J'adore la viande ! Comment la biologie synthétique peut donner aux plantes un goût « charnu »

« L'absence de bambou rend vulgaire, l'absence de viande rend maigre. Pour ne pas être vulgaire ni maigre, mijotez du porc avec des pousses de bambou. »

Lors d'un rassemblement il y a plus de mille ans, le « Dieu poète » Su Shi a écrit ce doggerel intéressant, qui exprimait de manière vivante l'amour et l'admiration des gens pour la viande.

La viande est sans aucun doute un aliment délicieux avec une valeur nutritionnelle extrêmement élevée. En plus d’être une source de protéines de haute qualité, la viande est également riche en lipides, en zinc, en fer hémique, en vitamine B, etc., qui sont tous nécessaires à la santé humaine. De plus, certaines protéines présentes dans la viande, comme la gélatine, jouent également un rôle très important dans l’industrie alimentaire en raison de leurs bonnes propriétés gélifiantes, émulsifiantes et de rétention d’eau.

La demande de viande a explosé et une « nouvelle avancée » est nécessaire de toute urgence.

Depuis le 21e siècle, à mesure que la population mondiale a augmenté, la demande humaine en viande a également augmenté de façon spectaculaire. L’OMS prévoit que d’ici 2030, la consommation mondiale de viande par habitant augmentera à 45,3 kilogrammes par an. Dans ce cas, la production de l’industrie de la viande devra augmenter d’environ 50 à 72 % pour répondre aux besoins alimentaires de la population correspondante.

Cependant, le développement des produits carnés a également entraîné de nombreux problèmes graves.

D’une part, l’élevage est une industrie qui consomme beaucoup de ressources. Selon les statistiques, l’élevage occupe 70 % des terres agricoles mondiales et consomme 27 % des ressources mondiales en eau douce. De plus, les émissions de gaz à effet de serre provenant de la production de viande représentent 18 % des émissions mondiales, dépassant même celles de l’industrie des transports (13 %). En revanche, les produits carnés contiennent une proportion plus élevée de cholestérol et d’acides gras saturés, qui sont étroitement liés à l’apparition de maladies métaboliques telles que les maladies cardiovasculaires, l’hypercholestérolémie et le cancer. De plus, la viande peut contenir certains agents pathogènes, tels que la grippe aviaire, la salmonelle, etc., qui menacent la santé des consommateurs.

L’émergence de la viande artificielle devrait répondre à la demande de viande des gens tout en résolvant les problèmes de pollution environnementale et de santé qui y sont liés.

Il existe deux principaux types de viande artificielle :

Le premier type est la « viande végétale », qui est un aliment à base de protéines végétales telles que le soja et le blé, fabriqué grâce à des technologies de transformation telles que l’extrusion et l’électrofilage. On l'appelle aussi viande végétarienne. Dans mon pays, la « viande végétale » a une histoire de consommation de plusieurs milliers d’années. Dès la dynastie Tang, il existait une méthode de cuisson consistant à « utiliser des aliments végétariens pour accompagner la viande ». Selon « Bei Meng Suo Yan », « les officiels du banquet utilisaient de la farine et du konjac pour teindre les couleurs, et les plats comme l'épaule de porc, l'agneau séché et le bras rôti étaient tous réalistes. À l'époque, on les comparait à l'empereur Wu de Liang. »

Cependant, bien que la « viande végétale » soit riche en protéines et bon marché, elle ne peut produire une « saveur de viande » qu'avec un arôme et ne peut pas bien restituer le goût et l'arôme de la viande.

Le deuxième type est la « viande cultivée en cellules », dont l’ingrédient principal est une protéine animale synthétisée directement par les cellules grâce à des méthodes d’ingénierie tissulaire cellulaire et basée sur des cellules souches animales cultivées in vitro. Bien que la viande cultivée à partir de cellules contienne des protéines animales naturelles, il est difficile de simuler le tissu fibreux de la viande par culture cellulaire, et le coût du milieu de culture est également relativement élevé. Il est encore au stade de la recherche et du développement.

En résumé, il n’est pas difficile de constater que le processus de production de protéines végétales est mature et que le coût est faible, mais le goût est médiocre ; alors que les protéines animales sont tout le contraire, leur goût est presque le même que celui de la viande, mais le coût de production est élevé et il est difficile de les produire à grande échelle.

Viande végétale ou viande issue de cultures cellulaires ? Une nouvelle viande artificielle fait son apparition

Alors, pouvons-nous combiner les avantages des deux et développer un nouveau type de viande artificielle ?

La réponse est oui. Impossible Foods aux États-Unis est une entreprise qui se consacre au remplacement de la viande par des plantes. En s'appuyant sur le concept de biologie synthétique, ils ont d'abord étudié le mécanisme de la « saveur de la viande » au niveau moléculaire, puis ont sélectionné des protéines et des nutriments à partir de plantes, et enfin ont utilisé des protéines végétales pour restaurer le goût et la nutrition des produits carnés. En 2016, le produit phare de l'entreprise, l'Impossible Burger, est un steak haché à base de protéines végétales au « goût de viande ». Les convives disent qu'il est difficile de faire la différence avec un vrai hamburger de bœuf.

Alors, qu’est-ce qui rend cette alternative à la viande à base de plantes si unique ?

Tout d’abord, afin de créer une viande plus réaliste, les scientifiques doivent comprendre le mécanisme qui produit le « goût de viande ». Nous savons que le composant principal des produits carnés est le muscle, et la plus grande caractéristique du muscle est sa couleur rouge, car il contient une grande quantité d'hémoglobine. L’hémoglobine est une molécule basique qui peut transporter l’oxygène et maintenir les activités vitales de base. Presque tous les animaux et les plantes contiennent de l’hémoglobine, mais la teneur en hémoglobine des animaux est plus de 1 000 fois supérieure à celle des plantes.

Des chercheurs d’Impossible Foods ont découvert que l’hémoglobine est la clé du goût de la viande. Au cours du processus de cuisson, l’hème agit comme catalyseur pour produire des centaines de composés volatils et former un arôme de viande unique. Ce qui est encore plus intéressant, c’est que les gens ont découvert que l’hémoglobine existe également naturellement dans les nodules racinaires des plants de soja, ce que l’on appelle communément « sang végétal ». Finalement, après avoir ajouté de l’hémoglobine de soja, la viande artificielle à base de plantes est devenue plus rose, plus sanglante et plus charnue.

Cependant, la production efficace d’hémoglobine de soja constitue un autre problème. Bien que l’on puisse extraire l’hémoglobine directement des plants de soja, cette méthode a de faibles rendements et consomme davantage de ressources. Pour surmonter ce problème, l’équipe d’Impossible Foods a décidé d’exprimer l’hème de manière hétérologue par génie génétique.

L'expression de protéines hétérologues fait référence à une technique de biologie moléculaire qui utilise des bactéries, des levures, des cellules d'insectes, des cellules de mammifères ou des cellules végétales pour exprimer des protéines de gènes étrangers. Le système d’expression Pichia pastoris est largement utilisé en raison de ses avantages tels que son faible coût, son rendement élevé et sa modification post-traductionnelle. Les scientifiques peuvent intégrer des gènes étrangers dans le génome de la levure, donnant à la levure la capacité de synthétiser de nouveaux composés.

Ces gènes exogènes proviennent tous de plantes légumineuses et sont impliqués dans la voie de synthèse de l’hème. Comme le montre la figure ci-dessous, le substrat initial ALA subit une réaction chimique complexe et obtient finalement le produit hémoglobine. Ces réactions sont toutes catalysées par des protéases, notamment la déshydrogénase, la désaminase, la synthase, etc. Après que les scientifiques ont introduit tous ces gènes dans la levure Pichia, la levure a également acquis la capacité de synthétiser l'hémoglobine.

Finalement, dans des conditions de fermentation précises, la levure Pichia produit du « sang végétal » rouge mousseux dans le fermenteur. Après filtration et purification des protéines, les scientifiques ont finalement obtenu de l’hémoglobine de soja à haut rendement et à haute pureté. En juillet 2018, l'hémoglobine d'Impossible Foods, obtenue par fermentation, a passé l'examen de sécurité de la FDA et peut être utilisée comme nutriment et colorant dans la viande artificielle.

À l’avenir, Impossible Foods prévoit d’étudier plus en détail le mécanisme moléculaire des « délicieux » hamburgers de bœuf. Des scientifiques ont relié un chromatographe en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse à un gril pour étudier le lien entre les molécules volatiles et le plaisir neuronal. Après avoir trouvé la « molécule aromatique » clé, les scientifiques peuvent l'ajouter aux hamburgers, tout comme l'hémoglobine, pour rendre la viande artificielle plus délicieuse.

Rendre l’impossible possible, c’est le plus grand charme de la biologie synthétique. Grâce à la recherche en ingénierie métabolique, les scientifiques peuvent transplanter le système enzymatique synthétique de n’importe quel composé naturel dans des micro-organismes pour une production de fermentation à grande échelle. Outre l'hémoglobine, de plus en plus d'additifs alimentaires naturels ont émergé, tels que la vitamine E, la stévia, les protéines de lactosérum, etc. Ils rendent non seulement les aliments plus nutritifs et délicieux, mais rendent également le processus de production plus écologique et plus efficace.

Je crois qu’à l’avenir, il y aura encore plus de choses impossibles qui nous attendent.

Références :

1. https://impossiblefoods.com/cn

2. Voigt CA (2020). Biologie synthétique 2020-2030 : six produits disponibles dans le commerce qui changent notre monde. Nature communications, 11(1), 6379. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20122-2

3. Shi, S., Wang, Z., Shen, L. et Xiao, H. (2022). Biologie synthétique : une nouvelle frontière dans la production alimentaire. Tendances en biotechnologie, 40(7), 781–803. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.01.002

4. Varadan, R. et al. Répliques de viande hachée (Impossible Foods Inc., 2019).

5. Shankar, S. & Hoyt, MA Expression Constructs and Methods of Genetically Engineering Methylotrophic Yeast, (éd. USPTO) (Impossible Foods, États-Unis, 2020).

6. Wang Shengnan, Ma Yuehui, Zhao Guiping, Jiang Lin. Caractéristiques techniques et analyse de la demande de viande artificielle[J]. Acta Élevage et Médecine Vétérinaire, 2020, 51(11) : 2641-2650.

7. Li Xuejie, Li Jian. Progrès de la recherche sur la « viande artificielle » comme substitut de protéines animales[C]//. Actes du deuxième Forum international sur la sécurité alimentaire, la nutrition et la santé. [Éditeur inconnu], 2020 : 13-17.

8. Liu Fang, Wang Pandi, Xiong Xiaojuan, Zhang Xiaobo, Wu Gang. État actuel du développement de la technologie de la viande artificielle, de l’évaluation de la sécurité et de la supervision, ainsi que de l’acceptation par les consommateurs[J]. Alimentation et nutrition chinoises, 2022, 28(01) : 5-9+56.