Mangera-t-on tous demain de la viande in vitro ? Selon Jean-François Hocquette, directeur de recherche à l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE), cela est peu probable. Alors qu’un rapport du Sénat paru le 15 mars appelle à « accélérer » les recherches, Jean-François Hocquette revient sur les enjeux d’une telle production.
Qu'est-ce que la viande de culture ou viande in vitro ?
La viande in vitro, c’est des cellules qui se multiplient dans un laboratoire. Si la culture de cellules musculaires est connue depuis longtemps dans de nombreux laboratoires de recherche public pour régénérer les tissus musculaires, en particulier en médecine, seulement une trentaine de startups privés dans le monde cherchent à utiliser la technique pour produire de la viande. C’est peu par rapport au nombre de laboratoires qui maîtrisent la technique.
Le muscle est un système complexe. Il contient une trame conjonctive qui entoure les fibres musculaires. Dans la trame conjonctive, il y a aussi des vaisseaux sanguins, des cellules de matières grasses et des nerfs. Pour reproduire un tissu qui ressemble davantage à du muscle, il est possible de faire des co-cultures en mélangeant des cellules musculaires et des cellules de matières grasses, par exemple.
Pour produire de la viande in vitro, les laboratoires peuvent partir de cellules musculaires plus ou moins différenciées. Grâce à un mélange de culture de cellules souches, on peut essayer de se rapprocher un peu de la complexité du muscle. Ces cellules se multiplient et se transforment en cellules musculaires ou en autre type de cellules. En revanche, les cellules satellites à la périphérie du muscle génèrent uniquement des fibres musculaires, car elles sont à un stade plus avancé de différenciation.
Pour cultiver des cellules souches ou des cellules musculaires, il faut un milieu qui apporte tout ce qui est nécessaire pour que les cellules puissent vivre et se multiplier. Il leur faut de l’énergie, des acides aminés, des hormones et des facteurs de croissance. Le sérum de veau fœtal apporté dans le milieu de culture est précieux. Il est riche en hormones et en facteurs de croissance. Pour récupérer ce sérum, on est obligé de tuer la vache et le veau qu’elle porte. Certaines startups souhaitent développer une industrie dédiée pour produire chimiquement tous ces ingrédients.
Finalement, de 2013 à aujourd’hui, il n’y a pas eu de changement majeur malgré les effets d’annonces spectaculaires des startups. Le seul point notable en dix ans, c’est qu’en novembre dernier, la Food and Drug Administration [l’agence en charge de la sécurité alimentaire aux États-Unis, Ndlr.] a donné un avis favorable au procédé utilisé par la société Upside Foods pour fabriquer de la viande de culture. Néanmoins, cela ne valide en rien les autres procédés proposés par les différentes entreprises qui en fabriquent. Par ailleurs, l’Organisation pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) mène des expertises à ce sujet et une mission sénatoriale est en cours.
Dans l’Union européenne, contrairement aux États-Unis, les implants hormonaux ou promoteurs de croissance sont interdits pour les animaux d’élevage. Ainsi, les fabricants de viande de culture ne sont pas autorisés à ajouter des hormones chimiques ou synthétiques dans le milieu de culture pour remplacer ce sérum de veau. En plus, les cellules de culture ne bénéficient pas de la production naturelle d’hormones chez l’animal, puisque la viande de culture n’en sécrète pas. Il faut donc apporter la quasi-totalité des hormones et des facteurs de croissance par la main de l’homme. Comme les implants hormonaux sont interdits en élevage conventionnel, il en va de même pour la viande de culture. Si les startups américaines veulent vendre de la viande de culture en Europe, elles vont devoir se pencher sur cette question.
Peut-on cultiver toute sorte de viande?
La viande de culture produit quelque chose qui ressemble à du muscle. Quand on abat un animal, son muscle devient dur, c’est la rigidité cadavérique. Des mécanismes biochimiques naturels se mettent en place et conduisent à couper les protéines du muscle qui de fait, devient plus tendre. Dès lors, on parle de viande et non plus de muscle. La viande, c’est le tissu musculaire d’un animal transformé après l’abattage. On parle de maturation de la viande. Les startups n’abordent absolument pas ce sujet. De ce fait, le mot « viande » est utilisé à mauvais escient.
Quand on abat un poulet, un porc ou une vache pour manger sa viande, on obtient toutes sortes de viande. Il y a par exemple de la viande rouge ou blanche, et cela renvoie à une culture culinaire différente. Avec la viande de culture, on est très loin de reproduire cette diversité. Techniquement, on peut cultiver des cellules de tous les animaux, mais cela ne veut pas dire que l’on peut reproduire la diversité des viandes. Si l’on considère la viande de bœuf, il y a le faux-filet, l’entrecôte, la bavette, le rumsteck, le pot-au-feu… La viande de culture se rapproche plutôt d’un steak haché. Si le hamburger n’existait pas, les fabricants de viande de culture auraient beaucoup plus de mal à faire parler d’eux car ils proposent un standard de viande éloigné des pièces de boucherie traditionnelles.
Aspects nutritionnels
D’un point de vue nutritionnel, on ne fait encore que des hypothèses. Pour la vitamine B12 que l’on trouve que dans les produits animaux et du point de vue du fer, il n’existe aucune étude. Il y a encore du travail à faire. Il y a seulement une synthèse d’études parue en 2023 qui explique que les informations concernant le contenu en protéines, la composition en acides aminés et la digestibilité des protéines de la viande de culture restent limitées. Néanmoins certaines observations montrent que les quantités de protéines dans la viande de culture seraient du même ordre que celles de la viande naturelle.
Prix de la viande de culture
Le prix baisse très fortement mais on reste à un prix encore bien supérieur à celui de la viande conventionnelle. Toutefois, le prix n’est pas le seul facteur qui motive les consommateurs à acheter un produit. La tendance est aux produits naturels et les moins transformés possible. Les consommateurs sont parfois prêts à payer plus cher pour un produit naturel et local que pour un produit industriel. Or, la viande de culture est par construction un produit industriel.
Acceptation par les consommateurs
Plusieurs études sociologiques montrent que les gens sont prêts à goûter de la viande de culture, mais ils ne sont pas forcément prêts à en acheter et à en consommer régulièrement. Les enquêtes montrent une grande incertitude : environ un tiers des consommateurs se disent incertains. Les startups savent comment communiquer pour mieux les influencer. Elles vont dire des choses fausses. Par exemple qu’il faut 15 000 L d’eau pour produire 1 kg de bœuf et que la viande de culture émet moins de gaz à effet de serre.
Cela fait longtemps à INRAE que nous avons montré que l’on est plutôt autour de 550 à 700 litres d’eau par kg de viande bœuf, lorsque l’on ne prend en compte que l’eau que l’on peut réellement économiser si l’on réduit notre consommation de viande. Cela ne comptabilise par exemple pas l’eau de pluie nécessaire pour faire pousser l’herbe dans les prés. En réalité, on ne peut pas affirmer avec certitude que la viande de culture va plus ou moins polluer que la viande conventionnelle, car elle n’existe pas au stade commercial et industriel.
Processus de production de la viande cultivée
La viande cultivée est produite en reproduisant le processus naturel de la croissance cellulaire. Cette méthode de production est appelée culture cellulaire. La viande cultivée, aussi appelée viande cellulaire ou viande de culture, est un produit de l’agriculture cellulaire. Le produit final est identique à la viande conventionnelle mais la méthode de production diffère considérablement car la viande cultivée ne nécessite pas la reproduction, l’élevage ou l’abattage d’animaux.
La production de viande cultivée consiste à faire pousser des cellules d’un animal dans un bioréacteur, une cuve qui fournit un environnement stérile, clos et à température contrôlée pour que les cellules puissent se développer en viande. C’est donc véritablement un processus de culture cellulaire, identique à celui qui se déroule naturellement dans l’organisme d’un animal. “Viande de synthèse”, “viande synthétique”, “viande de labo”, “viande in vitro”, “viande artificielle”, ou “viande de laboratoire” sont des termes qui peuvent porter à confusion et ne renvoient pas de manière précise à ce processus.
Cellules
En théorie, nous pourrions produire de la viande cultivée à partir de cellules provenant de n’importe quel animal. La première étape de la culture de la viande consiste à obtenir un échantillon de cellules d’un animal. Ces cellules pourraient théoriquement provenir de n’importe quelle espèce ou race animale. Certains scientifiques se concentrent sur les races spécialisées, d’autres sur les races patrimoniales (comme le bœuf Wagyu). La plupart des entreprises travaillent sur des espèces qui sont déjà couramment élevées pour la consommation humaine, tandis que d’autres étudient les cellules d’une multitude d’espèces à la recherche d’un potentiel de croissance et d’un goût optimaux. Afin d’obtenir ces échantillons, il suffit de prélever les cellules par biopsie, un processus indolore pour l’animal. Les entreprises sélectionnent les cellules pour une production optimale.
La viande est composée de muscles et de graisse (et peut également inclure des cellules de tissu conjonctif et de vaisseaux sanguins). Pour une production optimale, les cellules utilisées doivent :
- croître de manière constante et se dupliquer facilement
- être capables d’évoluer vers les différents types de cellules qui composent la viande
- produire une viande au goût et au profil nutritionnel excellents
Actuellement, la plupart des cellules utilisées dans la production proviennent d’animaux vivants. La méthode la plus courante pour obtenir des cellules consiste à effectuer une petite biopsie indolore du muscle ou un échantillon de peau sur un animal vivant et en bonne santé. Cependant, certaines entreprises peuvent prélever des cellules sur des animaux après leur abattage pour la production de viande conventionnelle - ce qui peut être important pour les certifications religieuses. Les chercheurs universitaires et les entreprises utilisent ces échantillons de cellules animales pour sélectionner des populations cellulaires (par exemple, de muscle ou de graisses) présentant des caractéristiques spécifiques et uniformes pour une production de viande de qualité constante.
À terme, la plupart des cellules utilisées proviendront de banques de cellules. Le stockage des cellules (appelé banque de cellules) et leur mise à disposition pour le monde universitaire et l’industrie seront une étape nécessaire pour faire progresser la recherche et la production à plus grande échelle. Les banques de cellules sélectionnent et certifient la qualité des cellules, puis les stockent à des températures très basses jusqu’à ce qu’on en ait besoin pour lancer la production. Ces banques abriteront une variété d’espèces et de types de cellules adaptées à la production de différents produits.
Différents types de cellules pourraient être utilisés pour la production. Les cellules souches embryonnaires sont utiles pour la production de viande cultivée car elles peuvent se multiplier indéfiniment et se développer en de nombreux types de cellules différentes. Bien que ces cellules soient efficaces, elles nécessitent un processus de production plus complexe et plus coûteux, car elles ont tendance à avoir besoin de milieux de croissance spécialisés et de contrôles plus stricts afin de se transformer en types de tissus souhaités, tels que les muscles et la graisse. Il est également possible de cultiver de la viande à partir de cellules prélevées dans des tissus tels que le muscle, la graisse et l’épiderme. Le prélèvement de ces cellules implique généralement une petite biopsie musculaire, une procédure inoffensive qui peut être réalisée sous anesthésie locale.
Il est important de noter que le profil gustatif et l’efficacité des différentes cellules utilisées pour produire de la viande cultivée font actuellement l’objet de recherches. Nous ne savons pas encore quels types de cellules seront finalement utilisés. Pour résumer, la première étape de la production de viande cultivée consiste à choisir des cellules dans une banque de cellules ou dans un échantillon de cellules provenant d’une espèce animale quelconque. Ces cellules peuvent être des cellules souches embryonnaires ou des cellules de tissus provenant d’animaux adultes. Des recherches sont actuellement en cours pour déterminer quels types de cellules sont optimaux pour la production de viande cultivée.
Bioréacteurs
Les bioréacteurs fournissent le milieu de vie des cellules. Les bioréacteurs sont des grandes cuves stériles et closes où différents paramètres sont contrôlés comme la température pour permettre la croissance des cellules. Ils sont largement utilisés dans les industries alimentaire et biomédicale pour produire des vitamines, de la bière, des vaccins, de l’insuline, des enzymes et d’autres produits. Les bioréacteurs sont dotés :
- d’un système de chauffage et de refroidissement pour contrôler la température
- de canalisations pour fournir des nutriments et de l’oxygène et éliminer les déchets
- de systèmes de capteurs pour surveiller l’environnement et mesurer des éléments comme le pH et l’oxygène.
Les bioréacteurs sont généralement fabriqués en acier inoxydable ou en verre pour permettre une stérilisation facile entre chaque production de cellules. À l’intérieur d’un bioréacteur, les cellules se multiplient rapidement et se transforment en cellules de muscles et de graisse lorsqu’elles sont fixées à un support solide. Des tuyaux transportent des nutriments liquides (milieu de croissance) et de l’oxygène à l’intérieur du bioréacteur jusqu’aux cellules pour qu’elles puissent se développer.
Les chercheurs mettent au point des bioréacteurs spécialisés pour le développement des produits de l’agriculture cellulaire pour les produire en grande quantité.
Milieux de croissance
Le milieu de croissance permet de nourrir les cellules. Comme toutes les autres étapes de production de la viande cultivée, l’alimentation des cellules consiste à imiter les processus biologiques qui se produisent à l’intérieur d’un animal, en dehors de celui-ci. Dans le corps d’un animal, le sang fournit les composants nécessaires à la vie et à la croissance des cellules : glucides, acides aminés, protéines, graisses, vitamines, minéraux et facteurs de croissance.
Dans le bioréacteur les milieux de culture contiennent les mêmes composants :
- Glucides
- Acides aminés
- Graisses
- Vitamines
- Minéraux
- Stimulateurs de croissance (molécules de signalisation)
En combinaison, ces composants sont essentiels à la vie cellulaire, que ce soit chez un animal ou dans un bioréacteur. Le milieu de croissance favorise la croissance, la multiplication et la différenciation des cellules qui composent la viande. La production de viande cultivée utilisera des milieux de croissance sans sérum foetal bovin. Dans le domaine biomédical, la culture cellulaire utilise du sérum (un composant du sang riche en nutriments et en protéines, provenant généralement de fœtus de vache) comme composant du milieu de croissance. Les premiers travaux de recherche et de développement sur la viande cultivée utilisaient du sérum bovin fœtal (FBS), car il n’existait pas encore d’autres solutions.
Il est important de préciser que les producteurs de viande cultivée se concentrent sur le développement de milieux de croissance sans sérum pour la production de viande. Les milieux sans sérum contiennent des composants similaires à ceux que l’on trouve dans le FBS, mais sont produits sans animaux et sont exempts de contamination. Les chercheurs en agriculture cellulaire sont en train d’optimiser les milieux de croissance sans sérum pour différents types d’espèces, de cellules et de conditions de croissance. De nombreuses entreprises ont déjà franchi cette étape, la prochaine étant leur baisse de coût de production.
Les composants des milieux de croissance peuvent être obtenus à partir d’extraits de plantes et de champignons, ou produits par fermentation de la même manière que de nombreuses vitamines et médicaments.
Voici quelques exemples spécifiques des nombreux composants du sérum :
- Protéines
- La protéine albumine a des propriétés antioxydantes et transporte des molécules, des vitamines, des acides gras et du cholestérol.
- Le groupe de protéines appelé transferrines apporte du fer aux cellules.
- Lipides
- Les acides gras sont les éléments constitutifs des graisses stockées.
- Le cholestérol est un composant structurel de la membrane cellulaire.
- Facteurs de croissance à base de protéines (molécules de signalisation ou hormones)
- L’insuline facilite le transport du glucose.
- Les hormones dérivées de la thyroïde influencent la croissance cellulaire.
- Oligo-éléments (minéraux)
- Les minéraux tels que le soufre, le fer, le chlore, le chrome, le cobalt, le cuivre, le zinc, le manganèse, le molybdène, l’iode et le sélénium sont essentiels au fonctionnement des cellules.
Les milieux sans sérum évoluent rapidement vers une production à grande échelle. Les milieux sans sérum permettent d’obtenir une source de nutriments constante et sans contamination, mais ils sont actuellement très coûteux. Dans les secteurs de la biopharmacie et de l’agriculture cellulaire, de nombreuses recherches sont en cours pour développer des milieux de croissance sans sérum, riches en nutriments et peu coûteux. Certaines entreprises se spécialisent dans les suppléments de milieux sans sérum, voire dans la formulation complète, ce qui permettra à la production de viande cultivée à grande échelle de devenir plus rapidement une réalité.
Le développement de milieux de croissance sans sérum est une étape importante pour l’industrie de la viande cultivée, qui doit passer de la recherche à la production à grande échelle. Le milieu de croissance permet à la viande de contenir les mêmes (ou presque les mêmes) composants et nutriments que la viande produite de manière conventionnelle.
Supports
Dans la culture de la viande, les supports sont utilisés pour reproduire l’environnement naturel qui entoure les cellules, appelé “matrice extracellulaire”. Les supports aident les cellules à se développer pour donner le produit souhaité. Une viande de qualité présente une bonne composition musculaire et graisseuse et une texture agréable en bouche. À l’intérieur d’un bioréacteur, des supports fournissent une surface permettant aux cellules de se développer en muscle et en graisse, et d’obtenir la texture et la forme souhaitées.
Les attributs d’un support (tels que sa composition, sa fonction, sa rigidité, sa rugosité ou sa porosité) peuvent influencer les caractéristiques du produit carné final. Les supports peuvent être constitués de nombreux types de biomatériaux comestibles, comme la gélatine, et de dérivés de plantes, d’algues ou de champignons. Les stimuli de croissance, c’est-à-dire les molécules qui signalent aux cellules de se transformer en muscles et en graisses, peuvent également être introduits par le biais des supports.
Les supports plus petits et moins complexes sont efficaces pour cultiver la viande hachée, comme celle utilisée pour les hamburgers, les saucisses et les nuggets. Des supports plus complexes sont nécessaires pour cultiver de la viande ayant une structure et une épaisseur spécifiques, comme le steak. À l’intérieur d’un bioréacteur, les supports reproduisent l’environnement dans lequel les cellules se développent. Les cellules sont très réactives à leur environnement. Que ce soit à l’intérieur d’un animal ou d’un bioréacteur, les protéines de la matrice extracellulaire signalent aux cellules de se multiplier, de devenir des cellules spécialisées (muscle, graisse) ou de former une structure spécifique.
Il existe de nombreux types de supports en cours de développement. Voici quelques exemples de types d’échafaudages :
- Les microsupports. Ces minuscules billes comestibles ou biodégradables sont recouvertes de protéines qui favorisent la fixation des cellules. Pour la production de viande hachée, les microporteurs sont un moyen relativement simple pour donner aux cellules la surface et les repères environnementaux nécessaires à leur croissance.
- Les plantes décellularisées (comme les feuilles d’épinards) et fongiques. Les composants végétaux et fongiques servent de support sur lequel les cellules peuvent se développer en structures plus épaisses.
- La bio-impression en 3D. Les cellules sont placées en formation couche par couche à l’aide d’un processus de conception assistée par ordinateur. Le résultat est un produit dont la structure est très spécifique et personnalisable.
Production
Il faut environ cinq à sept semaines pour produire de la viande cultivée. Une fois produite, la viande cultivée est similaire à la viande conventionnelle. Les chercheurs ont déjà produit de la viande à partir d’un certain nombre d’espèces grâce à l’agriculture cellulaire. La liste comprend des animaux terrestres domestiques et sauvages (vaches, bisons, porcs, moutons, chèvres, poulets, canards, alpagas, kangourous) et des animaux marins (saumon, mahi mahi, thon rouge, sériole, mérou, crevettes, homard).
La production durera probablement entre 5 et 7 semaines. Le temps exact dépendra de l’espèce, du type de cellules, des conditions de culture, de l’échelle et du produit souhaité.
Le tableau ci-dessous montre la durée moyenne de production de viande cultivée et de viande conventionnelle.
| Type de viande | Durée de production moyenne |
|---|---|
| Viande cultivée | 5-7 semaines |
| Viande conventionnelle | Variable selon l'espèce |
Avec le temps, les producteurs seront en mesure de produire des quantités de viande plus importantes. La production de la viande cultivée sera différente selon l’échelle. Avec l’amélioration des technologies, les entreprises pourraient obtenir des tonnes de viande. Dans les très grands systèmes de production...
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