourrait être de nouveau introduit dans une plante pour fabriquer une plante transgénique qui maya le gène étranger de votre intérêt. Maintenant, regardons le processus ici. Comment le génie génétique et la biotechnologie peuvent offrir d'introduire les gènes de l'interestina un nouveau système. Par exemple, sur le côté gauche montré est le plasmide circulaire dans lequel nous avons un gène de résistance à l'antibiotique, par exemple, vous pouvez avoir un gène de résistance à l'ampicilline ou le chloramphénicol, la tétracycline etc, et ensuite vous avez des sites de restriction où les enzymes de restriction Dans ce cas, l'une des enzymes qui est EcoR1 est montrée avec le rouge. Sur le côté droit, nous avons le segment de l'ADN où un gène d'intérêt que vous voulez faire de plus en plus il existe des sites de restriction à EcoR1 qui peuvent être utilisés pour la digestion de restriction. Donc vous pouvez utiliser maintenant l'enzyme de restriction pour couper à la fois le plasmide et le gène de l'interest; ensuite, ils doivent être collés ensemble en présence d'une enzyme qui connaît des ligases de l'ADN. Maintenant, la ligase de l'ADN va faire de la molécule de l'ADN recombinant une molécule qui contient à la fois l'ADN et le plasmide de deux Mais dans cette diapositive, j'ai illustré quelques exemples tirés du manuel qui montre que vous savez que le génie génétique a de nombreuses applications. Il pourrait être utilisé pour faire des cultures transgéniques qui pourraient incorporer des caractères utiles pour l'exempleherbicide ou la résistance aux ravageurs ou il pourrait s'agir d'une tolérance à la salinité qui peut vous permettre de savoir providea plant plus de capacité à survivre dans les abiotiques Les conditions de stress ou l'exemple est une ricewhich d'or qui contient des gènes pour la synthèse de la vitamine A. Nous aurons donc plus de détails sur ces sujets dans les conférences détaillées. Mais je veux juste illustrer que vous savez que la biotechnologie et le génie génétique se précipiteront au moins vous savez essayer de trouver des solutions aux problèmes du thésaurus où vous voulez augmenter la productivité alimentaire sur les terres très limitedables. L'insuline, différents types de facteurs de croissance, les hormones de croissance peuvent être produites en grande quantité en utilisant différents types de techniques de génie génétique. D'une certaine façon, le premier problème majeur qui consiste à augmenter la production alimentaire, à augmenter les suppléments vitaminiques et nutriments, je pense que le génie génétique peut apporter des solutions à ces problèmes. Permettez-moi de vous expliquer plus en détail dans l'animation suivante. Les enzymes sont généralement présentes dans les procaryotes, où elles fonctionnent comme un mécanisme de défense contre les DNA.Recognitions étrangères. Les sites de reconnaissance sont typiquement de 4 à 8 paires de base et sont très souvent palindromiques. C'est-à-dire qu'ils lisent le même dans les deux directions. Le clivage à une liaison phosphodiester peut produire soit des extrémités blunt, soit des extrémités cohésives pour les DNAmolecules qui ont été clivées par la même enzyme de restriction, pour produire une molécule recombinante. Les fragments peuvent aussi être séparés par des techniques d'électrophorèse. Ces molécules recombinantes peuvent être mises en forme in vitro dans des particules de phage appropriées qui servent de vecteurs utiles pour transporter les molécules d'ADN étrangères. Lambda et M13 sont deux des particules de phage les plus couramment utilisées à cet effet. Des inserts d'ADN jusqu'à 10 kilos peuvent être insérés dans ces particules de phage. Il existe d'autres molécules vectrices qui peuvent prendre des fragments d'ADN de l'ADN génomique, des sites de plasmide possédés pour diverses restrictions Certains plasmides, comme le pBR322, ne peuvent prendre que des inserts plus petits jusqu'à près de 10 KB.Alors que des plasmides de plus grande taille, connus sous le nom de chromosomes bactériens artificiels, peuvent prendre plus de 300 KB.Le chromosome artificiel de levure est un vecteur eucaryote qui peut prendre de grandes insertions d'ADN et se compose de sites de restriction centromères et de deux sites télomériques. Les molécules de phage portant l'ADN recombinant avec des inserts génomiques sont utilisées pour infectE. Ces molécules se sont amplifiées avec chaque cycle de réplication de la cellule d'E. coli. Cette collection de cellules bactériennes héberant les différents fragments d'ADN génomique est connue comme une banque génomique.Une fois la bibliothèque créée, il est essentiel d'avoir des techniques pour récupérer une séquence d'intérêtes.Les cellules transformées sont sélectionnées et plaquées sur une gélose après laquelle la plaque est tracée sur un papier de nitrocellulose, ce qui est ensuite traité par des alcalis entraînant une perturbation des cellules et la dénaturation de l'ADN dsDNA.L'ADN dénaturé est alors vérifié pour la séquence d'intérêt par une molécule radiomarquée qui a une séquence complémentaire. Passons à un autre problème majeur qui est le changement climatique et le réchauffement planétaire montré dans cette très belle image ici que l'environnement entier, le climat entier a changé et beaucoup de problèmes mondiaux que nous pouvons commencer à voir maintenant, par exemple, vous pouvez voir des pluies inopportunes, vous savez très haute température. Et si vous pouvez suivre cette image pour le réchauffement planétaire l'humidité augmente, la température sur le sol augmente, puis la température troposphérique est De plus, la température au-dessus de l'océan augmente, le contenu de la chaleur de l'océan augmente et, comme vous le savez, les choses se font fondre comme les glaciers, la couverture de neige, la fonte des neiges et, par conséquent, les niveaux de la mer deviennent élevés. Donc, ce sont les changements climatiques globaux et le problème mondial qui vont nous affecter énormément et de nouveau nous devons penser ensemble comment les biologistes et les ingénieurs, en particulier les bioingénieurs, pourraient essayer de combler cette lacune et de s'attaquer à ces problèmes mondiaux. Une partie de la maladie qui est encore que vous connaissez un lot de défis devant nous, en première ligne des scientifiques, par exemple la tuberculose, le sida et le cancer. Ce sont encore des problèmes majeurs qui touchent l'ensemble de la population, l'humanité entière equallyin le monde entier. Par exemple, le VIH, les virus de l'immunodéficience humaine, il continue d'être une importante question de santé publique mondiale qui a fait plus de 34 millions de morts jusqu'à présent. Des millions de personnes sont mortes des causes liées au VIH à l'échelle mondiale.Nous avons fait des progrès, mais nous n'avons pas encore résolu ce problème complètement.D'autre part, la tuberculose qui est la deuxième maladie la plus mortelle due à un seul agent infectieux Mycobacterium tuberculosis est à l'origine de près de 95% des décès dans les pays à revenu faible et moyen en raison de la tuberculose et, plus récemment, il y a une augmentation des écrans de pharmaco-résistance à la tuberculose qui créent de plus en plus de défis devant nous, comment lutter contre ces maladies mortelles. Et bien sûr, c'est le problème le plus difficile devant nous, qui est le cancer. Si vous regardez ce graphique de 2011 à 2026, les cas prévus sur l'axe des y qui vous sont montrés vont continuer à augmenter aussi bien chez les hommes que chez les femmes.Examinons maintenant ce graphique, le nombre projeté de cas de cancer en Inde dans les variétés de groupes d'âge par exemple, si vous regardez même le groupe d'âge de 15 à 29 ans le groupe très jeune ou de 30 à 44 ans et comme vous savez que nous vieillissons et âgés de 45 à 59 ans plus de 60 ans, le cancer va être en hausse dans tous ces groupes d'âge, et cela va vraiment nous affecter tous d'une autre manière.Quels sont les cancers les plus mortels et différents que vous connaissez la comparaison des sites de cancer en Inde?D'abord, regardons les données masculinales qui sont en% de l'incidence du cancer chez les hommes. En hausse en Inde, nous avons essentiellement le cancer de l'estomac, le cancer de l'estomac, le cancer du poumon et bien sûr tous les autres cancers, vous connaissez presque 53%. Dans la population féminine, nous avons une incidence élevée de cancer du col de l'utérus, le cancer de l'estomac, le cancer de l'estomac et d'autres cancers sont presque 58 %.Ce qui est intéressant, vous savez qu'il y a une prévalencedes cancers dans India.Par exemple, vous savez surtout que dans des états spécifiques en Inde vous connaissez une prévalence élevée de certains types de tumeurs qui est vous savez si vous Si vous venez dans l'Andhra Pradesh, il y a une forte prévalence du cancer de l'œsophage dans l'Andhra Pradesh.Thiruvananthapuram, elle montre une incidence très élevée pour le cancer du poumon et le gliome, et maintenant vous venez à Chennai, elle montre une forte prévalence de tumeurs du SNC chez les enfants et le cancer du col de l'utérus. Le Mizoram ou l'Aizawl du nord-est montre une très forte prévalence des cancers de l'estomac. Assam ou Dibrugarh montre une forte incidence du cancer de la bouche et du poumon. Donc, quand vous observez ici que vous savez qu'il y a des régions spécifiques qui montrent que vous connaissez un taux d'incidence très élevé pour un type spécifique de tumeur et vous savez que vous pouvez voir une partie du clip ici. Par exemple la zone de Malwa du Pendjab assis sur le volcan de cancer, une enquête dans Times of Indiashowed que l'incidence du cancer du Stomach est sur le point d'augmenter, les experts en sont préoccupés. Cancer après Japon.Le cancer oral double à Ahmedabad depuis deux décennies, c'est le pays du cancer du Kerala?Les statistiques révèlent un cancer oesophagien fréquent chez les femmes du Nord-Est. Je suis donc certain qu'après vous avoir donné ces exemples effrayants du VIH, de la tuberculose et du cancer, nous pensons à d'autres aspects importants que nous voulons tous voir pour les besoins essentiels de la vie.Tout récemment, vous savez que nous avons eu un match à Delhi entre le cricket et vous êtes tous fan du match de cricket entre l'Inde et le Sri Lanka et sur le terrain il y a eu tellement de smog sur l'un de ces jours à cause de la pollution à Delhi que vous savez que le Sri-Lankais a commencé à ne pas jouer ce jour-là et que, en fait, vous savez montré que dans quelle mesure les grandes villes du métro ont commencé à rencontrer un niveau élevé de pollution. Nous avons tous besoin d'eau propre et adéquate. En raison des faibles pluies, les niveaux d'eau se font de plus en plus bas lorsque nous pulvérisons les produits chimiques et les engrais dans le champ, ceux qui se sont égarés dans le niveau de l'eau. Donc, l'eau est polluée à cause d'eux. Nous devons donc les nettoyer avant de fournir aux gens de l'eau propre et adéquate pour boire. Pensons à la sécurité alimentaire et nutritionnelle.Ce n'est pas seulement de la nourriture qui est nécessaire, nous avons aussi besoin des compléments nutritionnels et je pense que le dernier que vous savez initié, c'est que nous pouvons au moins rechercher les exigences nutritionnelles pour le pays et comment le compléter avec les exigences alimentaires de base. Ces choses sont très cruciales pour nous et pour ceux qui poserons des défis sur la façon d'augmenter à la fois la nourriture et les compléments nutritionnels pour l'ensemble de la population.L'énergie a toujours été le principal défi. Tous ces gadgets que vous connaissez dans cette salle pour ce que nous utilisons, tous vos appareils, tout exige de l'énergie pour son fonctionnement. Les ressources énergétiques sont très limitées et je suis sûr que vous savez que vous savez que vous connaissez les guerres ; beaucoup de problèmes mondiaux se produisent parce que les gens veulent occuper des ressources énergétiques renouvelables. Et ils veulent utiliser ça et ils veulent avoir plus de monopoles sur eux et donc le prix de l'essence et vous savez le diesel, toutes ces ressources énergétiques sont toujours à la hausse. Nous devons donc commencer à explorer d'autres sources d'énergie.Par exemple, avec le biocarburant, l'énergie éolienne, le système photovoltaïque ou la puissance géothermique, on peut utiliser des ressources énergétiques de remplacement qui pourraient être utilisées pour répondre aux besoins en énergie globalénergie.Les gens ont commencé à explorer différentes souches de cyanobactéries et d'algues et à regarder ces microalgues qui pourraient produire ces lipides qui peuvent nous donner le biocarburant. Cela peut être très propre et vous savez une façon très efficace de produire des biocombustibles. Bien que, vous savez produire à ce niveau de masse pour produire ce niveau qui pourrait fournir des besoins énergétiques pour une grande population est difficile et mais le lot de recherches se passe en fait comment exploiter les pouvoirs de ces microalgues une sorte de bactéries toutilize différents biocarburants propres différents pour l'ensemble de la population. Nous avons discuté de différentes questions qui touchent la santé et l'humanité et il n'y a pas de frontière entre les ingénieurs et les médecins, les biologistes et les scientifiques de base. Tout le monde va affecter de manière égale ces problèmes, que nous partions de la pollution, des catastrophes naturelles, de l'explosion démographique, des changements climatiques, du réchauffement de la planète, des problèmes de santé publique, de la déforestation, de l'épuisement des ressources naturelles, de la perte de biodiversité, de l'augmentation de la résistance aux bactéries, du système d'élimination des déchets, de la déforestation, etc. Donc, tous ces problèmes sont les principaux enjeux qui nous sont De plus, nous avons besoin de compétences interdisciplinaires pour trouver des solutions efficaces à ces problèmes majeurs. Le génie génétique et la biotechnologie ont pour but de fournir certaines de ces solutions prometteuses. De plus, nous voyons que beaucoup de dispositifs de soins de santé sont en train de venir à la pièce où les gens veulent utiliser beaucoup d'applications et de dispositifs médicaux et de biocapteurs simultanément pour la gestion des soins de santé. Et ceux qui ont de nouveau besoin de comprendre la santé et le système biologique et les dispositifs de génie et comment Je suis sûr que vous savez que vous savez maintenant qu'il y a beaucoup de questions que nous devons aborder et que nous devons comprendre ensemble. Je vais continuer certains des autres points importants qui sont liés à ce cours dans le cours de la prochaine classe. Merci.