Pourquoi des microorganismes trangéniques dans les aliments ?

De Michel DESMAZEAUD, Unité de Recherches Laitières et Génétique Appliquée. INRA Jouy-en-Josas.

L’exode rural et l’essor des villes ont considérablement modifié les méthodes de production et de commercialisation des produits alimentaires. Nous avons vécu une véritable révolution qui a conduit l’agriculture à privilégier une production de masse et la filière agro-alimentaire à développer des techniques de production industrielles et à mettre en place une grande distribution très puissante.

Cet essor de la production agricole et alimentaire s’est accompagné d’une uniformisation des saveurs et/ou des arômes des produits. Heureusement, la filière agro-alimentaire a réagi aux critiques des consommateurs dont les exigences ont évolué en quelques décennies, d’une préoccupation purement quantitative à un désir de qualité.

Pour plusieurs produits alimentaires fermentés, les micro-organismes transgéniques pourraient être à la base de différentes innovations.

On pourrait disposer de germes aux propriétés améliorées dans des domaines très variés : enzymes mieux adaptées aux transformations, nouveaux composés d’arômes naturelles ou d’agents texturants, meilleure résistance aux bactériophages, molécules inhibitrices de germes indésirables, ou molécules probiotiques bénéfiques pour la santé du consommateur.

INTERET DES LEVURES TRANSGENIQUES

Les levures jouent un rôle essentiel dans la panification, l’oenologie et la transformation de l’amidon en sucres. La génétique moléculaire a été développée chez plusieurs levures, dont Saccharomyces cerevisae.

Pour les levures de boulangerie, plusieurs améliorations pourraient être envisagées : vitesse de croissante et rendement sur le milieu utilisé, résistance au séchage pour les levures qui doivent être produites sous forme de ferments secs actifs, résistance au froid pour des préparations de pâtes destinées à être congelées ; conservation, car l’activité fermentaire des levures diminue au cours des stockages. De plus, le pouvoir fermentaire de la pâte et le développement de la flaveur du pain résultent d’un ensemble d’activités enzymatiques liées au catabolisme du sucre.

En remplaçant les promoteurs naturels des gènes des enzymes responsables de la fermentation du maltose (maltase et maltose-perméase) par des promoteurs constitutifs forts, provenant de la même souche, on a obtenu une secrétion accrue de ces enzymes.

La levure ainsi modifiée métabolise mieux le maltose et libère des quantités de C02 plus importantes, à un stade plus précoce, ce qui diminue le temps de levage.

Ce fut le premier OGM employé en alimentation en Grande-Bretagne. Dans ce cas, il faut remarquer qu’il y a cuisson du pain et que les consommateurs n’absorberont pas de levures vivantes.

De même, la fermentation d’un mo ût de brasserie fait intervenir le métabolisme des sucres, des acides aminés, des peptides et des lipides, pour aboutir à la formation d’éthanol et de composés aromatiques.

Par transgénèse, on pourrait obtenir des souches présentant des propriétés plus intéressantes : métabolisme plus stable, fermentation plus rapide, meilleure conversion du maltose et du maltotiose en éthanol, résistance à l’éthanol, profils aromatiques équilibrés et reproductibles, caractère plus ou moins floculant.

La fermentation alcoolique constitue l’étape fondamentale de l’élaboration des vins. L’utilisation de souches pures pose deux problèmes : celui de la stabilité des souches, et celui de leur développement dans les milieux non stériles que sont les mo ûts de raisin. Les principales propriétés à améliorer et à stabiliser pourraient être le rendement en l’éthanol et la tolérance à l’éthanol, la production d’esters et de glycérol, l’adaptation à des températures extrêmes, des exigences faibles en éléments nutritionnels. D’autres propriétés pourraient être recherchées comme la tolérance au SO2, la fermentation malo-lactique, ou le caractère floculant qui intéresse notamment l’élaboration de vins mousseux par la méthode champenoise.

Des levures alimentaires transgéniques peuvent aussi produire des protéines hétérologues comme la chymosime A, enzyme de la présure utilisée pour la coagulation du lait en fromagerie.

En effet, à la suite d’une pénurie croissante de présure de veau, on recherche depuis une vingtaine d’années des succédanés de présure utilisables industriellement. Le gène de la chymosime A a été cloné dans la levure laitière Kluyveromyces lactis, puis cette chymosime a été utilisée pour fabriquer différents fromages notamment des emmentals. Les résultats obtenus avec de la chymosime produite par la levure transgénique sont identiques à ceux observés avec la présure de veau. Les techniques de purification de l’enzyme sont telles que les préparations commerciales de celle-ci ne renferment pas de levures transgéniques qui ne seront donc pas retrouvées dans les fromages.

INTERET DES BACTERIES TRANSGENIQUES

L’évolution inéluctable de la fabrication des produits laitiers fermentés (laits fermentés, yaourts et fromages) dans de grandes unités mécanisées, la généralisation de la conservation du lait au froid, ainsi que l’amélioration de la régularité des qualités organoleptiques des produits artisanaux ou traditionnels, impliquent une maîtrise de plus en plus grande de la fermentation lactique et une bonne connaissance des levains. En effet, il est désormais bien démontré qu’en plus de leur importance dans l’acidification du lait, les bactéries lactiques jouent un rôle primordial dans l’apparition de l’arôme ou de précurseurs d’arôme, ainsi que dans la texture finale des produits.

Une préoccupation majeure des industriels est d’avoir un levain lactique adapté chaque jour au lait de fabrication.

Or, le lait est un milieu de culture très variable.

Modifier génétiquement la régulation des systèmes métaboliques des bactéries permettrait de les rendre moins dépendantes de leur milieu de culture, notamment vis-à-vis de l’utilisation de leur source d’énergie glucidique (le lactose) ou des fractions azotées impliquées dans la synthèse de leur protéines.

Il existe une instabilité génétique de ces caractères, et l’on constate l’apparition spontanée de variants ayant perdu des plasmides, qui coagulent le lait trop lentement, perturbant ainsi des fabrications.

Par intégration de certains éléments plasmidiques dans le chromosome, on peut rendre les souches transgéniques plus stables.

En utilisant des souches dont les gènes codant pour certaines enzymes protéolytiques auraient été amplifiés, on pourrait mieux contrôler la production de composés aromatiques. Les souches pourraient aussi être modifiées pour se lyser plus rapidement dans les caillés ; la libération précoce de leurs enzymes accélérerait l’affinage des fromages et modifierait la cinétique de libération des arômes.

L’étude des polysaccharides exocellulaires sécrétés par certaines bactéries lactiques montre qu’ils jouent un rôle fondamental dans la texture des laits fermentés, et notamment des yaourts brassés. Or, la biosynthèse de ces composés est très peu connue ; elle implique de très nombreux gènes d’où le caractère particulièrement instable de leur production. A terme, on devrait pouvoir obtenir des souches aux caractères stabilisés, produisant plus de polysaccharides aux caractéristiques rhéologiques adaptées aux produits souhaités.

Des virus spécifiques peuvent infecter les bactéries, s’y multiplier et entraîner la mort des cellules qui les contiennent, d’où des retards d’acidification. Ces phages lytiques se répandent dans les ateliers de fabrication ou de préparation des levains, réinfectant de nouvelles souches. Certains phages sont beaucoup plus pernicieux : ce sont les phages tempérés ou prophages. Ils pénètrent dans la cellule bactérienne, s’intègrent à son chromosome, supportent plusieurs divisions cellulaires sans devenir lytiques, mais peuvent le redevenir de façon inattendue.

Les techniques de génie génétique permettent actuellement d’augmenter la résistance des bactéries lactiques aux bactériophages, notamment en amplifiant les activités naturelles de défense portées par certains gènes.

Les bactéries lactiques produisent une grande variété de peptides ou de protéines ayant une activité antibactérienne. Ces molécules appelées bactériocines pourraient être mieux exploitées dans diverses transformations laitières, notamment pour assurer la sécurité hygiénique de certains fromages. Aujourd’hui, la nisine, bactériocine produite par des souches de lactocoques, est utilisée par les industriels. Elle permet par exemple de lutter contre le gonflement butyrique des fromages à pâte pressée cuite. Par ailleurs, ces molécules ou les souches les sécrétant pourraient être utilisées pour contrôler le niveau de germes pathogènes comme Listeria monocytogenes ou Staphylococcus aureus de certains fromages. Des camemberts ont été fabriqués avec des souches produisant de la nisine ; leur efficacité est d’autant plus grande que la contamination du lait est faible, ce qui exige d’améliorer la qualité bactériologique du lait cru.

Les souches transgéniques seraient plus efficaces car, par mutagenèse dirigée, on pourrait les rendre plus spécifiques vis-à-vis des souches cibles.

Il ne s’agit bien s ûr que d’inhiber les souches nuisibles sans toucher aux flores de fabrication et d’affinage. En modifiant la structure des bactériocines, on pourrait les rendre moins sensibles aux paramètres physico-chimiques du milieu. En effet, on constate que les bactériocines des souches sauvages sont souvent inefficaces dans le fromage, alors que les bactériocines modifées pourraient être plus stables.

Un aspect original des bactéries lactiques est le rôle bénéfique qui leur est attribué sur la santé. L’apparition de symptômes digestifs après ingestion de lait peut être liée, chez certaines personnes, à leur incapacité à digérer le lactose du fait de l’absence de lactase dans la muqueuse intestinale. Il a été clairement démontré que le yaourt permet l’absorption du lactose chez les sujets déficients en lactase. Les bactéries lactiques peuvent aussi lutter contre les diarrhées, en particulier chez les jeunes enfants, augmenteraient la réponse immunitaire, ou pourraient avoir des propriétés anti-tumeurs.

Les techniques du génie génétique permettraient d’améliorer les souches probiotiques, notamment en augmentant leur capacité de survie lors du transit intestinal.

Elles devront alors résister au stress acide de l’estomac, puis à celui de sels biliaires. Enfin, lorsque les mécanismes de la stimulation de la réponse immunitaire par certains lactobacilles seront connus, on peut envisager d’amplifier les gènes codant pour les facteurs intervenant dans cette stimulation.

Si à ce jour il n’y a pas encore de bactéries lactiques transgéniques autorisées dans les aliments, par contre, quatre enzymes issues d’autres bactéries génétiquement modifiées le sont par un arrêté du 1er février 1994.

Deux d’entre elles peuvent être utilisées pour l’hydrolyse de l’amidon ou de la production de bière ou d’alcool (une amylase de Bacillus licheniformis modifiée par recombinaison homologue et une alpha-amylase de B.licheniformis contenant le gène de Bacillus stearothermophilus). La troisième jouerait un rôle dans la panification et la production de sirops de maltose (une exoamylase maltogène de Bacillus subtilis contenant le gène de Bacillus stearothermophilus). Enfin, la quatrième inter-viendrait dans la fabrication de bière et d’alcool (une acétolactate décarboxylase de Bacillus subtilis contenant le gène de Bacillus brevis). Ces enzymes ont une autre particularité. Elles raccourcissent les chaînes d’amidon et agissent sur le rapport amylose-amylopectine, ce qui diminue la tendance au rassissement. Elles pourraient être utilisées dans la fabrication des pains tranchés et emballés qui ont tendance à rassir.