چین زغال سنگ را به پروتئین تبدیل می‌کند

افزایش جمعیت جهان منجر به افزایش تقاضا برای غذا شده است که این امر منجر به افزایش تقاضا برای پروتئین جهت استفاده در خوراک دام شده است. به ویژه چین با کمبود جدی منابع پروتئینی مواجه است.

با وجود اینکه چین سال‌هاست در تولید خوک و آبزی‌پروری پیشرو جهانی است، اما همچنان به شدت به سویای وارداتی برای خوراک دام وابسته است و سالانه حدود ۱۰۰ میلیون تن سویا وارد می‌کند و نسبت وابستگی به آن بیش از ۸۰ درصد است.

بنابراین، توسعه روش‌هایی برای تولید سریع و کارآمد پروتئین‌های با کیفیت بالا از اهمیت بالایی برخوردار است و امیدوارکننده‌ترین راه‌حل در زیست‌شناسی مصنوعی نهفته است.

چندین مسیر برای سنتز پروتئین‌های زیستی وجود دارد. ساده‌ترین آنها تبدیل محصولات جانبی صنایع غذایی و کشاورزی ، مانند مایع خیسانده ذرت، غلات تقطیر شده و کاه برنج، به محصولات پروتئینی با ارزش بالاتر از طریق تبدیل میکروبی است.

با این حال، عرضه و کیفیت این محصولات جانبی ناپایدار است و تولید صنعتی را دشوار می‌کند.

دانشمندان چینی راهی کم‌هزینه برای تبدیل زغال سنگ به پروتئین جهت استفاده به عنوان خوراک دام پیدا کرده‌اند. (عکس: Shutterstock)

یکی دیگر از رویکردهای قابل توجه که شامل تخمیر صنعتی با استفاده از مواد شیمیایی تولیدکننده انرژی است، استفاده از متانول است که به طور ارزان از زغال سنگ استخراج می‌شود.

این همان چیزی است که دانشمندان موسسه بیوتکنولوژی صنعتی تیانجین از آکادمی علوم چین (CAS) به رهبری پروفسور وو شین در حال تحقیق در مورد آن هستند.

پروفسور وو در مقاله‌ای که در بولتن علمی چین منتشر شد، نوشت : «زغال‌سنگ، با ذخایر جهانی حدود ۱۰۷ تریلیون تن، می‌تواند از طریق گازسازی زغال‌سنگ به متانول تبدیل شود. متانول به خوبی با آب مخلوط می‌شود، در تخمیر نسبت به گاز کارآمدتر است و به تجهیزات تخمیر تخصصی نیاز ندارد.»

تیم او اکنون فناوری‌ای برای تولید پروتئین‌ها توسعه داده است که ارزان‌تر از بیوسنتز سنتی پروتئین است. یافته‌ها در ۱۷ نوامبر ۲۰۲۳ در مجله بین‌المللی Biotechnology for Biofuels and Bioproducts که توسط متخصصان داوری شده است، منتشر شد.

پروفسور وو در این مقاله معرفی کرد: «تحقیقات در مورد سنتز پروتئین‌های سلولی از متانول در دهه ۱۹۸۰ آغاز شد و عمدتاً بر انتخاب سویه و بهینه‌سازی فرآیند تمرکز داشت. با این حال، به دلیل هزینه‌های بالا، محصولات پروتئینی سنتز شده با متانول نمی‌توانند با پروتئین سویا رقابت کنند و در مقیاس بزرگ تولید نشده‌اند.»

برای حل این مشکل، تیم او بیش از ۲۰،۰۰۰ نمونه مخمر را از تاکستان‌ها، جنگل‌ها و تالاب‌های سراسر چین جمع‌آوری کرد. از این نمونه‌ها، آن‌ها گونه‌هایی را شناسایی کردند که قادر به استفاده مؤثر از قندها و الکل‌های مختلف به عنوان منبع کربن بودند، از جمله گونه مخمر Pichia pastoris.

سپس، با غیرفعال کردن ژن‌های خاص در یک سویه وحشی از پیکیا پاستوریس، آنها مخمری با تحمل متانول ایجاد کردند و راندمان متابولیکی را به طور قابل توجهی افزایش دادند. این تکنیک هدف تبدیل متانول به پروتئین را تا حد زیادی پیش برد.

در گزارش CAS آمده است: «محققان با استفاده از پیکیا پاستوریس اصلاح‌شده خود، به ترتیب به وزن خشک سلول و محتوای پروتئین خام ۱۲۰ گرم در لیتر و ۶۷.۲ درصد دست یافتند. و راندمان تبدیل متانول به پروتئین به ۹۲ درصد از مقدار نظری رسید.»

نرخ تبدیل بالا، این روش تولید پروتئین را از نظر اقتصادی بسیار جذاب می‌کند.

پروفسور وو در این مقاله گفت: «این روش به زمین‌های زراعی نیاز ندارد، تحت تأثیر فصول و آب و هوا قرار نمی‌گیرد و هزاران برابر کارآمدتر از روش‌های تخمیر سنتی است. علاوه بر این، میزان پروتئین میکروارگانیسم‌ها از ۴۰ تا ۸۵ درصد متغیر است که به طور قابل توجهی بالاتر از گیاهان طبیعی است.»

این پروتئین‌ها همچنین سرشار از اسیدهای آمینه، ویتامین‌ها، نمک‌های معدنی، چربی‌ها و کربوهیدرات‌ها هستند و به آنها اجازه می‌دهند تا حدی جایگزین پودر ماهی، سویا، گوشت و پودر شیر بدون چربی در کاربردهای مختلف شوند.

این تیم تحقیقاتی، تحقیقات در مقیاس صنعتی را آغاز کرده و هزاران تن پروتئین متانول برای دام تولید می‌کند. نام شریک خاص فاش نشده است.

پروتئین‌های میکروبی بسیار مغذی هستند و فاقد آلرژن‌های موجود در پروتئین‌های سویا می‌باشند، که آنها را به منبع عالی پروتئین تبدیل می‌کند. با این حال، امروزه تنها تعداد کمی از محصولات در بازار وجود دارد.

شرکت آمریکایی KnipBio از سویه‌های اصلاح‌شده ژنتیکی برای تولید KnipBio Meal، یک پروتئین خوراکی با کیفیت بالا و قابل مقایسه با پودر ماهی، از متانول استفاده کرده است. این محصول تأییدیه ایمنی را از سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) دریافت کرده است.

هوآ یو (منبع: SCMP)

منبع