Новое исследование, опубликованное 19 ноября в журнале Trends in Biotechnology, сообщает о значительном прорыве в области пищевых технологий. Ученые применили инструмент генного редактирования CRISPR, чтобы существенно повысить эффективность производства белка грибом, одновременно сократив его воздействие на окружающую среду до 61% – примечательно, что это достижение было реализовано без введения чужеродной ДНК. Усовершенствованный гриб обладает вкусом, напоминающим мясо, и легче усваивается человеком, чем его исходный природный штамм.
«Это отвечает растущему спросу на более качественный и экологически устойчивый белок для питания, – отмечает Сяо Лю из Цзяннаньского университета в Уси, Китай, один из авторов исследования. – Мы успешно сделали гриб не только более питательным, но и более безвредным для окружающей среды, тонко настроив его гены».
Животноводство является значительным источником парниковых газов, на его долю приходится около 14% мировых выбросов. Оно также требует огромных объемов земли и пресной воды, ресурсы которых истощаются из-за изменения климата и человеческой деятельности. В свете этих вызовов микробные белки, получаемые из дрожжей и грибов, привлекают все большее внимание как многообещающая альтернатива мясу.
Среди множества изученных источников микопротеина гриб Fusarium venenatum стал заметным выбором благодаря своему естественному вкусу и текстуре, которые очень напоминают мясо. Он уже одобрен для употребления в пищу в нескольких регионах, включая Великобританию, Китай и США.
Несмотря на свои преимущества, Fusarium venenatum имеет толстые клеточные стенки, что ограничивает его усвояемость для человека. Кроме того, его производство требует значительных ресурсов. Даже для выращивания небольших объемов микопротеина необходимы существенные затраты, а споры культивируются в больших металлических резервуарах, заполненных богатым сахаром сырьем и дополнительными питательными веществами, такими как сульфат аммония. Лю и его коллеги поставили цель выяснить, можно ли с помощью CRISPR сделать этот гриб более легким для усвоения и более эффективным в выращивании, при этом избегая введения чужеродной ДНК в организм.
Для достижения этой цели исследователи удалили два гена, связанные с ферментами хитинсинтазой и пируватдекарбоксилазой. Удаление гена хитинсинтазы привело к уменьшению толщины клеточной стенки, что сделало внутренний белок более доступным для пищеварения. Делеция гена пируватдекарбоксилазы тонко настроила метаболизм гриба, снизив количество питательных веществ, необходимых для производства белка.
Анализ показал, что модифицированный штамм, получивший название FCPD, потреблял на 44% меньше сахара для производства того же количества белка, что и исходный штамм, и делал это на 88% быстрее.
«Многие считали выращивание микопротеина более устойчивым, но никто не задумывался о том, как снизить экологический след всего производственного процесса, особенно в сравнении с другими альтернативными белковыми продуктами», – комментирует Сяохуэй У из Цзяннаньского университета, соавтор исследования.
Затем команда оценила экологический след FCPD на протяжении всего его жизненного цикла – от лабораторных спор до инактивированных мясоподобных продуктов, в условиях промышленного производства. Они смоделировали производство в шести странах с различными энергетическими системами, включая Финляндию, которая в значительной степени зависит от возобновляемых источников энергии, и Китай, который больше полагается на уголь. В каждом смоделированном сценарии FCPD оказывал меньшее воздействие на окружающую среду, чем обычный Fusarium venenatum. В рамках полного жизненного цикла производство FCPD сократило выбросы парниковых газов до 60%.
Исследователи также сравнили воздействие производства FCPD с воздействием, связанным с выращиванием животных для пищи. По сравнению с производством курицы в Китае, FCPD требовал на 70% меньше земли и снижал потенциал загрязнения пресной воды на 78%.
«Генетически отредактированные продукты, подобные этому, могут удовлетворить растущие потребности в пище без экологических издержек традиционного сельского хозяйства», – заключает Лю.
Эта работа была поддержана Программой ключевых исследований и разработок Китая, Цзянсуским центром фундаментальных исследований синтетической биологии, Фондом естественных наук провинции Цзянсу и Программой инноваций в исследованиях и практической деятельности аспирантов провинции Цзянсу.
