Comment la foodomics pourrait améliorer les systèmes alimentaires mondiaux

Alors qu’elle effectuait un travail de terrain au Maroc, l’ethnobotaniste Selena Ahmed s’est rendu compte qu’elle devait poursuivre un doctorat en biologie. En 2003, elle était dans le pays pour terminer son mémoire de maîtrise sur le rôle de l’huile d’argan dans les moyens de subsistance de la communauté berbère. Les agriculteurs avec lesquels Ahmed s’est entretenu lui ont dit qu’ils pouvaient constater que la qualité de leurs huiles était affectée par les conditions environnementales dans lesquelles poussaient les arganiers. Pourrait-elle, en tant que scientifique, expliquer comment les composés bioactifs présents dans le pétrole évoluaient ?

« J’étais étudiant à la maîtrise dans un programme d’ethnobotanique, je n’avais donc absolument pas la capacité de fournir des données sur ce qui, dans les aliments, détermine la qualité des aliments », explique Ahmed. Elle est donc retournée aux études pour apprendre à caractériser et quantifier ces molécules biologiques. La prochaine étape semblait évidente à Ahmed : utiliser les outils qu’elle a appris lors de son doctorat et les utiliser dans son poste postdoctoral pour déterminer comment les composés bioactifs pourraient affecter la santé humaine. De là, elle est devenue professeur de systèmes alimentaires durables à la Montana State University.

Ahmed dirige désormais le Tableau périodique de l’Initiative alimentaire—un programme mondial visant à relier les pratiques agricoles aux différences dans la biochimie alimentaire. En établissant ces liens, dit-elle, l’organisation peut aider les producteurs alimentaires à faire des choix fondés sur des données afin de maximiser la qualité des aliments cultivés.

Fionna Samuels a parlé avec Ahmed de ce qu’est l’Initiative du Tableau Périodique des Aliments et de la manière dont elle vise à améliorer l’avenir des systèmes alimentaires. Cette interview a été éditée pour des raisons de longueur et de clarté.

Qu’est-ce qui vous a amené à vous impliquer dans l’initiative du Tableau périodique des aliments ?

J’ai entendu parler de l’Initiative sur le Tableau Périodique des Aliments alors qu’elle venait tout juste de démarrer. J’étais très enthousiasmé par le fait que le but de l’initiative était de développer des outils standardisés pour examiner les composants des aliments qui déterminent la qualité des aliments.

Être professeur et avoir un programme de recherche était vraiment enrichissant. Le seul aspect auquel j’aspirais également était de faire de la science à l’échelle mondiale. Et c’est exactement ce que proposait l’Initiative sur le Tableau Périodique des Aliments. Je suis venu au PTFI parce que cela répondait vraiment à ma mission et à ma vision de faire de la qualité des aliments une mesure centrale dans la façon dont nous gérons les systèmes alimentaires.

Maintenant, je suis le directeur mondial. Je ne suis donc plus du genre à aller à la ferme pour prélever des échantillons. Mon rôle consiste désormais à créer un magnifique écosystème de partenaires mondiaux qui dirigent ce travail.

À quelles questions la recherche PTFI tente-t-elle de répondre ?

Certaines de nos grandes questions de recherche sont : Qu’y a-t-il dans les aliments ? C’est en réalité une question à l’échelle de l’entreprise scientifique que nous nous posons au PTFI. Comment la composition des aliments varie-t-elle en fonction de facteurs environnementaux ? Donc variation basée sur les pratiques agricoles qu’un agriculteur peut avoir, le climat ou la météo à des moments précis, la biodiversité du système et la qualité des sols. Et enfin, quelles sont les implications de cette variation sur la qualité de nos aliments, tant pour les populations que pour la planète ? C’est vraiment penser à la gestion de la nourriture. Nous savons peut-être quels composés sont présents dans les aliments, mais quels sont leurs rôles réels dans le fonctionnement des systèmes agricoles ? Quel est l’impact pour nous, consommateurs de ces aliments, sur notre santé ?

Comment l’initiative tente-t-elle de répondre à ces questions ?

Nous avons certains projets de recherche dirigés par des chercheurs au sein de notre équipe interne, et nous avons d’autres projets de recherche dirigés par nos centres d’excellence internationaux. Nous avons un centre d’excellence sur chaque continent. Chacun utilise les outils foodomics standardisés que nous avons développés pour cartographier la qualité alimentaire de leur biodiversité comestible régionale et locale.

Il s’agit de l’analyse complète des composants d’un aliment à l’aide des technologies omiques. La foodomique a réellement été rendue possible grâce aux progrès de la spectrométrie de masse à haute résolution. Et les progrès de la puissance de calcul et de l’apprentissage automatique nous ont permis de comprendre les milliers de biomolécules présentes dans les aliments.

Ces biomolécules sont-elles différentes de celles que l’on trouve sur une étiquette alimentaire ?

Les macronutriments et les micronutriments figurant sur une étiquette sont des composants très importants de la teneur des aliments, mais ils ne représentent qu’une partie de ce qui s’y trouve. En plus de ce qui figure sur l’étiquette, des milliers d’autres composants ont un impact sur notre santé. Il y a ceux qui sont souvent reconnus dans les fruits et légumes pour avoir des pouvoirs anti-inflammatoires, antioxydants et autres pouvoirs protecteurs. Il existe également toutes sortes d’autres composants exogènes qui pénètrent dans les aliments au cours du processus agricole et qui pourraient avoir des effets néfastes sur notre santé. En fait, la base de données PTFI répertorie actuellement plus de 18 000 métabolites spécialisés et 420 000 protéines uniques dans les aliments couramment consommés.

Alors que notre société passe d’une insécurité alimentaire généralisée à un stade de maladie chronique liée à l’alimentation, il devient de plus en plus important de comprendre ce que pourraient être tous ces autres composants de l’alimentation.

Expliquez-moi à quoi ressemble le processus PTFI pour un aliment.

Dans le cadre d’une étude, nous souhaitons vraiment réfléchir à la façon dont la composition d’une pomme varie en fonction des pratiques agricoles. Ainsi, en plus de mesurer le contenu des aliments, nous développons des modules de métadonnées qui fournissent un contexte pour chaque échantillon.

Si nous voulons comprendre toutes les variations des pommes, nous aurons peut-être cinq champs différents où nos partenaires ont collecté des pommes. Pendant la collecte, ils enregistrent comment l’agriculteur a géré le champ spécifique et ils enregistrent quand la pomme a été récoltée. Ensuite, cet échantillon arrive à un laboratoire.

Aux États-Unis, nous travaillons avec deux laboratoires clés sur le traitement des échantillons, l’un à l’Université de Californie à Davis et l’autre à l’Université d’État du Colorado, dans le laboratoire de Jessica Prenni. Son équipe traitera l’échantillon, puis il sera analysé à l’aide de tous les outils multiomiques standardisés de PTFI : métabolomique, lipidomique, glycomique et ionomique.

La clé de ce processus, qui rend les outils de PTFI uniques, réside dans le fait que nous utilisons un ensemble de réactifs internes standardisés. Ainsi, les échantillons analysés dans le laboratoire de Prenni auront des données comparables si nous envoyons le même échantillon à nos collègues de l’UC Davis.

Ces données sont téléchargées dans notre pipeline de données standardisé, où nous sommes en mesure d’annoter et d’identifier automatiquement les composés présents dans un échantillon. Parce que nous disposons de métadonnées sur l’endroit où une pomme a été collectée et sur les pratiques agricoles qui y sont pratiquées, à mesure que nous continuons à intensifier cette recherche, nous pouvons commencer à identifier des pratiques agricoles spécifiques qui ont un impact notable sur la densité nutritionnelle ou la qualité finale de cette pomme. Ces données sont mises à disposition au Laboratoire de marqueurs et le Plateforme de médecine de précision de l’American Heart Association.

Comment voyez-vous cette recherche affecter les gens ?

Nous voulons vraiment impulser ce changement de paradigme dans la compréhension de la qualité des aliments et en faire un paramètre central de la gestion des systèmes alimentaires. Nous voulons vraiment faire progresser les méthodologies standardisées de la foodomique afin que les chercheurs du monde entier – chimistes, biologistes et autres – utilisent des méthodologies standardisées afin que les données puissent être compilées de manière harmonieuse.

Je pense que si nous faisons de la qualité des aliments un paramètre essentiel de la gestion des systèmes alimentaires, ceux-ci seront plus sains tant pour les populations que pour la planète.

À quoi espérez-vous que nos systèmes alimentaires ressembleront dans 50 ans – et au-delà ?

Je vois un avenir où tout le monde aura à manger à sa faim ; où la nourriture est sûre, nutritive, culturellement appropriée et délicieuse ; où les agriculteurs peuvent cultiver des aliments de manière à nourrir les écosystèmes locaux et à lutter contre les maladies liées à l’alimentation dans leurs communautés ; où nous exploitons le pouvoir de la nourriture en tant que ressource essentielle au bien-être humain et planétaire.