Cellules souches bovines immortalisées différenciées avec des protéines musculaires entièrement exprimées (bleu = noyaux ; magenta = myogénine ; vert = myosine). Échelle d’environ 1 mm. Crédit : Andrew Stout, Université de Tufts
Réduisant la nécessité de biopsies animales, les cellules souches offrent une source potentiellement inépuisable de viande cultivée.
Pour que l’agriculture cellulaire – une technique qui consiste à cultiver de la viande dans des bioréacteurs – parvienne à nourrir des millions de personnes, de nombreux obstacles technologiques doivent être surmontés. La production de cellules musculaires à partir de sources telles que le poulet, le poisson, les vaches et autres devra augmenter jusqu’à atteindre des millions de tonnes métriques par an.
Les chercheurs du Centre d’agriculture cellulaire de l’université de Tufts (TUCCA) ont progressé vers cet objectif en développant des cellules souches musculaires bovines immortalisées (iBSC). Ces cellules possèdent un taux de croissance rapide et la capacité de se diviser des centaines de fois, voire indéfiniment, ce qui renforce le potentiel de production de viande à grande échelle.
Cette avancée, décrite dans la revue ACS Synthetic Biology, signifie que les chercheurs et les entreprises du monde entier peuvent avoir accès à de nouveaux produits et les développer sans avoir à se procurer des cellules à plusieurs reprises à partir de biopsies d’animaux d’élevage.
La production de viande cultivée sur cellules nécessitera des cellules musculaires et adipeuses dotées d’une très grande capacité de croissance et de division. Bien que la viande cultivée sur cellules ait attiré l’attention des médias avec des exemples tels que l’approbation préliminaire par la FDA du poulet cultivé, et même un hamburger cultivé avec de l’ADN de mastodonte, les produits sont encore chers et difficiles à mettre à l’échelle.
Les cellules souches musculaires normales prélevées sur des animaux vivants pour démarrer une culture ne se divisent généralement qu’une cinquantaine de fois avant de devenir « vieilles » et de ne plus être viables. Bien qu’il soit théoriquement possible pour ces cellules souches de produire une quantité substantielle de viande, les cellules immortalisées développées par l’équipe de TUCCA présentent plusieurs avantages. L’un d’entre eux est la possibilité de produire une masse nettement plus importante pour la production de viande.
Un autre avantage est qu’en rendant les cellules immortalisées largement disponibles, elles abaisseront la barrière d’entrée pour d’autres chercheurs qui exploreront l’agriculture cellulaire – en trouvant des moyens de réduire les coûts et de surmonter les défis de la production à grande échelle.
« Généralement, les chercheurs doivent isoler eux-mêmes les cellules souches des animaux, ce qui est coûteux et laborieux, ou utiliser des lignées cellulaires modèles provenant d’espèces moins pertinentes, comme les cellules musculaires de souris », a déclaré Andrew Stout, étudiant diplômé à TUCCA et chercheur principal du projet.
La transformation des cellules souches musculaires bovines ordinaires en cellules souches musculaires bovines immortalisées s’est faite en deux étapes. La plupart des cellules, en se divisant et en vieillissant, commencent à perdre de l’ADN aux extrémités de leurs chromosomes, appelées télomères, comme des cordes usées qui s’effilochent à l’usage. Cela peut entraîner des erreurs lors de la copie ou de la réparation de l’ADN. Cela peut également entraîner la perte de gènes et, finalement, la mort des cellules.
Les chercheurs ont modifié les cellules souches bovines pour qu’elles reconstruisent constamment leurs télomères, ce qui permet à leurs chromosomes de rester « jeunes » et prêts pour un nouveau cycle de réplication et de division cellulaire.
La deuxième étape de l’immortalisation des cellules a consisté à leur faire produire en permanence une protéine qui stimule une étape critique de la division cellulaire. Cela permet d’accélérer le processus et d’aider les cellules à se développer plus rapidement.
Les cellules souches musculaires ne sont pas le produit final que l’on veut manger. Elles doivent non seulement se diviser et croître, mais aussi se différencier en cellules musculaires matures, tout comme, ou du moins très similaires, aux cellules musculaires que nous mangeons dans un steak ou un filet. Stout et son équipe de recherche ont constaté que les nouvelles cellules souches se différenciaient effectivement en cellules musculaires matures, même si elles n’étaient pas entièrement identiques aux cellules musculaires animales ou aux cellules musculaires provenant de cellules souches bovines conventionnelles.
« Il est possible qu’elles soient suffisamment matures pour reproduire la saveur et la texture de la viande naturelle », a déclaré Stout. Elles doublent à un rythme très rapide, il se peut donc qu’elles aient besoin d’un peu plus de temps pour atteindre leur pleine maturité.
« Certains peuvent se demander s’il est sûr d’ingérer des cellules immortalisées, mais en fait, une fois que les cellules ont été récoltées, stockées, cuites et digérées, il n’y a plus de voie viable pour continuer à croître », a déclaré David Kaplan, professeur d’ingénierie biomédicale de la famille Stern à Tufts et directeur de TUCCA. « Comme la viande naturelle que nous mangeons aujourd’hui, les cellules deviennent simplement un matériau inerte qui, nous l’espérons, aura un goût délicieux et apportera un large éventail de bienfaits nutritifs. »
Référence : « Immortalized Bovine Satellite Cells for Cultured Meat Applications » par Andrew J. Stout, Miles J. Arnett, Kristin Chai, Tina Guo, Lishu Liao, Addison B. Mirliani, Miriam L. Rittenberg, Michelle Shub, Eugene C. White, John S. K. Yuen Jr, Xiaoli Zhang et David L. Kaplan, 5 mai 2023, ACS Synthetic Biology.
DOI : 10.1021/acssynbio.3c00216
L’étude a été financée par le ministère américain de l’agriculture.