Sous l’effet de la croissance démographique et du changement climatique, les besoins en protéines s’accroissent dans le monde, alors que les sources traditionnelles végétales et animales restent contraintes par l’usage des sols et la variabilité climatique. Les Protéines d'Organismes Unicellulaires (Single Cell Proteins) apparaissent prometteuses grâce à la forte productivité des micro-organismes. Ces enjeux concernent aussi l’exploration spatiale, où l’autonomie alimentaire des futures bases lunaires exigera le recyclage des déchets pour des protéines. Cela nécessitera de concevoir un système Support-Vie garantissant l’autonomie de l’équipage, notamment grâce à un recyclage des déchets de la base lunaire (excréments, urines ,CO2…) et à la recircularité de la matière afin de fournir aux astronautes eau et aliments, notamment des protéines. Les retombées attendues de ces recherches dépassent le seul cadre de l’exploration spatiale et s’inscrivent dans une dynamique d’innovation transdisciplinaire au service des enjeux contemporains sur Terre. Les technologies de recyclage-valorisation des déchets, conçues pour assurer l’autonomie d’une base lunaire, offrent des perspectives d’application directe dans la gestion durable des ressources sur Terre, notamment aux milieux isolés.
La production de SCP par Cupriavidus necator a été étudiée dès les années 1970 pour les missions spatiales. Sa croissance polyvalente en auto- et hétéro-trophie et la simplicité des milieux de culture (absence de vitamines) en font un candidat prometteur. Elle peut accumuler jusqu’à 75 % MS de protéines. En condition autotrophe, elle synthétise la RuBisCO, enzyme du cycle de Calvin, valorisable pour ses propriétés fonctionnelles, nutritionnelles et sa bonne digestibilité. Cette protéine est citée comme source de peptides bioactifs aux effets opioïdes, améliorant la mémoire, stimulant l’appétit, et antioxydants et antihypertenseurs. Sa biomasse commence à être commercialisée comme aliment pour animaux par Novo-Nutrients® et Kiverdi®, à partir de substrats gazeux. Une étude toxicologique récente a montré l’innocuité d’une poudre protéique dérivée de C. necator jusqu’à 3 g/kg pc/jour chez des rats Han:WIST.
Dans le cadre des projets Inter Carnot 3BCAR-QUALIMENT NutriPOU (2020-22), PAI-ANR-23-DIVP-0001 µO-PROT et des projets CNES-Spaceship.FR AstroPOU (2020-24) et Biomining (2025), nous avons pu démontrer le potentiel de cette bactérie à accumuler de fortes teneurs en protéine (>70% MS) sous différents régimes trophiques (hétéro- : sucres, acides gras volatils (AGV), organoauto- : formate, et lithoauto-trophie : CO2/H2). Nous avons établi le lien entre taux de croissance et teneurs en protéines, acides nucléiques et PolyHydroxyAlkanoates à partir d'un mélange d'AGV, mimant un effluent de digesteur anaérobie, tel envisagé dans un système de support vie spatial pour le traitement des déchets humains. Il a été révélé une flexibilité métabolique de C. necator vis-à-vis de l'oxygène, notamment sa capacité à réaliser la dénitrification aérobie, non décrite jusqu'à présent. Enfin, les SCP produites ont montré une très bonne digestibilité chez les rats, équivalente à celle de la caséine (collaboration PNCA). Ses teneurs en protéines élevées, notre capacité à réduire la teneur en acides nucléiques et PHA par le procédé, son régime trophique diversifié, sa flexibilité vis-à-vis de l'O2 permet à C. necator de s'inscrire dans les feuilles de route du CNES-Spaceship pour le développement de système de support vie. Il est important d'approfondir nos connaissances sur l'impact des différents régimes trophiques sur la production de SCP chez C. necator ( teneurs et composition) afin de valoriser tous les flux de carbone présents sur une base lunaire (AGV, CO2/H2).
La mixotrophie sera aussi étudiée pour évaluer le gain de performances en couplant les deux flux AGV et CO2/H2. Plus récemment, nous avons introduit dans notre recherche la possibilité d'intégrer les ressources locales dans le procédé de production de SCP. Cela revêt un intérêt majeur puisque toute matière première à apporter de la terre représente un coût considérable pour les missions spatiales longue durée. L'apport de simulant du Régolithe comme source deminéraux pour la constitution des milieux de culture pour C. necator a été étudié et les résultats prometteurs seront consolidés et approfondis au cours de la thèse. Cela permettra d'aborder la circularité du système de support-vie par la gestion des flux de matières Carbone, minéraux et eau qui ont été peu abordés jusqu'à présent.
Les questions scientifiques abordées seront les suivantes :
• Quel est l’impact du régime trophique bactérien sur la production de SCP?
• Est-il possible de supplanter certains apports nutritifs, par la source locale (Régolithe) pour la production de SCP ? Quel est le mode d'action bactérien pour extraire les minéraux du Régolithe ?
• Quel degré de circularité peut-on atteindre au sein du support-vie ?
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