La tendance pour les ingrédients d’origine végétale dans les aliments et les boissons est à la hausse. Cependant, l’échange de composés synthétiques – tels que les colorants et les arômes – par leurs homologues « naturels » signifie une dépendance accrue aux systèmes agricoles traditionnels.

Selon l’entrepreneur Tal Lutzky, c’est là que réside un problème « majeur »: qu’elle provienne d’animaux ou de plantes, la bioproduction de composés n’est pas durable et produit des rendements « très limités ».

Produire des composés de cette manière est inefficace, a expliqué Lutzky. Il est responsable d’une quantité « majeure » de déchets organiques et dépend d’une utilisation excessive de terres, d’eau et d’engrais.

Avec le co-fondateur Amir Tiroler, Lutzky adopte une approche plus durable de la production de biomolécules, a-t-il expliqué. La société israélienne de technologie agricole tire parti des techniques de modification transgénique et d’agriculture moléculaire pour produire des rendements élevés de composés naturels pour l’industrie alimentaire.

Produire des molécules complexes dans les plantes

Après avoir terminé des études agronomiques à l’Université hébraïque de Jérusalem sous la direction du professeur Alexander Vainstein, Lutzky et Tiroler ont fondé Pigmentum en 2018. Lutzky est PDG et Tiroler, CTO.

Leur technologie est fondée sur le mécanisme inductible des plantes transgéniques. Cela signifie que le gène de la plante – que Pigmentum code pour produire des composés spécifiques – est « totalement silencieux » jusqu’à ce que la start-up déploie un signal agrochimique externe.

« Nos plantes gagnent de la biomasse et poussent à des taux naturels élevés. » Lutzky a expliqué. « Ce n’est que lorsque nous mettons en œuvre notre produit agrochimique via un système d’irrigation ou de pulvérisation que les plantes réagissent par l’hyperexpression d’un composé spécifique souhaité. C’est la propriété intellectuelle de base de Pigmentum. »

La technologie permet la production d’une large gamme de composés, y compris des composés cytotoxiques et complexes, qui seraient autrement produits à des difficultés et à des coûts « élevés ». Outre les protéines, Pigmentum travaille également sur des métabolites tels que les pigments et les arômes.

« Nous pouvons également réprimer les éléments génétiques, ce qui signifie que nous pouvons stimuler la voie biosynthétique vers un composé spécifique souhaité avec un minimum de sous-produit. »

Pigmentum travaille à la fois dans un laboratoire et une serre dans le nord d’Israël. Au niveau moléculaire, le clonage et l’ingénierie des plantes, y compris leur culture tissulaire, ont lieu en laboratoire. Il est ensuite déplacé dans une serre pour l’activation agrochimique.

« La biomasse est ensuite récoltée et le composé extrait du tissu » a expliqué le co-fondateur.

Différentes méthodes sont ensuite appliquées en fonction du produit final. S’il s’agit d’une protéine, par exemple, elle subira un processus de purification. Pour un pigment, le processus est « complètement différent », nous a-t-on dit.

Pigments, arômes et « lait de laitue »

Pigmentum cultive ses composés dans la laitue romaine pour produire des rendements élevés de composés naturels pour les industries pharmaceutique, cosmétique et alimentaire.

Dans les aliments, l’un de ces composés est le pigment anthocyane. Selon son niveau de pH, les anthyocyanines peuvent apparaître rouges, violettes, bleues ou noires. Dans la nature, le pigment est répandu avec les légumes et les grains de ces couleurs, tels que les bleuets, les mûres, les framboises et les fraises.

Par rapport à la production conventionnelle d’anthocyanes, la technologie de Pigmentum peut multiplier par quinze la production du pigment, nous a-t-on dit.

Dans la nature, les anthyocyanines se trouvent couramment dans les bleuets, les mûres, les framboises et les fraises. GettyImages/kcline

Un autre composé en cours de développement est la vanilline – le composant principal de l’extrait de la gousse de vanille. Ce développement est prometteur, compte tenu de la chaîne d’approvisionnement instable de la vanilline naturelle.

La production de vanille naturelle pour l’industrie des aliments et des boissons est un processus qui demande beaucoup de temps et de main-d’œuvre. La pollinisation et la récolte des haricots sont en grande partie effectuées à la main dans les climats tropicaux, qui sont de plus en plus touchés par le changement climatique.

En conséquence, la majorité du « goût de vanille » est synthétique, produit à partir de matières premières pétrochimiques. La technologie de Pigmentum pourrait alléger la pression sur la chaîne d’approvisionnement naturelle de la vanille et réduire la production d’alternatives synthétiques.

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Pigmentum travaille au développement du composant principal de l’extrait de gousse de vanille, la vanilline, pour l’industrie alimentaire. GettyImages/ben phillips

La start-up produit également des composés d’origine animale dans ses variétés de laitue transgénique. TLa première protéine dans sa ligne de mire est la principale protéine du lait: la caséine. La protéine existe en quatre sous-types – αs1-caséine, αs2-caséine, β-caséine et κ-caséine – et Pigmentum espère tous les commercialiser pour le secteur laitier alternatif.

Agriculture moléculaire vs fermentation de précision

Un nombre croissant d’entrepreneurs produisent ces composés, y compris des pigments et des protéines laitières, en laboratoire. Une autre start-up israélienne, Phytolon, tire parti de la technologie de fermentation de précision sur les souches de levure dans les bioréacteurs pour produire des teintes équivalentes à la nature.

La fermentation de précision est également populaire auprès des produits laitiers. Perfect Day, par exemple, commercialise déjà son lactosérum dérivé de la fermentation de précision aux États-Unis. Parmi les autres start-ups travaillant sur la caséine, citons Remilk et Imagindairy en Israël, et ProProtein en Estonie.

Si des protéines laitières bio-équivalentes sont déjà produites en laboratoire, quels sont les avantages de produire des protéines dans des plantes transgéniques?

Selon Pigmentum, un avantage majeur de sa technologie basée sur l’agriculture moléculaire par rapport à la fermentation de précision réside dans les dépenses d’investissement. « L’investissement initial requis pour faire croître la biomasse dans les usines est nettement inférieur parce que [to scale], vous avez juste besoin de faire pousser plus de plantes, ou dans le pire des cas, vous auriez besoin d’une serre. Mais ce n’est pas aussi cher que les gros fermenteurs et [associated] l’infrastructure.

Un autre avantage est sa facilité d’échelle. Les start-ups de fermentation de précision reconnaissent que l’atteinte de l’échelle est un obstacle à la commercialisation. Dans le cas de Pigmentum, l’échelle est un avantage, nous a-t-on dit. « La mise à l’échelle vient des semences, et la production de semences est très facile. La laitue produit des centaines de graines par plante. »

La façon dont la protéine « se replie » dans le processus de production de Pigmentum est également préférable, nous a-t-on dit. Le repliement des protéines est un processus cellulaire vital. Pour fonctionner correctement, les protéines doivent être correctement repliées en formes tridimensionnelles spécifiques.

« Notre technologie peut effectuer le repliement précis des protéines, ce qui est crucial pour ses fonctions. Les plantes sont bien meilleures pour cela [than precision fermentation techniques].

« Lorsque nous parlons de protéines provenant de sources de mammifères, les micro-organismes tels que les levures ou les bactéries ne peuvent pas [enable protein folding] aussi précisément.

Un autre des principaux avantages de la plate-forme de Pigmentum est sa capacité à produire des « rendements très élevés » et des « taux de transcription élevés » obtenus via son système d’expression inductible.

Défis et opportunités

Pigmentum n’est pas encore sur le marché et devra surmonter quelques obstacles avant de commercialiser ses composés exprimés par des plantes.

Dans l’industrie alimentaire, les composés de Pigmentum seront classés comme de nouveaux aliments. Ils sont également génétiquement modifiés (GM), une technique qui a obtenu une plus grande acceptation des consommateurs aux États-Unis que dans d’autres régions telles que l’Europe. En conséquence, la start-up vise initialement la certification GRAS et l’entrée sur le marché américain.

« Parce que nous utilisons de la laitue et que la laitue peut être cultivée dans des conditions proches, nous avons un avantage réglementaire très élevé. » a expliqué le co-fondateur. La « crainte » avec les OGM est que les cultures soient cultivées à l’extérieur et permettent une « contamination génétique fluide » dans la région. La laitue, cependant, peut être cultivée dans des systèmes d’agriculture verticale et des serres, ce qui empêche la contamination, a-t-il expliqué: « C’est un avantage non négligeable. »

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La start-up a été fondée par Amir Tiroler et Tal Lutzky. Source de l’image : Pigmentum

Un autre défi potentiel cité par Lutzky réside dans l’acceptation du marché, en particulier en Europe qui s’est historiquement méfiée de la technologie GM dans la production alimentaire. Mais à la fin de la journée, « c’est juste du jus de laitue », a déclaré le cofondateur. « Nous pensons que le marché s’adaptera à nos offres, principalement parce qu’il s’agit d’une approche très durable de la production de protéines. »

Qu’il s’agisse de produire du « lait de laitue », des pigments ou de la vanilline, le processus de production de Pigmentum nécessite au moins cinq fois moins de terres par rapport aux alternatives existantes, a poursuivi le cofondateur. « Et si vous pensez qu’environ 80% des pâturages et des terres cultivées sont dédiés à la production d’aliments pour animaux, eh bien, nous le faisons directement de la plante à l’assiette ou à la bouteille. »

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La première protéine dans les lignes de mire de Pigmentum pour le secteur de l’alimentation et des boissons est la principale protéine du lait: la caséine. GettyImages/Chepko

Pigmentum a rejoint l’incubateur Fresh Start dans le nord d’Israël au début de l’année dernière. La start-up prédit son premier composé, qui sera goudronnéet le secteur pharmaceutique, pour entrer sur le marché mi-2023.

Ses premiers ingrédients alimentaires mettront un peu plus de temps à atteindre la commercialisation, a expliqué le cofondateur, prédisant son entrée sur le marché avant 2025.

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