La révolution alimentaire microbienne

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 2231 (2023) Citer cet article

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Notre système alimentaire actuel repose sur des pratiques non durables, qui ne parviennent souvent pas à fournir une alimentation saine à une population croissante. Il existe donc une demande urgente de nouvelles sources et processus de nutrition durables. Les micro-organismes ont attiré l'attention en tant que nouvelle source de nourriture, en raison de leur faible empreinte carbone, de leur faible dépendance à l'égard de la terre, de l'eau et des variations saisonnières, associés à un profil nutritionnel favorable. De plus, avec l’émergence et l’utilisation de nouveaux outils, notamment en biologie synthétique, les utilisations des micro-organismes se sont développées, démontrant un grand potentiel pour répondre à bon nombre de nos besoins alimentaires. Dans cette revue, nous examinons les différentes applications des micro-organismes dans les aliments et examinons l’histoire, l’état de l’art et le potentiel de perturbation des systèmes alimentaires actuels. Nous couvrons à la fois l'utilisation de microbes pour produire des aliments entiers à partir de leur biomasse et comme usines cellulaires pour fabriquer des ingrédients hautement fonctionnels et nutritionnels. Les limites techniques, économiques et sociétales sont également abordées ainsi que les perspectives actuelles et futures.

Les systèmes alimentaires actuels ont été poussés vers une crise, car ils ont du mal à répondre à la demande en nutrition et en protéines associée à la croissance démographique1. Tous nos systèmes alimentaires – agriculture, élevage et aquaculture – sont aux prises avec la dégradation des terres, le changement climatique et les catastrophes climatiques, qui devraient se multiplier à l’avenir2. Même si l’évolution vers des aliments d’origine végétale est moins nocive pour l’environnement, elle dépend toujours du climat ou de la saison et d’une utilisation intensive des terres, de l’eau et des produits chimiques3. Le moment est venu pour une révolution microbienne dans l’alimentation, car les micro-organismes ont le potentiel d’améliorer, voire de remplacer les alternatives actuellement disponibles4,5. Il a été prouvé qu’ils constituent une source alimentaire écologique et résiliente, surtout par rapport aux sources de protéines traditionnelles telles que la viande6,7. La conception génétique et systémique peut faire progresser davantage la durabilité lorsque les matières premières renouvelables et les déchets sont pris en compte8,9. En outre, ils sont très résilients en raison de leur nature décentralisée qui ne dépend pas de limitations de localisation, telles que la température ou les conditions météorologiques10. Enfin, ils présentent également un profil nutritionnel élevé11, crucial face aux épidémies croissantes liées à l’alimentation.

Les micro-organismes ne sont pas étrangers à l’histoire de l’alimentation ; cependant, des recherches ont récemment révélé le vaste éventail de bienfaits pour la santé et d’économies écologiques qui peuvent découler de l’utilisation de micro-organismes dans les aliments12,13. Cela a conduit à une explosion de nouvelles applications, à une amélioration des pratiques traditionnelles utilisant une technologie de pointe14,15,16 et à une meilleure compréhension de leurs rôles et avantages13. La fermentation peut être utilisée à la fois directement sur les aliments pour améliorer la nutrition, le goût ou la texture17,18, ainsi que comme plateforme de production pour produire des ingrédients à valeur ajoutée dans l’industrie alimentaire19,20,21. De plus, l’utilisation de la fermentation pour produire de la biomasse microbienne comme source alimentaire nutritionnelle commence à être adoptée à la fois dans l’alimentation animale et dans l’alimentation humaine22,23,24. Cependant, il existe des défis à relever dans chacune de ces applications, notamment l’évolutivité et la durabilité économique ou écologique. De nouveaux outils peuvent être appliqués à ces domaines pour améliorer et accélérer le développement d’aliments à base microbienne et surmonter les limitations actuelles. Cela comprend la caractérisation à haute résolution et à haut débit des micro-organismes14,25, ainsi que des outils d’ingénierie génétique et métabolique4. En concevant et en sélectionnant des souches, il est possible d'améliorer la saveur26 et la nutrition20,27,28 ainsi que d'accroître la durabilité en utilisant des déchets alimentaires ou des sources de carbone bon marché et non concurrentes8,29. Cela peut contribuer à accroître les applications et l’adoption pour propulser une révolution microbienne dans les aliments.

En raison du potentiel élevé et des applications variées des microbes dans les aliments, de nombreuses start-ups ont récemment vu le jour dans ce domaine, allant de l'amélioration de la fermentation traditionnelle à la création de nouveaux produits (Tableau 1). Le développement est encore nécessaire pour les progrès techniques et l'acceptation par les consommateurs, mais le domaine des protéines unicellulaires et des microbes modifiés dans les aliments présente un potentiel élevé, comme cela sera exploré dans cette revue. Cette revue vise à donner un aperçu des différentes applications des micro-organismes dans les aliments, allant des techniques de fermentation traditionnelles aux applications biotechnologiques de production d'ingrédients (voir Fig. 1). Il couvre les différentes nouvelles applications des microbes dans le système alimentaire ainsi que le rôle de la biologie synthétique dans l'avancement de ce domaine. Enfin, les obstacles et les perspectives d'avenir seront examinés.