Transposer les nanoporteurs du secteur médical à la production agricole : une revue de littérature

Une équipe de chercheurs américains a récemment publié, dans Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, un état des lieux des nanotechnologies transposables de la médecine à l'agriculture. Ils se sont penchés sur la fonction de transport de principes actifs, via les « nanoporteurs », dans le secteur de la production végétale. Ils proposent une analyse avantages-inconvénients de la transposition de différentes solutions employées en médecine. Au-delà des applications émergentes en matière de traitements phytosanitaires ou de fertilisation, les nanoporteurs pourraient être utilisés pour l'amélioration des plantes, comme alternative à l'utilisation de virus pour l'incorporation de séquences génétiques au sein des cellules.

Ces technologies présentent donc de nombreuses opportunités en agriculture. Elles nécessitent cependant de porter une attention particulière au comportement à long terme de ces molécules dans l'environnement.

Représentation schématique du mode d'action potentiel d'un nanoporteur dans le cadre d'un traitement systémique visant à stimuler la réaction immunitaire de la cellule végétale

Source : Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

Source : Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

Nanotechnology in Agriculture and Food Science, Monique Axelos, Marcel Van der Woorde (eds.)

Ce recueil de 19 articles scientifiques signés de chercheurs internationaux présente une vue d'ensemble des différents usages possibles des nanotechnologies dans le domaine alimentaire. Il est coordonné par Monique Axelos, directrice scientifique alimentation et bioéconomie de l'Inra et Marcel Van der Woorde, professeur émérite de l'université de Delft.

En agriculture, le recours aux nanotechnologies permet de diminuer la quantité d'intrants chimiques en les rendant plus réactifs, encapsulés et ciblés sur un couple pathogène-plante. Dans l'agroalimentaire, différents systèmes peuvent contribuer à la salubrité des produits : emballages alimentaires qui, par effet barrière sur les gaz, inhibent la formation des bactéries, ou encore capteurs détectant des substances indésirables dans l'aliment (allergènes, contaminants). L'ouvrage aborde également la question des nanoparticules présentes dans les aliments : protéines naturelles, nanomatériaux organiques manufacturés encapsulant des micronutriments fragiles pour améliorer les qualités nutritionnelles ou organoleptiques, et enfin particules d'additifs alimentaires inorganiques pouvant se retrouver inopinément sous forme nanométrique.

Le recueil n'omet pas les dangers potentiels des nanotechnologies, en lien essentiellement avec les nanomatériaux inorganiques, et inclut des études de toxicologie, sur l'homme via le tractus gastro-intestinal, et sur l’environnement. Il souligne l'importance de l'analyse des risques, liée à la capacité des laboratoires à détecter et caractériser en routine les nanomatériaux.

La position de la Commission européenne en 2009, les présentant comme l'une des six technologies de pointe essentielles en 2020, est rappelée, ainsi que l'investissement dans ce domaine de nombreux pays, misant sur un effet positif sur la production agricole, le développement durable et le gaspillage alimentaire. Certains dispositifs sont déjà effectifs, d'autres encore au stade de la recherche.

Très technique mais complété par des illustrations, ce livre publié en langue anglaise est avant tout destiné à un lectorat professionnel : ingénieurs agronomes, chimistes de l’alimentation, toxicologues, écotoxicologues, administrations, industriels.

Madeleine Lesage, Centre d'études et de prospective

Lien : Wiley

Applications des nanotechnologies en agriculture et agroalimentaire

Une équipe de chercheurs universitaires américains et sri lankais propose, dans le numéro de juillet 2017 de Food Control, une revue de littérature sur l'utilisation des nanomatériaux inorganiques (non présents naturellement) en agriculture et agroalimentaire. Dans le cas des emballages alimentaires, les auteurs soulignent que les nanotechnologies facilitent l'approvisionnement en denrées fraîches et limitent le gaspillage alimentaire, via l'incorporation dans les emballages de substances actives qui ralentissent la multiplication bactérienne. Les nanomatériaux peuvent aussi être utilisés pour encapsuler des nutriments et maintenir leur stabilité sous différentes conditions environnementales (rayons UV, chaleur, pH). D'autres utilisations incluent la mise en place de capteurs permettant d'identifier les denrées corrompues, ou la purification de l'eau, particulièrement utile dans des pays en développement. Des effets des nanoparticules inorganiques ont également été identifiés en agronomie sur la croissance des plantes ou la germination de graines, en appliquant du zinc à l'échelle nanométrique.

Cependant l'utilisation en agroalimentaire des nanoparticules peut être controversée du fait des risques potentiels pour la santé. L'article se réfère à plusieurs études, faisant état de risques en cas de migration de nanoparticules incluses dans l'emballage, de risques environnementaux du fait de la dispersion des effluents, et enfin d'effets toxicologiques potentiels. Des chercheurs, suite à une expérimentation sur des rats, ont ainsi démontré que certains organes (poumons, reins et foie) pouvaient devenir des cibles de particules inférieures à 54 nanomètres. Cet article offre un panorama intéressant des possibilités offertes par les nanotechnologies en alimentation. Il met en valeur les aspects positifs, sans pour autant omettre les risques toxicologiques potentiels, encore relativement peu documentés. On peut noter enfin que les références scientifiques utilisées émanent essentiellement de pays (États-Unis, continent asiatique notamment) dont la réglementation et les enjeux vis-à-vis de ces composants diffèrent de ceux de l'Union européenne.

Madeleine Lesage, Centre d'études et de prospective

Source : Food Control

Lancement du projet NanoPack pour améliorer la conservation alimentaire

La veille scientifique et technologique de Diplomatie France a consacré un article, en avril, au projet NanoPack piloté par l'institut israélien Technion, auquel sont associés 18 pays européens (dont la France). Le consortium est soutenu, dans le cadre d'Horizon 2020, à hauteur de 7,7 millions d'euros. Ce projet de recherche, basé sur le recours aux nanotechnologies pour la fabrication d'emballages actifs antibactériens, prévoit l'utilisation de nanotubes de Halloysite, minéral proche de la silice, et la libération progressive d'huiles essentielles naturelles compatibles avec l'aliment. Ester Segal, coordinatrice du projet, estime qu'en inhibant la croissance bactérienne des germes présents dans l’aliment, ce procédé améliorera la sécurité sanitaire des produits et aura le double avantage de prévenir les intoxications alimentaires et de réduire le gaspillage.

Sources : Diplomatie France, Technion

Présence de nanoprotéines dans l’alimentation : est ce positif, négatif ou sans importance ?

Un article paru dans Food magazine le 14 octobre 2015 fait un point sur le recours aux nanotechnologies en agro-alimentaire. Le débat sur les nanotechnologies fait souvent écho, depuis des années, à celui sur les organismes génétiquement modifiés, et leur introduction dans l’environnement et la chaîne alimentaire inquiète parfois le consommateur. Or à ce jour le recours aux nanos en industrie agro-alimentaire est encore relativement peu fréquent.

Une étude néo-zélandaise, publiée sur cette question en 2014, rappelle d’abord que les nanos sont présentes à l’état naturel dans l’alimentation. En effet, les trois principaux composants alimentaires – protéines, glucides et lipides – existent à l’échelle nanométrique. On peut citer les protéines du lait, les caséines, qui se présentent sous forme de micelles (sphères de quelques nanomètres à quelques dizaines de nanomètres de diamètre), ou encore le collagène (présent en structures nanofibrillaires).

Toutefois, la question qui fait débat est celle de l’intérêt de l’usage de nanotechnologies manufacturées en agro-alimentaire, soit dans l’aliment proprement dit par introduction de nanoparticules lors du process de fabrication, soit au contact de l’aliment, sur l’emballage. Les nanoparticules présentent des propriétés intéressantes : certains types de nanocaséines pourraient faciliter l’assimilation de la curcumine, substance anticancéreuse présente dans l’épice curcuma. En revanche, d’autres nanosubstances, telles les fibrilles amyloïdes, doivent être considérées avec prudence compte tenu d’incertitudes sur leur innocuité.

L’étude conclut sur l’importance de disposer d’une liste des produits alimentaires du commerce contenant des nanomatériaux, qui pourrait être actualisée régulièrement par les agences sanitaires. À défaut de listes officielles, des enquêtes privées sont effectuées et, par exemple en 2014, un rapport de l’ONG Les amis de la terre avait mentionné la présence de nanomatériaux dans de nombreux aliments de consommation courante dont certains, comme les sucettes, destinés aux enfants.

Madeleine Lesage, Centre d’études et de prospective

Source : Food magazine

Les applications des nanotechnologies dans le système alimentaire

Food Research International, dans sa livraison de mars 2015, consacre une revue de littérature aux applications des nanotechnologies dans l’agro-alimentaire, « du champ à l’assiette ». Sont notamment mis en lumière, en agriculture de précision, des développements prometteurs sur le contrôle des apports au système racinaire et l’utilisation de nano-émulsions pour l’application des produits phytosanitaires et, dans les industries agro-alimentaires, le potentiel des nano-capteurs en matière de contrôle-qualité. Selon les auteurs, une évaluation réaliste de ce champ de recherche reste un exercice délicat. Certes, il est l’un des plus dynamiques dans la recherche sur les « nanos », vu le nombre de publications. Mais les stratégies d’appropriation pionnière par prise de brevet pèsent déjà sur la recherche fondamentale, tandis que les études toxicologiques mettent en avant à la fois des risques sérieux pour la santé humaine et un manque de méthodes d’évaluation appropriées.

Source : academia.edu

Photosynthèse et nanotechnologies

Une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a réussi à multiplier par trois l'activité photosynthétique de la plante Arabidopsis, ainsi qu'à la transformer en capteur de molécules chimiques pour détecter des substances présentes à l'état de traces. L'innovation tient dans l'introduction de nanotubes au sein des feuilles de la plante, ainsi que dans des chloroplastes, organite cellulaire dans lequel se produit la photosynthèse. Pour la détection de molécules, les chercheurs ont recouru à la capacité des nanotubes à modifier leur fluorescence en présence des éléments recherchés.

Source : Nature