يؤدي تزايد عدد سكان العالم إلى زيادة الطلب على الغذاء باستمرار، مما يؤدي إلى زيادة الطلب على البروتين لاستخدامه في علف الحيوانات. وعلى وجه الخصوص، تواجه الصين نقصا خطيرا في مصادر البروتين.
وعلى الرغم من تصدرها العالم في إنتاج الخنازير وتربية الأحياء المائية لسنوات عديدة، إلا أن الصين لا تزال تعتمد بشكل كبير على فول الصويا المستورد كعلف للحيوانات، حيث يبلغ حجم وارداتها السنوية حوالي 100 مليون طن ونسبة اعتماد عالية تتجاوز 80%.
لذلك، من المهم تطوير طرق الإنتاج السريع والفعال للبروتينات عالية الجودة. والحل الواعد يكمن في تكنولوجيا البيولوجيا التركيبية.
هناك عدة مسارات لتخليق البروتين البيولوجي. إن أبسط طريقة هي تحويل المنتجات الثانوية من الصناعات الغذائية والزراعية، مثل سائل الذرة، وحبوب التقطير، وقش الأرز، إلى منتجات بروتينية ذات قيمة أعلى من خلال عملية التحول الميكروبي.
ومع ذلك، فإن هذه المنتجات الثانوية العرض والجودة غير مستقرة، مما يجعل الإنتاج الصناعي صعبا.
اكتشف علماء صينيون طريقة منخفضة التكلفة لتحويل الفحم إلى بروتين لاستخدامه كعلف للحيوانات. (الصورة: شترستوك)
وهناك نهج آخر ملحوظ يتضمن التخمير الصناعي باستخدام مواد كيميائية لتوليد الطاقة، باستخدام الميثانول، المشتق من الفحم بتكلفة زهيدة.
هذا ما يبحث عنه علماء من معهد تيانجين للتكنولوجيا الحيوية الصناعية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، بقيادة البروفيسور وو شين.
"يمكن تحويل الفحم، الذي يبلغ احتياطيه العالمي حوالي 107.000 مليار طن، إلى ميثانول من خلال تغويز الفحم. ويمتزج الميثانول جيداً مع الماء، مما يوفر كفاءة تخمير عالية مقارنة بالغاز ولا يتطلب استخدام معدات تخمير متخصصة."، كتب البروفيسور وو في مقال نشر في مجلة China Science Bulletin.
وقد طور فريقه الآن تقنية لإنتاج بروتينات أرخص من التخليق الحيوي للبروتين التقليدي. تم نشر هذه النتائج في المجلة الدولية التي راجعها النظراء التكنولوجيا الحيوية للوقود الحيوي والمنتجات الحيوية في 17 نوفمبر 11.
"بدأت الأبحاث حول تخليق البروتينات الخلوية من الميثانول في الثمانينيات، مع التركيز بشكل أساسي على اختيار السلالة وتحسين عملية الإنتاج. ومع ذلك، ونظرًا لارتفاع تكاليفها، لا يمكن لمنتجات دمج بروتين الميثانول التنافس مع بروتين الصويا ولم يتم إنتاجها على نطاق واسع.، قدم البروفيسور وو في المقال.
ولحل المشكلة، جمع فريقه أكثر من 20.000 ألف عينة خميرة من مزارع الكروم والغابات والأراضي الرطبة في جميع أنحاء الصين. ومن تلك العينات، حددوا سلالات قادرة على استخدام السكريات والكحوليات المختلفة بشكل فعال كمصادر للكربون، بما في ذلك سلالة الخميرة Pichia Pastoris.
وبعد ذلك، ومن خلال إزالة جينات محددة في سلالة Pichia Pastoris البرية، قاموا بتكوين خميرة تتحمل الميثانول وتعزز كفاءة التمثيل الغذائي بشكل كبير. لقد ساهمت هذه التقنية بشكل كبير في تطوير هدف تحويل الميثانول إلى بروتين.
"حقق الباحثون وزنًا جافًا للخلية ومحتوى بروتين خام قدره 120 جم/لتر و67,2% على التوالي، باستخدام Pichia Pastoris المعدل. وتصل كفاءة تحويل الميثانول إلى بروتين إلى 92% من القيمة النظرية.وقال التقرير على موقع CAS.
معدل التحويل المرتفع يجعل طريقة إنتاج البروتين هذه جذابة اقتصاديًا.
قال البروفيسور وو في المقال: "إنها لا تتطلب أرضًا صالحة للزراعة، ولا تتأثر بالموسم والمناخ، وهي أكثر كفاءة بآلاف المرات من طرق التخمير التقليدية. علاوة على ذلك، يتراوح محتوى البروتين في الكائنات الحية الدقيقة من 40 إلى 85%، وهي نسبة أعلى بكثير من تلك الموجودة في النباتات الطبيعية.
تحتوي هذه البروتينات أيضًا على مجموعة كاملة من الأحماض الأمينية والفيتامينات والأملاح غير العضوية والدهون والكربوهيدرات، مما يسمح لها باستبدال دقيق السمك وفول الصويا واللحوم ومسحوق الحليب منزوع الدسم جزئيًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات.
وقد بدأ فريق البحث في تنفيذ الأبحاث على نطاق صناعي، لإنتاج آلاف الأطنان من بروتين الميثانول للماشية. لم يتم الكشف عن شركاء محددين.
البروتينات الميكروبية ذات قيمة غذائية عالية وخالية من مسببات الحساسية مثل بروتينات الصويا، مما يجعلها مصدرًا ممتازًا للبروتين. ومع ذلك، لا يوجد حاليا سوى عدد قليل من المنتجات في السوق.
استخدمت شركة KnipBio الأمريكية سلالات معدلة وراثيا لإنتاج وجبة KnipBio، وهي بروتين علفي عالي الجودة يمكن مقارنته بمسحوق السمك، من الميثانول. حصل هذا المنتج على موافقة السلامة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA).
هوا فو(المصدر: SCMP)
