En réponse à l'épuisement des stocks de poissons et à l'augmentation de la production aquacole mondiale, la recherche et le développement autour des protéines unicellulaires (PUC) progressent en tant qu'ingrédient alternatif pour remplacer la farine de poisson dans l'alimentation des animaux d'aquaculture et autres animaux d'élevage. Toutefois, ce regain d'intérêt ouvre également la voie à l'utilisation des protéines unicellulaires dans les applications alimentaires. À mesure que les protéines unicellulaires deviennent plus pertinentes pour les producteurs d'aliments pour animaux et de denrées alimentaires, il sera important de distinguer les développeurs en fonction de leurs capacités techniques et de leurs approches du marché.
Lux a récemment publié un rapport sur l'impact stratégique de la synbio et a identifié quatre éléments clés permettant de se différencier dans les applications de la biologie synthétique. Ces éléments clés sont la matière première, le micro-organisme, l'infrastructure de production, le produit et le marché. À l'aide de ce cadre, cet aperçu examine plusieurs développeurs de PCS ciblant les industries de l'alimentation animale et humaine et s'appuie sur ces informations pour souligner les préoccupations supplémentaires que les clients devraient prendre en compte pour chaque élément clé.
Éléments clés de la réussite de synbio
Matières premières : Avez-vous accès à une matière première bon marché ?
- Les microbes métabolisent des composés organiques simples comme les sucres, les alcools, les acides organiques et les hydrocarbures. La production nécessite souvent la proximité d'une source d'alimentation en gaz (usines d'éthanol, gaz de combustion et biogaz dérivé de déchets agricoles) afin de minimiser les coûts de production inutiles. L'utilisation du méthane ou duCO2 comme matière première offre aux producteurs de ces gaz un moyen de réduire leurs émissions totales de gaz à effet de serre. Les sucres de première et de deuxième génération, l'amidon, la cellulose ou la biomasse ligneuse sont d'autres substrats potentiels pour la SCP. Cependant, la biomasse ligneuse doit être prétraitée pour la séparer en lignine, hémicellulose et cellulose avant de convertir l'hémicellulose en xylose et la cellulose en glucose.
Micro-organisme : Quelles sont les performances de votre micro-organisme par rapport à celles de ses concurrents ?
- Les MCS proviennent de bactéries, de levures ou d'autres champignons. Les bactéries sont généralement plus riches en protéines (50 à 80 %) que les levures (40 à 60 %) ou les champignons et ont des taux de croissance plus rapides.
- Les concurrents explorent l'utilisation de l'évolution dirigée et de la modification génétique pour optimiser les caractéristiques commerciales ou les attributs fonctionnels, y compris le taux de conversion de la biomasse, la consistance du produit et la composition nutritionnelle. La modification génétique des ingrédients qui comprennent des cellules entières ou des lysats de cellules entières fait l'objet d'un examen réglementaire minutieux.
Infrastructure de production : Non seulement la capacité est importante, mais la stratégie de propriété l'est tout autant (construction/propriété/exploitation ou fabrication à façon).
- Peu de producteurs de SCP ont atteint une production à grande échelle en raison notamment des coûts d'investissement élevés (les coûts de construction d'une installation typique se chiffrent en centaines de millions de dollars) et des difficultés liées à la validation du produit sur les marchés cibles. Lux s'est récemment entretenu avec Bryan Tracy, PDG de White Dog Labs, qui a déclaré que les développeurs doivent être en mesure de produire suffisamment de protéines à l'échelle pilote pour pouvoir réaliser des tests approfondis et des essais d'alimentation, avant la vente des premiers produits. D'après les discussions de Lux avec les innovateurs SCP, un objectif approprié pour la production à grande échelle est de 10 000 tonnes métriques par an (MT/Y).
Produit et marché : Que vendez-vous et à quel prix ?
- La principale stratégie des producteurs de SCP consiste à cibler l'alimentation, en particulier en tant qu'alternative durable à la farine de poisson. Des essais d'alimentation et des tests réussis favorisent l'approbation réglementaire.
- L'application des MCS en tant qu'ingrédient alimentaire devra surmonter les difficultés liées à la perception du public et surmonter les obstacles réglementaires incertains (c'est-à-dire l'autorisation d'un nouvel aliment). Les producteurs de MCS devront non seulement être à la hauteur en termes de goût, d'appétence, de coût et de qualité, mais aussi démontrer leurs avantages concurrentiels (durabilité et profil nutritionnel) par rapport à d'autres protéines alternatives actuellement présentes sur le marché de l'alimentation humaine. La progression de l'agriculture cellulaire et d'autres aliments fermentés pourrait favoriser la transition de l'état d'esprit du public vers une acceptation généralisée des MCS dans l'alimentation.
Différencier les concurrents par des éléments clés
Dans la figure ci-dessous, nous distinguons plusieurs développeurs de MCPD ciblant les industries de l'alimentation humaine et animale en fonction de quatre éléments clés : matières premières, micro-organismes, infrastructure de production, produit et marché. Sur la base de cette comparaison, nous résumons les conclusions à tirer pour chaque élément clé et examinons les autres préoccupations ci-dessous.
Fig. 1. Comparaison des éléments clés vus par les développeurs de protéines unicellulaires ciblant les aliments pour animaux et les denrées alimentaires
La disponibilité des matières premières sera primordiale
Les matières premières bon marché pour la production de SCP sont généralement des sous-produits de processus industriels. Par exemple, KnipBio affirme avoir développé son système pour utiliser les solubles de distillerie condensés, un sous-produit de la fermentation de l'éthanol, afin d'atteindre un coût compétitif par rapport à celui de la farine de poisson. D'autres concurrents utilisent des émissions brutes provenant d'installations de fabrication de ciment ou de raffineries de pétrole. À cette fin, les partenariats stratégiques au sein des industries produisant des sous-produits compatibles, comme l'industrie de l'énergie, sont essentiels. Le soutien récent des gouvernements fédéraux et des acteurs du secteur pétrolier et gazier(BP Ventures) laisse penser que les développeurs de PCD trouveront une certaine stabilité dans l'approvisionnement en matières premières.
Les systèmes utilisant leCO2 comme matière première nécessitent également de l'hydrogène gazeux comme source d'énergie microbienne. Les sources d'hydrogène comprennent l'électrolyse de l'eau, qui est le composant le plus coûteux en raison des prix élevés de l'électricité aujourd'hui (voir la page technique sur l'électrolyse de l'eau), ou un sous-produit de la production de béton. Solar Foods prévoit de s'approvisionner en hydrogène généré par l'électrolyse de l'eau alimentée par l'énergie solaire ; cependant, la forte consommation d'énergie du système peut poser des problèmes importants à grande échelle.
Le développement de souches avancées mène à l'optimisation commerciale
Les développeurs de SCP sélectionnent et optimisent les souches microbiennes en fonction de leur taux de croissance et de leur teneur en protéines. À l'heure actuelle, la souche spécifique est moins importante que les efforts déployés par un développeur pour optimiser les caractéristiques des souches. Cela est particulièrement évident pour les applications destinées à l'alimentation humaine, qui n'ont pas encore adopté une plate-forme de production microbienne reconnue. Cela peut être dû à la familiarité de la fermentation traditionnelle à l'aide de levures ou à l'idée fausse des consommateurs selon laquelle la consommation de bactéries est dangereuse.
Les produits destinés à l'alimentation humaine et animale ne sont pas actuellement produits à partir d'organismes transgéniques, mais les développeurs explorent les possibilités futures d'améliorer les caractéristiques clés telles que la conversion des nutriments grâce à ces méthodes (par exemple, String Bio, NovoNutrients, Kiverdi).
L'infrastructure de production différencie la concurrence
Calysta et Unibio sont des leaders de la production à grande échelle (plus de 10 000 tonnes par an dans les deux cas) et ont conclu des partenariats qui stimuleront la croissance. Les plates-formes de production des deux entreprises sont facilement extensibles grâce à la technologie du réacteur en boucle qui permet d'obtenir en permanence une utilisation élevée des matières premières gazeuses. Elles revendiquent également une consommation d'énergie et des coûts inférieurs à ceux des réservoirs agités traditionnels.
Bien que les entreprises qui utilisent leCO2 comme matière première identifient des partenaires stratégiques, ces technologies n'ont pas encore fait leurs preuves au niveau commercial. Les coûts d'investissement élevés, associés à la dépendance à l'égard de l'hydrogène gazeux en tant que source d'énergie, peuvent justifier une évaluation technique et économique plus approfondie. Cela dit, des concurrents solides identifient l'accès aux intrants gazeux et aux capitaux. C'est le cas de NovoNutrients, qui a récemment rejoint le programme Catalyst de Chevron Technology Ventures.
Les développeurs White Dog Labs et Arbiom, qui utilisent tous deux des matières premières dérivées de la cellulose, passent actuellement à la production à l'échelle commerciale. Les deux entreprises ont mené des tests approfondis sur leurs ingrédients protéiques et ont obtenu des résultats prometteurs en matière de nutrition et de durabilité.
Cibler le marché de l'alimentation humaine sera un chemin plus difficile vers la commercialisation.
Les MCS continuent de susciter l'intérêt pour des applications dans l'alimentation aquacole, les entreprises validant leurs produits auprès de l'industrie (par exemple, Calysta et Thai Union Group).
Solar Foods, Sustainable Bioproducts et Air Protein de Kiverdi se concentrent uniquement sur la production d'ingrédients protéiques destinés à l'alimentation humaine. Ces développeurs restent à un stade précoce et n'ont pas atteint une production à grande échelle ou une approbation réglementaire. Solar Foods peut avoir une avance marginale sur les autres grâce à sa collaboration avec des acteurs de l'industrie alimentaire pour déterminer les performances des SCP dans différentes applications alimentaires.
Conclusion
Étant donné que la CPD dans les applications alimentaires est confrontée à des défis plus importants en matière de réglementation et de perception du public que dans l'alimentation animale, il faut s'attendre à ce que les développeurs valident leurs produits et surmontent les obstacles à la commercialisation à des rythmes différents. Toutefois, les développeurs qui réussiront à cibler l'une ou l'autre industrie seront ceux qui auront accès à des partenaires potentiels pour les flux de déchets et qui passeront à l'échelle supérieure. De même, les entreprises disposant d'un approvisionnement en matières premières, de flux de déchets applicables ou d'une capacité de fermentation devraient chercher à exploiter le programme SCP. C'est maintenant qu'il faut s'engager dans la voie de la CPD, car la demande future en protéines l'exigera.
