De petites algues, de grandes perspectives pour la viande cultivée
Comment une algue peut permettre de réduire les coûts liés à certains composants des milieux de culture cellulaire
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Elles sont microscopiques et pourraient jouer un rôle étonnamment important dans le développement de la viande cultivée : les microalgues. Un groupe de recherche international a étudié comment l’algue Chlorella BDH-1 peut contribuer à réduire l’utilisation de composants coûteux dans les milieux de culture cellulaire et à réutiliser les ressources dans un cycle fermé. La professeure Ute Marx, de l’université de Pforzheim, a participé à cette étude en tant que co-auteure. Elle y a apporté une contribution essentielle grâce à son expertise en spectroscopie RMN, qui permet d’analyser la composition moléculaire d’échantillons biologiques complexes.
La viande cultivée est produite à partir de cellules animales qui se multiplient hors de l'animal, dans un milieu de culture riche en nutriments. Jusqu'à présent, ce sont notamment les acides aminés et le sérum qui font de ces milieux un facteur de coût considérable. Les chercheurs ont donc adopté une approche inhabituelle : ils ont utilisé du milieu de culture cellulaire usagé pour cultiver la Chlorella BDH-1. À partir de la biomasse algale ainsi obtenue, ils ont extrait un concentré issu de cellules algales désintégrées, qui a ensuite été réutilisé pour la culture de cellules animales.
Les résultats sont prometteurs. Le milieu de culture cellulaire usagé a pu être réutilisé à plusieurs reprises pour la culture de microalgues. Après deux cycles de recyclage de ce type, une quantité particulièrement importante de biomasse algale a été obtenue. Dans certaines conditions, les cellules animales se sont développées plus de deux fois mieux avec l’extrait d’algues que dans un milieu de culture cellulaire classique. La combinaison avec ce qu'on appelle une « co-culture », dans laquelle les microalgues et les cellules animales sont cultivées ensemble, s’est avérée particulièrement intéressante. Cela a permis de réduire de 50 % les quantités d’acides aminés et de sérum ajoutés, qui, en tant que composants essentiels du milieu de culture cellulaire, favorisent la croissance des cellules. Dans le même temps, la multiplication cellulaire a augmenté d’environ 40 %. À l’aide de la spectroscopie RMN, Ute Marx a étudié quels nutriments précieux sont contenus dans l’extrait d’algues et lesquels sont effectivement absorbés par les cellules animales. Ces analyses permettent de déterminer quels composants sont essentiels à la croissance des cellules et comment l’extrait d’algue peut être utilisé de manière ciblée comme alternative aux composants traditionnels des milieux de culture cellulaire.
« Ce qui me fascine dans cette recherche, c’est que la spectroscopie RMN nous permet de mettre en évidence les substances présentes dans l’extrait d’algues et celles que les cellules absorbent réellement. Nous pouvons ainsi déterminer, étape par étape, quels composants sont particulièrement importants pour la croissance cellulaire », explique la professeure Ute Marx. « La combinaison de l’analyse, de la biologie cellulaire et de la biotechnologie des algues ouvre des perspectives intéressantes pour une culture cellulaire plus respectueuse des ressources. » Ces travaux suscitent également l’intérêt à l’échelle internationale. L’Australian Financial Review a rendu compte des travaux de l’université du Queensland et a souligné le potentiel des microalgues pour rendre la production de viande cultivée plus rentable. En Australie, on travaille déjà à la transposition des résultats de la recherche à des échelles de production plus importantes.
Pour la professeure Dr Ute Marx, cette étude constitue un nouveau succès de la coopération internationale. Elle travaille en étroite collaboration avec le groupe de recherche du professeur Ben Hankamer (directeur du Centre for Solar Biotechnology à l’Institute for Molecular Bioscience) de l’université du Queensland en Australie, dont fait également partie le Dr Melanie Oey. Cette coopération a déjà donné lieu à plusieurs publications scientifiques évaluées par des pairs. Melanie Oey, qui dirige le projet décrit, était déjà venue en avril à l’université de Pforzheim, où elle a donné une conférence.
« La recherche menée conjointement avec Melanie Oey montre à quel point notre collaboration est fructueuse. Ces échanges permettent de concilier différentes perspectives scientifiques et apportent sans cesse de nouvelles impulsions à notre recherche », déclare Ute Marx. La collaboration de longue date avec le groupe de recherche du professeur Ben Hankamer permet un échange international continu et associe différentes compétences issues de la biotechnologie, de la biologie cellulaire et de l’analyse.
Cette étude fournit une base importante pour de nouvelles recherches sur la scalabilité technique et la rentabilité de cette approche. Elle montre que les microalgues ne sont pas seulement intéressantes en tant que source de protéines, mais qu’elles pourraient également contribuer à une utilisation plus efficace des nutriments dans les futurs systèmes de culture cellulaire.
Le lien entre la viande cultivée et la technologie médicale est d’ailleurs encore plus étroit : ces deux domaines utilisent des procédés de culture cellulaire similaires. Les cellules animales sont multipliées dans des conditions contrôlées et peuvent être cultivées de manière ciblée dans des bioréacteurs pour former des tissus musculaires et adipeux. Des méthodes comparables sont utilisées en médecine régénérative, par exemple pour le développement de tissus cutanés et cartilagineux ou, à terme, pour la création d’organes artificiels. Malgré des objectifs différents, ces deux domaines tirent mutuellement profit de leurs recherches respectives. Dans les deux cas, il s’agit d’apporter aux cellules un apport optimal en nutriments dans des conditions contrôlées, de contrôler leur croissance de manière ciblée et de développer des procédés adaptés pour le transfert du laboratoire vers des systèmes plus vastes ou plus complexes.
Ces travaux de recherche incarnent ainsi une approche qui allie les fondements des sciences naturelles aux applications technologiques. C’est précisément à cette interface que s’inscrivent les études de génie médical à l’université de Pforzheim : les étudiants apprennent à aborder des problématiques biologiques et médicales à l’aide de méthodes d’ingénierie et à en tirer des solutions innovantes pour le secteur de la santé.
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