Кажется, это не так очевидно, когда вы проходите мимо рядов упакованных в вакуум индеек Butterball в супермаркете, но мир находится на пороге нехватки белка. Ожидается, что глобальный спрос на животный белок удвоится к 2050 году. Хотя альтернативы на растительной основе существуют, в последние годы интерес к ним снизился.
Одним из возможных решений проблемы нехватки белка может стать генетически отредактированный гриб.
Используя технологию редактирования генов CRISPR, исследователи из Университета Цзяннань в Китае взяли гриб, который уже используется в качестве альтернативы мясу (Fusarium venenatum), и изменили его ДНК, чтобы облегчить его переваривание и сделать производство менее ресурсоёмким.
Если довести этот процесс до промышленных масштабов, можно получить генетически модифицированный гриб, который по вкусу напоминает мясо и может иметь меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционное животноводство или даже «выращенное в лаборатории» мясо из культивированных клеток. Результаты исследования опубликованы сегодня в журнале Trends in Biotechnology.
«Мы успешно сделали гриб не только более питательным, но и более экологичным, изменив его гены, — говорится в заявлении соответствующего автора и доцента Университета Цзяннань Сяо Лю. — Генетически отредактированные продукты питания могут удовлетворить растущий спрос на продукты питания без экологических издержек традиционного сельского хозяйства».
Получение белка из грибов
Получение белковых альтернатив из грибов и других микроорганизмов — не новость. Процесс обычно включает в себя отбор микроорганизма и его выращивание в стальном биореакторе. Попав внутрь биореактора, его снабжают постоянным запасом питательных веществ — обычно это комбинация сахаров и минералов. Со временем эта смесь превращается в большую белковую биомассу, которая часто выглядит как вязкая слизь или мягкое хлебное тесто, в зависимости от микроорганизма.
Даже если это звучит не очень аппетитно, полученную биомассу можно переработать в различные продукты с высоким содержанием белка. В отличие от выращивания крупного рогатого скота или свиней, культивирование микроорганизмов не зависит от сезонов или колебаний температуры. Оно также может быть более устойчивым, поскольку производство животных белков может составлять около 37 процентов мировых выбросов парниковых газов.
Первый коммерческий продукт с микробным белком — вид корма для животных под названием Pruteen — появился ещё в 1970-х годах. Сегодня в продуктовых магазинах доступны несколько других разновидностей для потребления человеком.
Сила Fusarium veneatum
Когда дело доходит до создания альтернатив с использованием грибов, инженеры давно отдают предпочтение Fusarium venenatum для производства белка, поскольку он имеет текстуру, напоминающую мясо. Но процесс производства не идеален. У этого гриба толстые клеточные стенки, которые затрудняют его переваривание человеком, и для его выращивания в биомассу, полезную в качестве альтернативы белку, требуется значительное количество ресурсов. Это проблема, особенно если привлекательность микробного белка частично связана с уменьшением воздействия на окружающую среду, связанного с традиционным животноводством.
Именно здесь на помощь приходит сила CRISPR. Лю и его коллеги хотели выяснить, смогут ли они идентифицировать и «выключить» определённые гены в ДНК гриба, чтобы одновременно повысить его усвояемость и общую эффективность производства. Им потребовалось некоторое время, чтобы найти нужные мишени, но в конце концов они удалили гены, связанные с ферментами хитинсинтазой и пируватдекарбоксилазой.
Устранение ферментов, связанных с хитинсинтазой, снизило целостность клеточной стенки гриба, облегчив его переваривание. Между тем удаление ферментов, связанных с пируватдекарбоксилазой, настроило метаболизм гриба, сократив количество питательных веществ, необходимых для производства белка.
Этот новый отредактированный штамм ДНК требовал на 44 процента меньше сахара для производства того же количества белка, что и негенетически изменённый штамм. Он также мог производить белок на 88 процентов быстрее, чем исходная версия. Используя эти цифры в качестве отправной точки, команда смоделировала воздействие на окружающую среду при производстве своего гриба в промышленных масштабах по сравнению с традиционным животным белком.
Хотя существует множество факторов, таких как тип сельскохозяйственной инфраструктуры, доступной для конкретных стран, исследователи сообщили, что их генетически изменённый штамм потребует на 70 процентов меньше земли для производства того же количества белка, что и куры.
«В совокупности эта работа предоставляет убедительные доказательства того, что технология CRISPR/Cas является мощным инструментом для редактирования генов, который может одновременно улучшить питательные свойства и устойчивость микробного белка, что будет способствовать долгосрочному развитию индустрии альтернативных белков», — пишут исследователи в статье.
Сокращение потребления мяса — дело непростое
Эти новые открытия появились в период быстрых изменений в области белковых альтернатив. Хотя популярные продукты из мяса на растительной основе, такие как продукты компаний Beyond Meat и Impossible Foods, в середине 2010-х годов имели большой коммерческий успех, в последнее время продажи этих брендов снизились. Они также столкнулись с растущей критикой, оправданной или нет, за содержание более высоких уровней натрия и других добавок по сравнению с животным белком.
Культивируемое мясо, под которым подразумевается животный белок, выращенный в лаборатории из клеток животных, привлекает всё больше внимания и миллиарды инвестиций. Покупателям также любопытно: опрос, проведённый Университетом Пердью в 2024 году, показал, что две трети респондентов заявили, что попробовали бы культивируемое мясо или курицу в ресторане.
Несмотря на то что этот вид культивируемого белка всё ещё далёк от массового производства (производство одного лабораторного куриного наггетса в настоящее время обходится примерно в 50 долларов), он уже сталкивается с негативной реакцией. В Соединённых Штатах несколько штатов, включая Флориду и Миссисипи, уже приняли законы, запрещающие производство или продажу культивируемого мяса. Это не только американская тенденция. В прошлом году Италия официально стала первой страной, запретившей производство, продажу или импорт культивируемого мяса или кормов для животных.
Всё это говорит о том, что у ферментированных микробных альтернатив мясу, таких как грибы, могут быть серьёзные барьеры, которые необходимо преодолеть, особенно в условиях стремительного роста глобального спроса на богатые белком диеты. Более широкое использование генетически отредактированных грибковых продуктов может означать сокращение земель и ресурсов, выделяемых для животноводства, и сокращение количества животных, которые живут свои последние дни на скотобойне.