Alimentation : avancées et défis de la métagénomique

Les rencontres Inra
Alimentation :
avancées et défis
de la métagénomique
Rencontre organisée par l’Institut national
de la recherche agronomique
en partenariat avec l’Association nationale
des industries alimentaires
dans le cadre
du Salon international de l’agriculture
Mercredi 29 février 2012
Stand Inra • Hall 3 • allée C • n°60
Parc des expositions de Paris • Porte de Versailles
Photos : © Inra
RÉSUMÉS DES INTERVENTIONS
P r o g r a m m e
10h
Introduction : la métagénomique vue par les industriels de l’agroalimentaire
Yves Bayon de Noyer, Président de la Commission Recherche de l’ANIA
10h25
Aliments carnés et bioconservation : les apports de la métagénomique
Marie-Christine Champomier-Vergès, UMR Microbiologie de l’alimentation au service
de la santé, Inra
10h45 u Discussion
animée par Gérard Corthier, Inra
11h
Food-Microbiome : la flore des fromages sous l’œil de la métagénomique
Pierre Renault, UMR Microbiologie de l’alimentation au service de la santé, Inra
11h20
Aliments, microbiote et santé : quelles perspectives ?
Christine Cherbut, directrice scientifique Alimentation,Inra
11h40 u Discussion
animée par Emmanuelle Maguin, chef du Département Microbiologie
et chaîne alimentaire, Inra
11h55
Conclusion
Marion Guillou, Présidente directrice générale de l’Inra
La métagénomique vue par les industriels
de l’agroalimentaire
YVES BAYON DE NOYER
• Président de la Commission
Recherche de l’ANIA
(Association nationale
des industries alimentaires)
Contact : Françoise Gorga
[email protected]
Le métagénome est le génome de l’ensemble des bactéries (= microbiote) qui habitent un
écosystème microbien.
Ce microbiote assure de grandes fonctions : effet barrière contre les bactéries pathogènes,
collecte d’énergie et stockage des lipides, production de vitamines, métabolisme des
fibres…
Connaitre les espèces présentes dans notre tube digestif n’est pas suffisant pour savoir ce
qu’elles font. En effet, les bactéries du microbiote du tractus digestif ne sont pas, pour la
plupart, cultivables et donc étudiables de façon classique. C’est donc le séquençage
génétique de ce métagénome qui est susceptible d’apporter des réponses.
L’étude du métagénome du tube digestif, qui représente environ 150 fois le génome
humain, est un enjeu scientifique majeur mais représente également un défi stratégique
pour les industriels de l’agroalimentaire.
Yves Bayon De Noyer, Président de la Commission Recherche de l’Association Nationale
des Industries Alimentaires (ANIA) présentera le point de vue des industriels sur
cette nouvelle approche de l’écologie microbienne en illustrant par des cas concrets les
perspectives offertes par cet outil qui permettra de mieux déchiffrer le dialogue
microbiote/aliment/hôte. ■
L’ANIA, Association Nationale des Industries Alimentaires, créée en juillet 1968,
est une association loi 1901 qui rassemble 22 fédérations nationales sectorielles et
18 associations régionales, représentatives des entreprises alimentaires de tous
secteurs et de toutes tailles. L’ANIA est le porte-parole de l’industrie alimentaire
française, premier secteur industriel français avec, en 2010, un chiffre d’affaires de
143.6 milliards d’euros. Constituée de 10 000 entreprises, pour la plupart des PME, elle
est le deuxième employeur industriel avec près de 400 000 salariés. Interlocuteur
privilégié des pouvoirs publics et des institutions, l’ANIA agit en cohérence et en
synergie avec ses membres dans le cadre de ses champs de compétences afin de
promouvoir l’industrie alimentaire française.
RENCONTRES
SIA 2012
Aliments carnés et bioconservation :
les apports de la métagénomique
MARIE-CHRISTINE
CHAMPOMIER-VERGÈS
• Directrice de recherches
à l’UMR Microbiologie
de l’alimentation au service
de la santé, Inra
Contact :
[email protected]
Les produits carnés sont extrêmement périssables : alors que le muscle est stérile, la viande
est inévitablement contaminée lors des étapes de production et de transformation. Assurer
la conservation des produits carnés nécessite donc de maîtriser leurs écosystèmes
microbiens. Cette conservation est traditionnellement basée sur des méthodes qui limitent
le développement microbien : basse température, atmosphère protectrice...
Utiliser de bonnes bactéries comme cultures protectrices pour mieux conserver les
aliments en limitant le développement de bactéries indésirables, sans altérer leurs
qualités, est proposé depuis plusieurs années. Ce concept de bioconservation, ou
biopréservation, n’est cependant que très peu utilisé. L’envisager de manière globale en
s’intéressant aux écosystèmes, en particulier aux écosystèmes complexes et variés des
produits carnés est maintenant possible grâce à la métagénomique qui s’appuie sur les
nouvelles technologies de séquençage à haut débit.
La métagénomique constitue un outil de choix pour répondre aux questions posées par la
bioconservation des produits carnés. Elle permet non seulement d’identifier et de décrire
les différentes espèces présentes dans des écosystèmes mais aussi de comprendre leurs
interactions, voire de les prédire. La caractérisation des écosystèmes, et en particulier des
flores d’altération, ainsi que leur dynamique au long des procédés de stockage est un
domaine peu étudié. Les connaissances génériques sur l’altération microbiologique sont
relativement faibles. Elles sont pourtant cruciales avec le développement continu et la mise
sur le marché de nouveaux produits et au regard des pertes économiques engendrées par
ces altérations.
Une étude métagénomique, centrée sur la caractérisation des écosystèmes bactériens
d’une sélection de produits carnés ou issus de la mer est en cours dans le cadre du projet
ANR Ecobiopro. Son but est d’identifier les flores d’altération de ces produits et l’impact
global de potentielles cultures protectrices. Par ailleurs, nos travaux sur Lactobacillus sakei,
une espèce bactérienne phare des produits carnés, ont montré son potentiel pour la
bioconservation de la viande fraîche. Ils montrent que la caractérisation génomique
approfondie de cette espèce ouvre la voie pour un pilotage raisonné des écosystèmes
carnés, dans le but d’améliorer la conservation de la viande. Dans ce cadre, la
métagénomique représente un atout pour rationaliser les pratiques de bioconservation et
aller vers l’innovation dans ce domaine. ■
RENCONTRES
SIA 2012
Food-Microbiomes : la flore des fromages
sous l’œil de la métagénomique
PIERRE RENAULT
• Directeur de recherches
à l’UMR Microbiologie
de l’alimentation au service
de la santé, Inra
Contact :
[email protected]
Les produits fermentés, comme le fromage, sont le résultat de la transformation par des
microorganismes d’une matière première (lait, végétaux, viandes…). Ces produits, élaborés
au moins depuis que l’homme exerce une activité pastorale, ont, en plus de leur propriété
de conservation et de nutrition, une forte valeur patrimoniale, reliant le produit à la terre
et sa culture. De fait, les fromages continuent d’être fabriqués à différents niveaux :
artisanat, coopérative, grandes productions industrielles. Alors que la plupart des
productions à grande échelle tendent à utiliser des microorganismes ajoutés, de
nombreuses productions reposent encore sur l’action de flores naturelles dont la
composition reste largement indéfinie. Les propriétés gustatives, aromatiques et
globalement hédoniques des fromages reposent sur l’action de microorganismes dont
certains restent peu caractérisés en termes de capacités technologiques et métaboliques.
Certains d’entre eux, fréquemment présents dans les produits fermentés, ne sont pas
présents dans les listes des microorganismes reconnus pour leur innocuité.
Le programme Food-Microbiomes, financé par l’ANR, a eu pour objectif de développer (i) un
outil d’étude globale de l’écosystème fromager pour en assurer la maitrise par les
producteurs, (ii) des connaissances génomiques sur des microorganismes alimentaires,
insuffisamment caractérisés pour être inclus dans les listes des microorganismes reconnus
pour leur innocuité et (iii) diffuser ces outils et connaissances aux professionnels.
La métagénomique est un outil d’étude globale qui utilise les nouvelles technologies de
séquençage à très haut débit, produisant des millions de séquences dont l’analyse permet
de reconstituer une image fine de l’écosystème, tels les millions de pixels des photos
numériques. Une cinquantaine d’échantillons de fromages industriels et traditionnels,
cœur ou surface ont été analysés par cet outil métagénomique. Ces échantillons
contiennent tous des microorganismes « hors-listes », qui, pour la plupart, sont autant de
candidats à un rôle dans l’élaboration de la qualité et de la typicité des fromages. Pour
combler ce vide dans nos connaissances, nous avons développé un programme de
génomique couvrant 150 espèces de bactéries alimentaires et 15 espèces de champignons
et levures, dont les Penicillium roqueforti et camemberti qui donnent respectivement
les veines bleues et le duvet blanc dans et sur nos fromages. Ces recherches vont permettre
de comprendre un processus de « domestication », c'est-à-dire comment certains
microorganismes de l’environnement se sont adaptés au milieu laitier, et parfois, comment
ils ont perdu certaines capacités non souhaitables dans la fabrication des aliments.
Le projet Food-Microbiomes ouvre de nouvelles perspectives d’exploitation des
microorganismes et de maitrise des écosystèmes des aliments pour l’élaboration de
produits sains, de qualité et riches de la valeur de nos terroirs. ■
RENCONTRES
SIA 2012
Aliments, microbiotes et santé :
quelles perspectives ?
CHRISTINE CHERBUT
• INRA, Directrice Scientifique
Alimentation
[email protected]
La définition de la santé par l’Organisation Mondiale de la Santé va au-delà de l’absence de
maladies et inclut la notion de bien-être. L’alimentation est sans aucun doute un facteur
important de la santé et du bien-être, à travers les trois dimensions qu’elle porte pour le
consommateur, à savoir le plaisir (goût ; convivialité), la santé (sûreté microbiologique et
chimique ; prévention des déficiences nutritionnelles et des surcharges énergétiques ;
diminution du risque des maladies chroniques), et la quête de sens (contextes culturels,
sociaux, économiques, religieux, etc.). Quelles sont les perspectives ouvertes par la
connaissance des microbiotes dans ce cadre ?
Sur la dimension « plaisir » des aliments, le rôle des écosystèmes microbiens dans la
construction des qualités sensorielles des aliments est connu depuis très longtemps. Audelà d’une maitrise accrue des services rendus par les microbiotes alimentaires, les
innovations à attendre pourraient être, par exemple, de nouvelles flaveurs.
Sur la dimension « santé », le potentiel est vertigineux et sera prochainement démontré
grâce à la mise en place d’une infrastructure de métagénomique, unique en Europe,
Métagénopolis (Jouy en Josas), soutenue par les Investissements d’Avenir. J’illustrerai ce
potentiel à travers deux exemples concernant le microbiote intestinal : de nouveaux
marqueurs de diagnostic permettant une approche plus personnalisée de la nutrition, et
de nouvelles pistes d’intervention alimentaire dans la prévention de l’obésité et des
maladies métaboliques.
Enfin, concernant la dimension que j’ai appelée « sens », les microbiotes seront des agents
impliqués dans la conception de nouveaux procédés technologiques pour mieux mettre
en valeur les qualités intrinsèques des matières premières, pour limiter l’impact
environnemental de la production et de la transformation des aliments et pour optimiser
l’utilisation des coproduits.
C’est pourquoi les microbiotes occuperont une place essentielle dans l’élaboration de
systèmes alimentaires durables, promoteurs de santé et de bien-être, et que l’amélioration
de la connaissance de leurs compositions, de leurs dynamiques et de leurs fonctions ouvre
de larges perspectives de progrès et d’innovations pour l’alimentation et la santé. ■
RENCONTRES
SIA 2012