Des plantes produisent la β‑caséine : la découverte d’Oded Shoseyov, Université hébraïque de Jérusalem, et Miruku

Et si la protéine qui apporte au lait sa valeur nutritive, sa texture onctueuse et sa capacité à fabriquer du fromage n’avait plus besoin de provenir d’une vache - mais pouvait être produite à l’intérieur d’une plante tout à fait ordinaire ?

De nouveaux travaux rapprochent nettement ce scénario de la réalité, en mettant au jour une manière totalement inattendue dont des graines végétales peuvent synthétiser et stocker l’une des protéines les plus cruciales du lait.

L’étude a été dirigée par Oded Shoseyov (Université hébraïque de Jérusalem), en collaboration avec l’entreprise Miruku, basée en Nouvelle-Zélande.

Les auteurs montrent que des plantes sont capables de fabriquer de la β‑caséine, l’une des principales protéines du lait de vache.

Fait marquant : ils ont observé que la protéine s’accumulait dans un endroit intracellulaire que personne n’avait prévu.

La quête de produits laitiers sans vaches

La demande mondiale en produits laitiers continue d’augmenter, alors même que les inquiétudes s’intensifient au sujet des émissions de gaz à effet de serre, de l’occupation des terres et de la consommation d’eau associées à l’élevage.

Cette contradiction a conduit les scientifiques à rechercher des méthodes durables permettant de produire de véritables protéines laitières sans recourir aux animaux.

Dans ce contexte, l’agriculture moléculaire végétale - autrement dit l’idée de transformer des cultures courantes en petites usines à protéines - s’est imposée comme une voie particulièrement prometteuse.

En théorie, des cultures pourraient être déployées à grande échelle avec une empreinte en ressources bien inférieure à celle nécessaire pour élever des bovins laitiers.

Mais faire produire à des plantes des protéines du lait complexes est resté un obstacle technique majeur, ce qui a longtemps limité le potentiel réel de cette approche.

Pour relever ce défi, l’équipe a modifié des graines d’Arabidopsis afin qu’elles produisent de la β‑caséine bovine, fusionnée à une courte portion d’une protéine végétale des corps lipidiques appelée oléosine, qui se fixe à ces corps lipidiques à l’intérieur de la cellule.

Les chercheurs ont ensuite comparé plusieurs « adresses cellulaires » en aiguillant la protéine vers différents compartiments, afin d’identifier l’endroit où elle s’accumulerait le plus efficacement.

Une découverte que personne ne cherchait

Les scientifiques s’attendaient à voir la protéine s’entasser dans des vacuoles de stockage spécialisées, les compartiments généralement dédiés à ce type de réserve.

Or, une microscopie électronique de pointe a raconté une tout autre histoire.

Au lieu de se loger dans le compartiment visé, la protéine laitière a donné naissance à des structures riches en protéines qui n’avaient pas été reconnues auparavant.

Celles-ci ressemblaient fortement à des micelles de caséine naturelles, regroupées autour de minuscules corps lipidiques dans les cellules des graines.

Ces agrégats protéine‑huile se sont accumulés avec succès, tandis que les graines continuaient à germer normalement.

L’observation laisse penser que les plantes disposent peut-être d’une voie alternative, jusqu’ici inconnue, pour stocker des protéines complexes.

Quand la nature nous surprend

Les plantes les plus performantes ont atteint des niveaux de β‑caséine d’environ 1.26 percent de la totalité des protéines solubles de la graine - un rendement nettement supérieur à celui rapporté dans de nombreuses tentatives antérieures de production de caséine chez les plantes.

« L’un des aspects les plus enthousiasmants de la science, c’est quand la nature vous surprend », a déclaré Shoseyov.

« Nous avions cherché à envoyer la protéine vers un endroit précis de la cellule, mais nous avons découvert à la place que la plante avait, en pratique, créé sa propre solution de stockage. »

« Comprendre ce comportement inattendu nous apporte un éclairage précieux sur la manière dont les plantes gèrent des protéines complexes et pourrait nous aider à concevoir des systèmes plus efficaces pour produire des protéines laitières durables à l’avenir. »

Des implications au-delà des alternatives laitières

L’intérêt de cette découverte ne se limite pas aux substituts de produits laitiers. L’agriculture moléculaire végétale est un domaine en forte expansion, qui s’appuie sur les cultures pour fabriquer des protéines à forte valeur ajoutée destinées à l’alimentation, à la nutrition, et même à la médecine.

En identifiant où et pour quelles raisons des protéines recombinantes ont naturellement tendance à s’accumuler dans les cellules végétales, les chercheurs pourraient élaborer des plantes offrant de meilleurs rendements, tout en facilitant la purification et en réduisant les coûts de production.

Ces avantages pourraient concerner de nombreux produits protéiques au-delà de la caséine, notamment des protéines thérapeutiques et d’autres biomédicaments de grande valeur qui nécessitent aujourd’hui des systèmes de production bien plus onéreux.

À mesure que s’accélère la demande en sources de protéines plus respectueuses de l’environnement, ce type d’avancée rapproche la recherche d’ingrédients laitiers réellement authentiques produits avec pour seuls intrants la lumière du soleil, l’eau et le sol.

Passer du modèle de laboratoire à une culture utile

Les chercheurs ont déjà franchi une étape après leur première preuve de concept.

Ils sont récemment parvenus à transformer des plants de carthame avec les mêmes protéines laitières, ce qui permet de dépasser le modèle Arabidopsis utilisé dans l’étude initiale.

Le carthame constitue un candidat réaliste pour un changement d’échelle, puisqu’il s’agit d’une culture oléagineuse adaptée aux climats chauds et aux terres arides.

Sa tolérance à la chaleur en fait une option de plus en plus pertinente à mesure que le réchauffement climatique modifie la répartition des cultures possibles, tandis que la demande en protéines nutritionnelles continue de croître.

Cet ensemble - une culture robuste associée à une voie de stockage naturellement efficace - pourrait, à terme, faire des protéines laitières produites par des plantes une solution envisageable bien au-delà des serres de recherche.