Des « centrales énergétiques » pour la viande synthétique : il est désormais possible de cultiver des protéines musculaires dans les chloroplastes de la laitue et du tabac
L'ADN d'un composant essentiel du muscle a été inséré dans les chloroplastes du tabac et de la laitue à l'aide d'un « canon à gènes », ouvrant ainsi la voie à la production de viande à partir de plantes.
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Le choix personnel sans doute le plus efficace que nous puissions faire pour réduire notre empreinte environnementale consiste à manger moins de viande. En effet, l’élevage nécessite de consacrer des terres précieuses à la culture du fourrage, tout en consommant d’énormes quantités d’eau douce et en contribuant au réchauffement climatique par les émissions de méthane et d’oxyde nitreux. Pour de nombreux consommateurs, le désir d’éviter la souffrance animale revêt une importance au moins égale. Pour ces raisons, le marché mondial des substituts de viande représente actuellement entre 6,7 et 8,1 milliards d’euros par an, et devrait connaître une croissance comprise entre 8,1 % et 12,3 % par an au cours de la prochaine décennie.
L’ingénierie microbienne est une méthode courante de production de « fausse viande » : elle consiste à insérer des gènes codant pour des protéines animales dans le génome de bactéries ou de levures afin de permettre une production de masse dans des bioréacteurs. Mais aujourd’hui, des scientifiques ont mis au point une alternative prometteuse, à titre de démonstration de principe.
« Nous montrons ici que les plantes peuvent être modifiées pour produire la myoglobine (Mb), une protéine animale, dans leurs chloroplastes, les centrales énergétiques de la photosynthèse. Cela pourrait constituer un moyen plus durable de produire un ingrédient essentiel pour les produits de substitution de la viande à base végétale », a déclaré la Dre Alexia Groff, chercheuse à l’Imperial College de Londres. Ces résultats sont publiés dans la revue *Frontiers in Plant Science*.
Renforcer les plantes
La myoglobine est un composant important du cœur et des muscles squelettiques des vertébrés. Elle est riche en fer, ce qui explique la saveur métallique et umami de la viande, tandis que l’oxygène qui y est lié lui confère sa couleur rouge. Alexia Groff et ses collègues ont d’abord cloné les gènes codant pour la myoglobine porcine et bovine. Ils ont ensuite utilisé un « pistolet à gènes » pour injecter physiquement des copies de ces gènes dans les chloroplastes de plantules de tabac et de laitue en laboratoire. Des tests ont confirmé que certaines plantules avaient par la suite intégré le gène dans le génome court en forme d’anneau de leurs chloroplastes. Les plantes ont ensuite été cultivées jusqu’à l’âge adulte ; elles ont fleuri et produit des graines, leur descendance héritant du transgène.
À titre de comparaison, les auteurs ont également inséré le gène dans le génome nucléaire, bien plus vaste, de ces deux espèces végétales, ainsi que dans le chloroplaste de l’algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii.
« En raison de leur origine bactérienne et de leur nombre élevé de copies par cellule, les chloroplastes sont généralement bien plus efficaces que le noyau cellulaire pour produire de grandes quantités de protéines », a déclaré M. Groff. « Ici, nous avons utilisé le tabac car c’est la meilleure plante modèle pour développer cette technologie, et la laitue car c’est une culture comestible qui pourrait à terme être utilisée pour la production d’ingrédients alimentaires. »
Les mesures effectuées par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse ont montré que le rendement en myoglobine était d’environ 800 mg par kilogramme de matière sèche de tabac et de 810 mg par kilogramme de matière sèche de laitue. Ce rendement était au moins trois fois supérieur à celui obtenu à partir de plants de tabac dont le transgène avait été intégré dans le génome nucléaire. La viande véritable contient entre 8,1 et 11,2 mg de myoglobine par gramme de matière sèche.
«Malgré cela, la culture végétale est bien plus économe en ressources que la production animale ; par conséquent, la myoglobine d’origine végétale pourrait atteindre des rendements en protéines par hectare qui rivalisent – voire dépassent potentiellement – ceux de l’élevage, tout en bénéficiant d’une consommation d’eau et d’émissions de gaz à effet de serre nettement inférieures», ont écrit les auteurs.
Semer les graines d’une production future
Quelles sont les prochaines étapes avant que cette découverte puisse être commercialisée ?
« La myoglobine pourrait être extraite des feuilles et purifiée à l’aide de méthodes industrielles de purification des protéines. Comme elle est identique à la myoglobine animale, elle pourrait ensuite être ajoutée en tant qu’ingrédient à des produits carnés d’origine végétale afin d’améliorer leur couleur, leur saveur et leur valeur nutritionnelle », a expliqué M. Groff.
« Nous espérons que la laitue comestible, modifiée pour exprimer la myoglobine, pourra également servir un jour d’aliment biofortifié enrichi en fer héminique, sous réserve de l’approbation des autorités réglementaires », a ajouté la co-auteure, le Dr Kyoko Morimoto, directrice scientifique chez Kyomei, une start-up de biotechnologie végétale basée à Cambridge qui a partiellement financé cette recherche.
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