Comprendre les transitions de phase des protéines de réserve végétales – MICROSEED

Le projet MICROSEED a pour objectif d’étudier l'assemblage, le comportement de phases et les transitions à l’état solide des protéines de réserve des plantes. Dans les graines, ces protéines jouent un rôle essentiel de réserves, s'accumulant sous forme de phases denses, souvent vitreuses, afin d’assurer leur stabilité pendant la dormance. Lors de la germination, elles se réhydratent et deviennent accessibles à l’hydrolyse enzymatique, fournissant ainsi les acides aminés nécessaires à la croissance des plantules. Cependant, les mécanismes et les structures qui sous-tendent ces transitions structurales au cours des processus de dessiccation et de réhydratation restent encore mal compris, limitant notre compréhension des processus de stockage et de mobilisation des nutriments. Dans les applications alimentaires, les protéines végétales sont de plus en plus utilisées comme alternatives durables aux protéines animales. Toutefois, leurs propriétés fonctionnelles, telles que leur solubilité, leurs propriétés émulsifiantes, moussantes et de gélification, dépendent fortement de leur état structural et de leur comportement de phase. Comprendre comment les protéines végétales s’assemblent, changent d’état et réagissent à la déshydratation/l’hydratation est essentiel pour optimiser leur performance dans les formulations alimentaires, en particulier dans les procédés impliquant le séchage et la réhydratation.
En s’appuyant sur les concepts et les outils de la physique de la matière molle et des technologies de microfluidique, le projet vise à établir des diagrammes de phase des protéines végétales, cartographiant leurs transitions entre différents états (gaz, liquide, gel, cristal, verre). Ce travail sera couplé à une modélisation numérique afin de décrire les interactions et les forces motrices à l’origine de ces transitions de phase. Pour atteindre cet objectif, le projet MICROSEED réunit l’expertise de quatre partenaires : l’unité BIA (Biopolymères, Interactions & Assemblages), spécialisée en physicochimie et biochimie des protéines végétales ; le LOF (Laboratoire du Futur), expert en microfluidique et en physique de la matière molle ; le LGC (Laboratoire de Génie Chimique), spécialiste en physique des colloïdes et en modélisation numérique des fluides complexes ; et l’UMR STLO (Science et Technologie du Lait et de l’Œuf), spécialisée dans le comportement des protéines en milieux denses, avec une expertise sur le séchage des protéines de lait et d’œuf. La stratégie du projet repose sur le développement de systèmes microfluidiques in vitro permettant une modulation précise de la concentration en protéines et des conditions physico-chimiques, afin d’explorer de manière contrôlée les transitions de phase des protéines et leurs dynamiques associées. L’étude portera, d’une part, sur les transitions structurales se produisant lors de la modulation de la qualité du solvant, depuis des conditions optimales jusqu’à celles imitant la physiologie des graines, et d’autre part, lors de la modulation de la concentration protéique au travers de cycles de compression/décompression osmotique. Cette approche sera appliquée à six modèles de protéines contrastés, représentatifs de la diversité des protéines de réserve végétales. L’intégration de la modélisation numérique affinera notre compréhension des transitions thermodynamiques des protéines, en prédisant leurs potentiels d’interaction et leurs comportements d’assemblage. Le projet générera un ensemble de données unique, combinant des résultats expérimentaux et théoriques, couvrant aussi bien des protéines individuelles que des mélanges, dans des conditions pertinentes pour la biologie des graines et les applications alimentaires. Enfin, MICROSEED établira une base de données en libre accès pour caractériser de manière systématique les protéines alimentaires, au service à la fois de la recherche académique et de l’industrie pour optimiser leur utilisation dans les formulations.