La viande du futur pourrait être très différente de la viande du passé. Stanley Kubrick, photographe, Collection de photographies du magazine LOOK, Bibliothèque du Congrès, Division des estampes et des photographies, LC-USZ6-2352., CC BY-ND
La viande que vous mangez, si vous êtes carnivore, provient des muscles des animaux. Mais les animaux sont composés de beaucoup plus que de simples muscles. Ils ont des organes et des os que la plupart des Américains ne consomment pas. Ils ont besoin de nourriture, d'eau, d'espace et de relations sociales. Ils produisent des déchets.
Les agriculteurs dépensent beaucoup d'énergie et de ressources pour cultiver des organismes complexes, ce qui crée des déchets, pour se concentrer uniquement sur les coupes de viande rentables qu'ils peuvent récolter.
Il serait plus facile, plus humain, moins coûteux, de produire uniquement les pièces que les gens veulent. Et avec la biologie cellulaire et l'ingénierie tissulaire, il est possible de ne développer que du muscle et du tissu adipeux. Cela s'appelle de la viande cultivée. Les scientifiques fournissent aux cellules les mêmes intrants dont elles ont besoin pour se développer, juste en dehors d'un animal: nutriments, oxygène, humidité et signaux moléculaires de leurs cellules voisines.
Jusqu'à présent, les chercheurs ont grappes de cellules cultivées qui peut être transformé en viande transformée comme un hamburger ou une saucisse. Cette technologie de la viande cultivée en est encore à ses débuts en recherche et développement, les prototypes étant développés et finalisés pour se préparer aux défis de la commercialisation. Mais les bioingénieurs se lancent déjà dans le prochain défi: faire pousser des coupes de viande structurées comme un steak ou une escalope de poulet.
De quelle viande est faite
Si vous regardez un morceau de viande crue au microscope, vous pouvez voir ce que vous mangez au niveau cellulaire. Chaque bouchée est une matrice de cellules musculaires et adipeuses, entrelacées de vaisseaux sanguins et recouvertes de tissu conjonctif.
Les cellules musculaires sont pleines de protéines et de nutriments et les cellules adipeuses sont riches en graisses. Ces deux types de cellules contribuent en grande partie au goût et à la sensation en bouche qu'un carnivore éprouve lorsqu'il croque un hamburger ou un steak.
Section de dinde teintée afin d'indiquer l'organisation au niveau cellulaire du tissu musculaire squelettique - également appelée viande. Natalie Rubio
Les vaisseaux sanguins fournissent aux tissus de l'animal des nutriments et de l'oxygène lorsqu'il est en vie. après l'abattage, le sang ajoute une nuance métallique unique et umami à la viande.
Le tissu conjonctif, composé de protéines telles que le collagène et l'élastine, organise les fibres musculaires en faisceaux alignés, orientés dans le sens de la contraction. Ce tissu conjonctif se modifie pendant la cuisson et ajoute de la texture - et des chardons - à la viande.
Pour les chercheurs en agriculture cellulaire, le défi consiste à imiter cette complexité de la viande de bas en haut. Nous pouvons développer des cellules musculaires et adipeuses dans une boîte de Pétri - mais les vaisseaux sanguins et le tissu conjonctif ne se génèrent pas spontanément comme chez un animal. Comment pouvons-nous concevoir des biomatériaux et des bioréacteurs pour assurer la diffusion des éléments nutritifs et favoriser leur organisation afin de nous retrouver avec une coupe de viande épaisse et structurée?
Les hamburgers à la viande sont la première étape
Pour créer n'importe quelle viande cultivée, les chercheurs prélèvent de petites quantités de tissu provenant d'une vache, d'un cochon ou d'un poulet, et de taille équivalente à celle d'un marbre, et isolent des cellules individuelles. Ensuite, les ingénieurs en génie comme moi placent les cellules dans des flacons en plastique et leur apportent les nutriments, l'oxygène et l'humidité nécessaires à leur température corporelle. Les cellules sont heureuses et peuvent se diviser de manière exponentielle, créant de plus en plus de cellules.
Lorsqu'elles sont cultivées sur du plastique, les cellules continuent à se diviser jusqu'à ce qu'elles existent sur toute la surface disponible. Il en résulte une couche encombrée d'une cellule. Une fois que les cellules ont cessé de se diviser, elles commencent à mûrir. Les cellules musculaires fusionnent pour créer de longues fibres musculaires et les cellules adipeuses commencent à produire des lipides. Les chercheurs peuvent combiner plusieurs de ces cellules pour créer des produits à base de viande transformés, tels que des hamburgers, des hot dogs et des saucisses.
Les cellules animales peuvent à elles seules reproduire l'essentiel de l'expérience de la viande. Mais sans vaisseaux sanguins ni tissu conjonctif, vous ne vous retrouvez pas avec un tissu organisé en trois dimensions - et c'est ce dont vous avez besoin pour des coupes de viande structurées, comme le steak, la poitrine de poulet et le bacon.
Pour surmonter ce défi, les scientifiques peuvent utiliser des biomatériaux pour reproduire la structure et la fonction des vaisseaux sanguins (pour le transfert des nutriments et de l'oxygène) et du tissu conjonctif (pour l'organisation et la texture). Ce domaine de recherche s'appelle développement d'échafaudages.
En fournissant une structure permettant aux cellules de se développer, la viande en culture, du hamburger au steak, sera cultivée. Tyler Olson / Shutterstock.com
Les échafaudages sont l'ingrédient secret des steaks
Le concept des échafaudages trouve son origine dans le domaine de ingénierie tissulaire pour applications médicales. Les scientifiques associent des cellules et des échafaudages pour produire des biomatériaux fonctionnels destinés à la recherche, au dépistage toxicologique ou à la toxicomanie. implants.
Ces biomatériaux peuvent prendre différentes formes - films, gels, éponges - en fonction des propriétés recherchées dans le tissu obtenu. Par exemple, vous pourriez développer des cellules cutanées sur un film de collagène plat pour créer une greffe de peau pour aider les victimes de brûlures ou cellules osseuses dans une éponge d'hydroxyapatite pour la régénération osseuse.
Pour les applications médicales, les échafaudages doivent généralement être implantés sans danger, ils ne doivent pas induire de réponse du système immunitaire, ni être dégradables ni capables de soutenir la croissance cellulaire.
Pour les applications alimentaires, les considérations de conception des échafaudages sont différentes. Ils devraient toujours soutenir la croissance des cellules, mais il est également important qu'ils soient peu coûteux, comestibles et écologiques à produire. Parmi les biomatériaux courants pour les applications alimentaires, citons la cellulose de plantes, un glucide appelé chitosan de champignons et un glucide appelé alginate d’algue.
Voici une «recette» de viande de culture sur laquelle j'ai travaillé au laboratoire. Tout d'abord, créez un échafaudage approprié. Isolez le chitosan des champignons et dissolvez-le dans de l'eau pour créer un gel visqueux. Placez le gel dans un tube et exposez une extrémité à une substance froide, comme de la neige carbonique ou de l'azote liquide. Tout le tube de gel va geler lentement à partir de l'extrémité froide. Le gel congelé peut ensuite être lyophilisé en le tirant sous vide à très basse température, créant ainsi un matériau sec ressemblant à une éponge. le processus de congélation directionnelle crée une éponge avec de petits pores longs et alignés ressemblant à un fagot de paille - et aussi de tissu musculaire.
Le processus simplifié de création d’une éponge de chitosane à pores alignés. Natalie Rubio, CC BY-ND
Ensuite, au lieu de faire pousser de la viande sur du plastique plat, vous pouvez transférer les cellules dans cette éponge tridimensionnelle afin de fournir une plus grande surface pour la croissance de tissus plus épais. Les pores peuvent également aider à distribuer les nutriments et l'oxygène dans les tissus. Jusqu'à présent, avec cette technique, mon laboratoire a été en mesure de produire de petits morceaux de viande de moins d'un centimètre carré - un peu petit pour un barbecue mais un bon départ.
D'autres possibilités d'échafaudage incluent la croissance de cellules dans des fibres, des gels ou des éponges à base d'alginate. Les techniciens peuvent également rincer les cellules végétales dans un processus appelé décellularisation et repeupler le cadre de la cellulose qui reste avec des cellules animales.
Une fois que les chercheurs ont trouvé le matériel et les méthodes qui fonctionnent vraiment bien, nous travaillons à la création de lots plus importants. À ce stade, ce sera un jeu d’intensification du processus et de réduction des coûts afin que les produits carnés cultivés puissent être compétitifs par rapport aux produits carnés d’élevage.
Il est toujours excitant de voir des entreprises en démarrage faire leurs débuts avec leurs boulettes de viande, leurs saucisses et leurs hamburgers. Mais je me tourne vers l'avenir. Avec un peu plus de recherche, de temps, de financement et de chance, le menu de viande cultivée 2.0 comprendra le steak et les côtelettes de porc que beaucoup de carnivores connaissent et aiment.
À propos de l’auteur
Natalie R. Rubio, candidate au doctorat en agriculture cellulaire, Tufts University
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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