Les progrès de la biotechnologie transforment la production alimentaire, les champignons jouant un rôle central. La recherche menée par Vayu Hill-Maini utilise le génie génétique pour améliorer les propriétés naturelles des champignons, créant ainsi des alternatives à la viande nutritives et durables. Cette approche ouvre non seulement de nouvelles voies en science alimentaire, mais intègre également des applications culinaires sophistiquées. Une culture fongique génétiquement modifiée issue des recherches de Vayu Hill-Maini, vue sur une assiette. Crédit : Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Pirater le génome des champignons pour les aliments intelligents du futur.
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 produire des produits sans cruauté, sains pour les consommateurs et plus sains pour l’environnement.
Les champignons sont l’une des sources d’aliments innovants les plus prometteuses – un règne diversifié d’organismes qui produisent naturellement une vaste gamme de protéines, de graisses, d’antioxydants et de molécules aromatiques savoureuses et nutritives. Le chef devenu bio-ingénieur Vayu Hill-Maini, affilié au domaine des biosciences du Laboratoire national Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), explore les nombreuses possibilités de nouvelles saveurs et textures qui peuvent être obtenues en modifiant les gènes déjà présents dans les champignons.
La boîte de Pétri de gauche contient la moisissure naturelle du koji, tandis que celle de droite a été conçue pour contenir des niveaux plus élevés d'un nutriment appelé ergothionéine et davantage d'hème – une molécule à base de fer présente dans de nombreux organismes, mais particulièrement abondante chez les animaux. tissus, ce qui donne à la viande une saveur distinctive. Crédit : Marilyn Sargent/Berkeley Lab
« Je pense que c'est un aspect fondamental de la biologie synthétique que nous bénéficions d'organismes qui ont évolué pour être vraiment bons dans certaines choses », a déclaré Hill-Maini, 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 produit le champignon et d'essayer de le débloquer et de l'améliorer. Et je pense que c'est un point important : nous n'avons pas besoin d'introduire des gènes provenant de sources très différentes. espèces. Nous étudions comment nous pouvons assembler les choses et débloquer ce qui existe déjà.
Améliorations génétiques des champignons
Dans leur récent article, récemment publié dans la revue Communications naturellesHill-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 connue sous le nom de moisissure koji, utilisée depuis des siècles en Asie de l'Est pour fermenter les amidons en saké, en sauce soja et en miso. Premièrement, l’équipe a utilisé CRISPR-Cas9 pour développer un système d’édition génétique 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 en tant que source de nourriture.
Tout d’abord, Hill-Maini s’est concentré sur l’augmentation de la production d’hème par les moisissures – une molécule à base de fer présente dans de nombreuses formes de vie mais plus abondante dans les tissus animaux, donnant à la viande sa couleur et sa saveur distinctive. (Un hème d'origine végétale produit synthétiquement est également ce qui confère à l'Impossible Burger ses propriétés de dupe de viande.) Ensuite, l'équipe a augmenté la production d'ergothionéine, un antioxydant présent uniquement dans les champignons et associé à des bienfaits pour la santé cardiovasculaire.
Premier auteur Vayu Hill-Maini dans le laboratoire du Joint BioEnergy Institute à Emeryville, en Californie. Crédit : Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Après ces changements, les champignons autrefois blancs sont devenus rouges. Avec une préparation minimale – élimination de l’excès d’eau et broyage – les champignons récoltés pourraient être façonnés en galette, puis frits pour obtenir un hamburger alléchant.
Le prochain objectif de Hill-Maini est de rendre les champignons encore plus attrayants en ajustant les gènes qui contrôlent la texture de la moisissure. « Nous pensons qu'il y a beaucoup de place pour explorer la texture en faisant varier la morphologie fibreuse des cellules. Ainsi, nous pourrions être en mesure de programmer la structure des fibres du lot pour qu'elle soit plus longue, ce qui donnerait une expérience plus proche de celle de la viande. Et puis nous pouvons penser à augmenter la composition lipidique pour la sensation en bouche et une meilleure nutrition », a déclaré Hill-Maini, qui était membre du Miller Institute for Basic Research in Science à l'UC Berkeley pendant l'étude. « Je suis vraiment enthousiasmé par la façon dont nous pouvons approfondir l'étude du champignon et, vous savez, bricoler sa structure et son métabolisme pour les aliments. »
Bien que ce travail ne soit que le début d'un voyage visant à exploiter les génomes fongiques pour créer de nouveaux aliments, il met en valeur 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 et les des barrières de coûts et des difficultés techniques entravant le lancement de la viande cultivée. De plus, la boîte à outils d’édition génétique de l’équipe constitue un énorme pas en avant pour le domaine de la biologie synthétique dans son ensemble.
Actuellement, une grande variété de produits biomanufacturés sont fabriqués à partir de bactéries et de levures modifiées, cousines unicellulaires des champignons et des moisissures. Pourtant, malgré la longue histoire de l'humanité en matière de domestication de champignons pour les manger directement ou pour fabriquer des aliments de base comme le miso, les champignons multicellulaires n'ont pas encore été exploités en tant qu'usines cellulaires dans la même mesure, car leurs génomes sont beaucoup plus complexes et présentent des adaptations qui font de l'édition génétique un défi. . La boîte à outils CRISPR-Cas9 développée dans cet article jette les bases pour modifier facilement la moisissure koji et ses nombreux parents.
La petite galette de moule koji après friture. Crédit : Vayu Hill-Maini
« Ces organismes sont utilisés depuis des siècles pour produire de la nourriture, 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 la levure de bière. E. coli« , a déclaré Jay Keasling, scientifique principal au Berkeley Lab et professeur à l'UC Berkeley. « En déverrouillant la moisissure koji grâce au développement de ces outils, nous libérons le potentiel d’un nouveau groupe énorme d’hôtes que nous pouvons utiliser pour fabriquer des aliments, des produits chimiques précieux, des biocarburants à forte densité énergétique et des médicaments. Il s'agit d'une nouvelle voie passionnante pour la biofabrication.
Faire le pont entre le laboratoire et la cuisine
Compte tenu de son expérience culinaire, Hill-Maini tient à garantir que la prochaine génération de produits à base de champignons soit non seulement agréable au goût, mais véritablement désirable pour les clients, y compris ceux aux goûts sophistiqués. Dans une étude distincte, lui et Keasling ont collaboré avec les chefs d'Alchemist, un restaurant deux étoiles Michelin à Copenhague, pour jouer avec le potentiel culinaire d'un autre champignon multicellulaire, Neurospora intermédiaire. 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, comme 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 test d'Alchemist.
Ils ont découvert N. intermédiaire produit et excrète de nombreuses enzymes au fur et à mesure de sa croissance. Lorsqu'ils sont cultivés sur du riz féculent, les champignons produisent une enzyme qui liquéfie le riz et le rend intensément sucré. «Nous avons développé un procédé avec seulement trois ingrédients – du riz, de l'eau et des champignons – pour obtenir une belle bouillie de couleur orange frappante», a déclaré Hill-Maini. «C'est devenu un nouveau plat du menu de dégustation qui utilise la chimie fongique et la couleur d'un dessert. Et je pense que cela montre vraiment qu'il existe une opportunité de relier le laboratoire et la cuisine.
Les travaux de Hill-Maini sur la recherche sur l'édition génétique décrite dans cet article sont soutenus par le Miller Institute de l'UC Berkeley. Le laboratoire de Keasling est soutenu par la Fondation Novo Nordisk. Tous deux ont reçu un soutien supplémentaire du bureau scientifique du ministère de l’Énergie (DOE). Le Joint BioEnergy Institute est un centre de recherche en bioénergie du DOE géré par Berkeley Lab.
