Biologie synthétique : La chair de la matière

La cinquième étape du processus consistait à décanter et purifier cette léghémoglobine pour une utilisation ultérieure.

Par S Ramadorai, Raman Srinivasan & S Shivaramakrishna

Dans un article précédent, nous avons vu la vision de Pat Brown d’un nouveau hamburger, meilleur pour le consommateur, la planète et la vache (FE, 16 juin ; ‘The coming Industrial Revolution’ ; https://bit.ly/3iQjjLW). Sans surprise, il a tenu son hamburger végétalien à des normes élevées. Premièrement, il serait équivalent sur le plan nutritionnel, sinon plus sain, qu’un hamburger au bœuf. Deuxièmement, le meilleur hamburger réduirait de 90 % l’impact destructeur des hamburgers au bœuf. Troisièmement, le nouveau hamburger innovant serait indiscernable d’un hamburger au bœuf en termes de couleur, d’arôme, de goût, de texture et de sensation en bouche. De plus, il cuisinerait de la même manière qu’une galette de viande, permettant au consommateur de ressentir les mêmes envies, arômes, couleurs et textures. Et enfin, le meilleur hamburger serait également plus abordable.

Déterrer le sang : Un effort multidisciplinaire s’imposait. Sue Klaphoz, biochimiste et épouse de Brown, a commencé à diriger la recherche et le développement pour assurer l’équivalence nutritionnelle du nouveau hamburger végétalien innovant. Afin de créer un fac-similé de la galette de bœuf, des légumineuses ont été arrachées pour en extraire la léghémoglobine. Souvent appelée sang végétal, la léghémoglobine a rendu les galettes de hamburger végétaliennes plus roses, plus sanglantes et plus charnues. Afin de trouver une solution durable et évolutive, Brown s’est tourné vers la biologie synthétique.

Comme de nombreux projets en biologie synthétique, un processus en cinq étapes a suivi. Dans un premier temps, les scientifiques de son équipe ont séquencé ou « lu » les génomes de dizaines de légumineuses en laboratoire. Bientôt, les biologistes ont identifié les gènes spécifiques responsables de la production de léghémoglobine dans diverses légumineuses. Ensuite, dans la troisième étape, le code génétique natif pour la production d’hème a été inséré (un peu comme un écrivain insérant une citation d’un autre texte) dans une levure largement utilisée appelée Pichia pastoris. La quatrième étape était un processus de fermentation semblable au brassage de la bière. La levure avec le code producteur d’hème entre guillemets a été nourrie avec du glucose et cultivée dans des conditions contrôlées avec précision. Et voilà! Pichia pastoris a produit un sang végétal rouge mousseux dans l’un des fermenteurs de laboratoire. La cinquième étape du processus consistait à décanter et purifier cette léghémoglobine pour une utilisation ultérieure.

L’équipe de biologistes synthétiques de la start-up de Brown a produit de la léghémoglobine en utilisant le code génétique de plusieurs espèces de légumineuses. Ils ont été systématiquement incorporés dans diverses premières versions du hamburger. Enfin, ils ont décidé d’augmenter la production de léghémoglobine de soja dans des fermenteurs à l’échelle industrielle. Les hème-alayas d’Oakland, en Californie, produisent une infusion mousseuse rouge sang, riche en hème.

Traiter l’anémie : Les heme-alayas peuvent aider à résoudre un problème pernicieux dans notre société. Nos données montrent que 50% des jeunes femmes indiennes sont anémiques. Les taux d’hémoglobine sont en moyenne de 7 g/décilitre. Les symptômes couramment associés comprennent une fatigue constante et une incapacité à se concentrer. L’anémie ferriprive est un problème avec un impact négatif sur plusieurs générations. Lorsque les jeunes femmes anémiques tombent enceintes, cela entraîne des complications et les enfants auxquels elles donnent naissance ont également tendance à avoir un faible poids à la naissance, ce qui entraîne des problèmes de santé à vie ainsi que dans les générations suivantes. L’eau enrichie en hème d’origine végétale avec des macro et micro nutriments ajoutés peut aider à résoudre ce problème non résolu. La chaîne de transmission de la mauvaise santé à travers plusieurs générations et siècles peut être rompue en moins d’une décennie.

Des dollars et des parfums

Neuroscience du meilleur burger : Dans la quête du burger parfait, la leghémoglobine a résolu des défis de conception clés. Mais la quête pour reproduire l’envie de viande rouge est restée. Brown s’est fixé la barre haute. Son hamburger végétalien devait être fonctionnellement et culturellement équivalent à la viande de vache à tous égards. Il devait grésiller et suinter du sang lorsqu’il était grillé. La vue et les odeurs mêmes de son hamburger en cours de cuisson devaient, bien sûr, déclencher tous les souvenirs agréables et profonds associés à la viande.

Ainsi, des chimistes analytiques ont branché un chromatographe en phase gazeuse-spectromètre de masse à un gril, et les membres du laboratoire ont identifié des molécules aromatiques clés, parmi les milliers de substances volatiles libérées, qui ont contribué à l’odeur du bœuf en cours de cuisson. Mais ce n’était pas tout à fait suffisant. L’un des frères et sœurs de Brown, Richard, un neuroscientifique accompli, a rejoint l’équipe pour obtenir la neurochimie de la consommation d’un hamburger absolument parfaite.

L’odorat, l’un de nos sens les plus anciens et jusqu’à une date relativement récente également un mystère scientifique, peut déclencher de puissants souvenirs d’amour et de plaisir. Il était vraiment essentiel d’identifier la bonne combinaison de substances volatiles pour recréer l’expérience de cuisiner et de manger de la viande. Sur la base de plusieurs expériences, les scientifiques ont cartographié la neuro et la biochimie de l’espace de conception des arômes et des saveurs pour diverses viandes.

La dernière étape de l’ingénierie inverse d’une galette de hamburger consistait à trouver un moyen d’encapsuler les composants gras (huile de noix de coco, par exemple) dans des poches de protéines de pomme de terre, intercalées dans une matrice d’isolat de protéines de soja. Ce nouveau hamburger végétalien révolutionnaire, lorsqu’il est cuit, grésille, suintait de graisse juteuse, sentait et carbonisait tout comme la viande de vache. Et lorsque les volontaires ont mordu dans le hamburger, la sensation en bouche des galettes végétaliennes était remarquablement convaincante. Enfin, pour paraphraser Rudyard Kipling : « La levure est la levure, et l’Occident est l’Occident, et le twain mangera. »

Des investisseurs technologiques influents comme Bill Gates en Occident considèrent la biologie synthétique comme une solution aux multiples problèmes du changement climatique, du fardeau de la santé publique et de l’élevage industriel. Témoin des progrès rapides de la biologie synthétique, Gates est également devenu l’un des premiers investisseurs dans plusieurs autres start-ups, dans le domaine de la « viande synthétique ».

« La vache est une technologie obsolète.
—Patrick O Brown

Ramadorai est l’ancien vice-président du TCS ; Srinivasan est à la tête de TCS Ignite ;
et Shivaramakrishna est chercheur, TCS

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