Die wachsende Weltbevölkerung führt dazu, dass die Nachfrage nach Nahrungsmitteln stetig steigt, was zu einem erhöhten Bedarf an Proteinen für die Verwendung in Tierfutter führt. Insbesondere China ist mit einem gravierenden Mangel an Proteinquellen konfrontiert.
Obwohl China seit vielen Jahren weltweit führend in der Schweineproduktion und Aquakultur ist, ist es mit einem jährlichen Importvolumen von etwa 100 Millionen Tonnen und einer hohen Abhängigkeitsquote von über 80 % immer noch stark auf importierte Sojabohnen als Tierfutter angewiesen.
Daher ist die Entwicklung von Methoden zur schnellen und effizienten Produktion hochwertiger Proteine wichtig. Und die vielversprechendste Lösung liegt in der synthetischen Biologie-Technologie.
Es gibt mehrere Wege zur biologischen Proteinsynthese. Der einfachste Weg besteht darin, Nebenprodukte aus der Lebensmittel- und Agrarindustrie, wie Maislikör, Destilliergetreide und Reisstroh, durch den Prozess der mikrobiellen Transformation in höherwertige Proteinprodukte umzuwandeln.
Allerdings ist die Versorgung und Qualität dieser Nebenprodukte instabil, was die industrielle Produktion erschwert.
Chinesische Wissenschaftler haben eine kostengünstige Methode gefunden, Kohle in Protein für die Verwendung als Tierfutter umzuwandeln. (Foto: Shutterstock)
Ein weiterer bemerkenswerter Ansatz ist die industrielle Fermentation mit energieerzeugenden Chemikalien unter Verwendung von Methanol, das kostengünstig aus Kohle gewonnen wird.
Das erforschen Wissenschaftler des Tianjin Institute of Industrial Biotechnology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) unter der Leitung von Professor Wu Xin.
„Kohle, deren globale Reserven etwa 107.000 Milliarden Tonnen betragen, kann durch Kohlevergasung in Methanol umgewandelt werden. Methanol lässt sich gut mit Wasser mischen, bietet im Vergleich zu Gas eine hohe Fermentationseffizienz und erfordert keine spezielle Fermentationsausrüstung.“, schrieb Professor Wu in einem Artikel, der in der Zeitschrift China Science Bulletin veröffentlicht wurde.
Sein Team hat nun eine Technologie entwickelt, um Proteine kostengünstiger herzustellen als die herkömmliche Proteinbiosynthese. Diese Ergebnisse wurden am 17. November 11 in der von Experten begutachteten internationalen Fachzeitschrift Biotechnology for Biofuels and Bioproducts veröffentlicht.
„Die Forschung zur Synthese zellulärer Proteine aus Methanol begann in den 1980er Jahren und konzentrierte sich hauptsächlich auf die Stammauswahl und die Optimierung des Produktionsprozesses. Aufgrund der hohen Kosten können Methanol-Proteinfusionsprodukte jedoch nicht mit Sojaprotein konkurrieren und wurden nicht in großem Maßstab hergestellt.“, stellte Professor Wu in dem Artikel vor.
Um das Problem zu lösen, sammelte sein Team mehr als 20.000 Hefeproben aus Weinbergen, Wäldern und Feuchtgebieten in ganz China. Anhand dieser Proben identifizierten sie Stämme, die in der Lage sind, verschiedene Zucker und Alkohole effektiv als Kohlenstoffquellen zu nutzen, darunter der Hefestamm Pichia pastoris.
Durch die Entfernung spezifischer Gene im Wildstamm Pichia pastoris schufen sie dann eine Hefe mit Methanoltoleranz und stark verbesserter Stoffwechseleffizienz. Diese Technik hat das Ziel der Umwandlung von Methanol in Protein erheblich vorangebracht.
„Die Forscher erreichten mit ihrer modifizierten Pichia pastoris ein Trockenzellgewicht und einen Rohproteingehalt von 120 g/Liter bzw. 67,2 %. Und die Effizienz der Umwandlung von Methanol in Protein erreicht 92 % des theoretischen Wertes.“, heißt es in dem Bericht auf der CAS-Website.
Die hohe Umwandlungsrate macht diese Methode der Proteinproduktion wirtschaftlich sehr attraktiv.
Professor Wu sagte in dem Artikel: „Es erfordert keine Ackerfläche, ist unabhängig von Jahreszeit und Klima und ist tausendmal effizienter als herkömmliche Fermentationsmethoden. Darüber hinaus liegt der Proteingehalt in Mikroorganismen mit 40 bis 85 % deutlich über dem natürlicher Pflanzen.“
Diese Proteine enthalten außerdem ein vollständiges Spektrum an Aminosäuren, Vitaminen, anorganischen Salzen, Fetten und Kohlenhydraten, sodass sie in einer Vielzahl von Anwendungen teilweise Fischmehl, Soja, Fleisch und Magermilchpulver ersetzen können.
Das Forschungsteam hat mit der Umsetzung der Forschung im industriellen Maßstab begonnen und Tausende Tonnen Methanolprotein für Nutztiere produziert. Konkrete Partner werden nicht bekannt gegeben.
Mikrobielle Proteine sind sehr nahrhaft und frei von Allergenen wie Sojaproteine, was sie zu einer hervorragenden Proteinquelle macht. Allerdings sind derzeit nur wenige Produkte auf dem Markt.
Das amerikanische Unternehmen KnipBio nutzte gentechnisch veränderte Stämme, um aus Methanol KnipBio Meal, ein mit Fischmehl vergleichbares hochwertiges Futterprotein, herzustellen. Dieses Produkt hat die Sicherheitszulassung der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) erhalten.
Hoa Vu(Quelle: SCMP)
