C'est copieux, c'est de la viande, c'est de la moisissure
Pirater le génome des champignons pour créer les aliments intelligents de demain
Avec les produits laitiers sans animaux et les substituts de viande végétariens convaincants déjà sur le marché, il est facile de voir comment la biotechnologie peut changer l'industrie alimentaire. Les progrès du génie génétique nous permettent d'exploiter les micro-organismes pour fabriquer des produits sans cruauté, sains pour les consommateurs et plus respectueux de l'environnement.
Une culture fongique génétiquement modifiée issue des recherches de Vayu Hill-Maini, vue dans une assiette.
Marilyn Sargent/Berkeley Lab
La petite galette de moule koji après la friture.
Vayu Hill-Maini
Les champignons constituent l'une des sources les plus prometteuses d'aliments novateurs. Il s'agit d'un royaume d'organismes diversifiés qui produisent naturellement une vaste gamme de protéines, de graisses, d'antioxydants et de molécules aromatiques savoureuses et nutritives. Le chef cuisinier devenu bioingénieur Vayu Hill-Maini, affilié au département des biosciences du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), explore les nombreuses possibilités de nouvelles saveurs et textures que l'on peut obtenir en modifiant les gènes déjà présents dans les champignons.
"Je pense que c'est un aspect fondamental de la biologie synthétique que de bénéficier d'organismes qui ont évolué pour être vraiment bons dans certaines choses", a déclaré Hill-Maini, qui est chercheur postdoctoral à l'UC Berkeley dans le laboratoire de l'expert en bio-ingénierie Jay Keasling. "Ce que nous essayons de faire, c'est d'examiner ce que le champignon fabrique et d'essayer de le débloquer et de l'améliorer. Je pense qu'il s'agit là d'un aspect important, car nous n'avons pas besoin d'introduire des gènes provenant d'espèces extrêmement différentes. Nous cherchons à savoir comment nous pouvons assembler les choses et débloquer ce qui existe déjà.
Dans leur récent article, publié le 14 mars dans Nature Communications, Hill-Maini et ses collègues de l'UC Berkeley, du Joint BioEnergy Institute et du Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ont étudié un champignon multicellulaire appelé Aspergillus oryzae, également connu sous le nom de moisissure koji, qui est utilisé en Asie de l'Est pour fermenter les amidons afin d'obtenir du saké, de la sauce de soja et du miso depuis des siècles. L'équipe a d'abord utilisé CRISPR-Cas9 pour mettre au point un système d'édition de gènes capable d'apporter des modifications cohérentes et reproductibles au génome de la moisissure koji. Une fois qu'ils ont établi une boîte à outils de modifications, ils ont appliqué leur système pour apporter des modifications qui élèvent la moisissure au rang de source alimentaire. Tout d'abord, Hill-Maini s'est attaché à stimuler la production d'hème de la moisissure - une molécule à base de fer que l'on trouve dans de nombreuses formes de vie, mais est plus abondante dans les tissus animaux, donnant à la viande sa couleur et sa saveur distinctive. (C'est également un hème synthétique d'origine végétale qui confère au "Impossible Burger" ses propriétés d'ingrédient de substitution à la viande). Ensuite, l'équipe a augmenté la production d'ergothionéine, un antioxydant que l'on ne trouve que dans les champignons et qui est associé à des bienfaits pour la santé cardiovasculaire.
Après ces modifications, les champignons autrefois blancs sont devenus rouges. Avec une préparation minimale - élimination de l'excès d'eau et broyage - les champignons récoltés ont pu être façonnés en une galette, puis frits en un hamburger d'apparence alléchante.
Le prochain objectif de Hill-Maini est de rendre les champignons encore plus attrayants en modifiant les gènes qui contrôlent la texture de la moisissure. "Nous pensons qu'il y a beaucoup de possibilités d'explorer la texture en variant la morphologie des cellules en forme de fibres. Ainsi, nous pourrions programmer la structure des fibres de lot pour qu'elles soient plus longues, ce qui donnerait une expérience plus proche de celle de la viande. Ensuite, nous pourrions envisager d'augmenter la composition des lipides pour améliorer la sensation en bouche et la nutrition", a déclaré Hill-Maini, qui était membre du Miller Institute for Basic Research in Science à l'université de Berkeley pendant l'étude. "Je suis très enthousiaste à l'idée d'étudier plus avant le champignon et de modifier sa structure et son métabolisme pour l'adapter à l'alimentation.
Bien que ce travail ne soit que le début d'une aventure visant à exploiter les génomes fongiques pour créer de nouveaux aliments, il met en évidence l'énorme potentiel de ces organismes en tant que sources de protéines faciles à cultiver, qui évitent les listes d'ingrédients complexes des substituts de viande actuels, ainsi que les barrières de coût et les difficultés techniques qui entravent le lancement de la viande cultivée. En outre, la boîte à outils d'édition de gènes de l'équipe constitue un énorme bond en avant pour le domaine de la biologie synthétique dans son ensemble. Actuellement, une grande variété de produits biofabriqués sont fabriqués par des bactéries et des levures artificielles, les cousins unicellulaires des champignons et des moisissures. Pourtant, bien que l'humanité ait domestiqué depuis longtemps des champignons pour les manger directement ou pour fabriquer des produits de base comme le miso, les champignons multicellulaires n'ont pas encore été exploités dans la même mesure en tant qu'usines cellulaires artificielles, car leurs génomes sont beaucoup plus complexes et présentent des adaptations qui font de l'édition de gènes un véritable défi. La trousse à outils CRISPR-Cas9 mise au point dans cet article jette les bases d'une modification aisée de la moisissure koji et de ses nombreux cousins.
"Ces organismes sont utilisés depuis des siècles pour produire des aliments, et ils sont incroyablement efficaces pour convertir le carbone en une grande variété de molécules complexes, dont beaucoup seraient presque impossibles à produire en utilisant un hôte classique comme la levure de bière ou E. coli", a déclaré Jay Keasling, scientifique principal au Berkeley Lab et professeur à l'UC Berkeley. "En découvrant la moisissure koji grâce au développement de ces outils, nous libérons le potentiel d'un nouveau groupe considérable d'hôtes que nous pouvons utiliser pour produire des aliments, des produits chimiques précieux, des biocarburants à haute densité énergétique et des médicaments. C'est une nouvelle voie passionnante pour la biofabrication".
Compte tenu de son expérience culinaire, M. Hill-Maini tient à s'assurer que la prochaine génération de produits à base de champignons n'est pas seulement appétissante, mais aussi réellement désirable pour les consommateurs, y compris ceux qui ont des goûts sophistiqués. Dans une autre étude, M. Hill-Maini et M. Keasling ont collaboré avec des chefs de l'Alchemist, un restaurant deux fois étoilé de Copenhague, pour jouer avec le potentiel culinaire d'un autre champignon multicellulaire, Neurospora intermedia . Ce champignon est traditionnellement utilisé en Indonésie pour produire un aliment de base appelé oncom en fermentant les déchets issus de la fabrication d'autres aliments, tels que le tofu. Intrigués par sa capacité à transformer les restes en un aliment riche en protéines, les scientifiques et les chefs ont étudié le champignon dans la cuisine d'essai de l'Alchemist. Ils ont découvert que N. intermedia produit et excrète de nombreuses enzymes au cours de sa croissance. Lorsqu'il est cultivé sur du riz amylacé, le champignon produit une enzyme qui liquéfie le riz et le rend intensément sucré. "Nous avons mis au point un processus avec seulement trois ingrédients - le riz, l'eau et le champignon - pour obtenir une magnifique bouillie d'une couleur orange frappante", a déclaré M. Hill-Maini. "C'est devenu un nouveau plat du menu de dégustation qui utilise la chimie des champignons et la couleur dans un dessert. Je pense que cela montre vraiment qu'il est possible de faire le lien entre le laboratoire et la cuisine".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Vayu Maini Rekdal, Casper R. B. van der Luijt, Yan Chen, Ramu Kakumanu, Edward E. K. Baidoo, Christopher J. Petzold, Pablo Cruz-Morales, Jay D. Keasling; "Edible mycelium bioengineered for enhanced nutritional value and sensory appeal using a modular synthetic biology toolkit"; Nature Communications, Volume 15, 2024-3-14
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