Ученые создали супер-заряженный грибок, производящий почти вдвое больше белка

Фото из открытых источников

Ученые вырастили микроскопический грибок, превратив его в более эффективный и похожий на мясо съедобный белок, изменив всего два гена с помощью технологии редактирования генов CRISPR.

Группа исследователей из Университета Цзяннань удалила два гена из генома гриба Fusarium venenatum, используемого в заменителе мяса Quorn. Новый модифицированный гриб более питателен и менее ресурсоёмок, чем исходный штамм, и гораздо более ресурсоёмок, чем мясо. Авторы сообщили, что модифицированный штамм, который они назвали FCPD, производил на 88% больше белка, потребляя на 44% меньше питательных веществ, чем исходный гриб. Статья с результатами была опубликована в журнале Trends in Biotechnology.

«Мы успешно сделали гриб не только более питательным, но и более экологичным, изменив его гены», — говорит автор исследования Сяо Лю. Микробиолог из Государственного университета Кампинаса в Бразилии Андре Дамасио, не принимавший участия в исследовании, считает, что исследователи «очень преуспели» в повышении эффективности роста гриба.

По словам Дамасио, научного консультанта стартапа UpDairy, занимающегося производством микопротеина, такая эффективность может способствовать популяризации микопротеина среди потребителей за счёт снижения стоимости. «Уменьшение количества сахара напрямую снижает цену конечного продукта», — говорит он.

В то время как эксперты по климату призывают богатые страны сократить потребление мяса, необходимы альтернативные белки для сокращения выбросов мяса, способствующих потеплению планеты. Растения с высоким содержанием белка, такие как бобовые, являются наиболее эффективным источником белка, но грибной белок, также называемый микопротеином, может помочь потребителям отказаться от мяса, предлагая питательную альтернативу животному белку. Микопротеин отличается высоким содержанием белка и при этом содержит больше клетчатки, чем мясо.

Микроскопический гриб Fusarium venenatum культивируется для получения съедобного белка уже несколько десятилетий. Этот вид был впервые выведен в качестве съедобного белка в конце 1960-х годов британской компанией, которая искала новые источники белка для растущего населения планеты.

В промышленном производстве клетки гриба подкармливают сахаром и азотом, чтобы получить пастообразную массу, похожую на суп. Этот суп затем подвергают термической обработке и смешивают со связующим веществом, обычно яичным или картофельным белком, для получения приятной мясной текстуры. Микопротеин F. venenatum был одобрен для продажи в Великобритании в 1980-х годах и с тех пор продаётся под брендом Quorn, представляющим собой заменитель мяса.

Компания Quorn продемонстрировала, что микопротеин может быть коммерчески выгоден в умеренных масштабах. Британская материнская компания Quorn, Marlow Foods, сообщила о продажах в 2024 году, эквивалентных почти 250 миллионам долларов США, несмотря на падение на 9% в годовом исчислении на фоне снижения интереса потребителей к альтернативным белкам.

Рамона Чериапарамбил, ученый-пищевик и аспирант Массачусетского университета, рассказала, что до того, как микопротеин обретет стабильную широкую популярность, еще предстоит решить вопросы вкуса и текстуры, но методы редактирования генов CRISPR могут это изменить.

На это же надеются и исследователи из Университета Цзяннань. В новом исследовании они использовали CRISPR для удаления двух генов. Удаление первого из этих генов повысило эффективность гриба, потребляя меньше сахара для производства того же количества белка. Удаление второго гена уменьшило количество прочного хитина в клеточных стенках. Хитин — это молекула, присутствующая в клеточных стенках грибов и экзоскелетах насекомых и ракообразных. Уменьшение количества хитина делало клеточные стенки грибов тоньше, что позволяло человеку легче переваривать гриб и получать содержащийся в нем белок.

В другой недавней статье, опубликованной в журнале Food Research International, исследователи также проверили текстуру и усвояемость двух модифицированных штаммов F. venenatum, включая штамм FCPD.

Штамм FCPD обладал лучшим вкусом и текстурой, чем другой модифицированный штамм, благодаря более высокому содержанию жира. Кроме того, оба штамма продемонстрировали явное улучшение вкусовых качеств по сравнению с немодифицированным грибом. 27-летний доброволец, очень активный, жевал и выплевывал обжаренные образцы. Исследователи поместили пережеванную массу в машину для анализа текстуры, которая сдавливала и прокалывала образцы, измеряя их твердость, клейкость, упругость, сцепление, упругость, тягучесть и разжевываемость. Они обнаружили, что текстура обоих модифицированных штаммов очень напоминала куриную грудку.

В первой статье авторы провели подробный анализ воздействия различных методов производства белка на окружающую среду. Новый штамм гриба оказывал большее влияние на окружающую среду, чем растительный белок, но при этом превосходил немодифицированный гриб, мясо, выращенное на клеточных культурах, и куриное мясо.

Исследователи обнаружили, что по сравнению с производством куриного белка в Китае для производства белка из FCPD потребуется на 70% меньше земли и риск загрязнения пресной воды снизится на 78%. (К тому же курица генерирует относительно мало выбросов по сравнению с другими видами мяса, такими как говядина и баранина, которые исследователи не включали в свой анализ.) Колбаса, изготовленная из горохового белка, оказала наименьшее воздействие на окружающую среду среди всех исследованных белков.

Дамасио утверждает, что повышение эффективности демонстрирует эффективность CRISPR в отношении грибов. «Они сделали всего две делеции, всего две мутации и повысили эффективность процесса» примерно на 40%, говорит Дамасио. «Это поразительно — очень сложно добиться этого, используя классическую генетику или другие методы».

Чериапарамбил отмечает, что скептицизм в отношении генетически модифицированных продуктов питания остаётся серьёзным препятствием для их привлекательности для массового потребителя, но регулирующие органы, по крайней мере, ранее разрешали использование технологий CRISPR, поскольку они просто деактивируют гены без использования чужеродной ДНК. Именно поэтому Министерство сельского хозяйства США в 2016 году постановило, что штамм обычного гриба, модифицированный с помощью CRISPR, может стать первым подобным организмом, поступившим на рынок без прохождения экспертизы.

«Поскольку он более экологичен по сравнению с клеточным мясом и животными белками, у него определённо большой потенциал», — отмечает Чериапарамбил. «Но всегда есть возможность улучшить его индекс экологичности по сравнению с ингредиентами, которые оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, например, гороховыми белками».

Новые способы производства неживотного белка могут сыграть свою роль в отказе богатых стран от мяса в потреблении белка. Грибы, оптимизированные с помощью мощного и эффективного редактирования генов, могут стать ещё одним способом удовлетворить мировые потребности в белке.