Nauka

Mleko prosto od mamuta

Czy białka z drożdży lub z bakterii zrewolucjonizują przemysł spożywczy?

Żelatyna wytworzona z kolagenu mastodontów Żelatyna wytworzona z kolagenu mastodontów i3d / 123 RF
Krowie mleko bez krów? Kurze jajka bez kur? Żelatyna z mastodontów? Wszystko to już możliwe dzięki zmodyfikowanym genetycznie drożdżom i bakteriom.
Można już produkować mleko z drożdży, a także białko kurzych jajek.eyetoeyePIX/Getty Images Można już produkować mleko z drożdży, a także białko kurzych jajek.
Sztucznie wyhodowana przędza z białek pająka trzykrotnie bardziej wytrzymała niż kevlarKiyoshi Ota/Bloomberg/Getty Images Sztucznie wyhodowana przędza z białek pająka trzykrotnie bardziej wytrzymała niż kevlar

Alexander Lorestani, współzałożyciel kalifornijskiej firmy Geltor, początkowo nie planował robić żelków z wymarłych około 11 tys. lat temu mastodontów. Miało być bardziej przyziemnie – produkcja żelatyny ze świń czy krów, tyle że bez świń i krów. Lorestani i jego partner Nick Ouzounov chcieli wejść na rynek wegański i wegetariański, dostarczać żelatynę identyczną z tą produkowaną ze skór czy ścięgien zwierząt, ale bez konieczności dostaw z rzeźni. A zapotrzebowanie na żelatynę jest ogromne – mówi Lorestani. Żelatyna to nie tylko składnik galaretek czy misiów żelków, ale też lodów, jogurtów i serków topionych, witamin w tabletkach, szamponów i kremów przeciwzmarszczkowych. Czasem używana jest nawet przy produkcji wina. Żelatyna bez zwierząt byłaby zaś nie tylko bardziej etyczna – oznaczałaby również dużo mniejsze ryzyko, że wyhodujemy sobie niebezpieczne szczepy bakterii odpornych na antybiotyki (farmy krów czy świń to istne wylęgarnie takich mikrobów). Jak więc zrobić żelatynę bez konieczności gotowania skór i ścięgien? Lorestani i Ouzounov, obaj z wykształcenia biolodzy molekularni, zaczęli od zwykłych drożdży.

Historia relacji ludzi i drożdży sięga co najmniej 9 tys. lat – mieszkańcy prowincji Henan w Chinach już wtedy warzyli fermentowany przez drożdże napój z ryżu, miodu i owoców (wiemy to z analiz chemicznych porozbijanych antycznych naczyń). Później dołączyły do tego chleb, piwo, wino. W przypadku klasycznej fermentacji – tej używanej choćby do wypieku chleba – drożdże produkują dwutlenek węgla i etanol. Mogą jednak wydzielać ogromne ilości innych substancji, w tym białek. W naturze drożdże wydzielają białka, aby naprawiać swoją ścianę komórkową lub bronić się przed innymi grzybami. To zaś, że mają nieskomplikowane struktury komórek i małą liczbę genów, pozwala na „zatrudnienie” ich do produkcji białek pożytecznych dla ludzi. Najpierw trzeba je jednak przeprogramować.

Podstawą są drożdże i bakterie

Przemysł farmaceutyczny był pierwszym, który porwał się na manipulację genetyczną drożdży i bakterii z gatunku Escherichia coli, które również świetnie się sprawdzają jako minifabryki białek. W 1980 r. amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA) zaaprobowała wypuszczenie na rynek pierwszego leku z białek rekombinowanych, czyli wytwarzanych przez bakterie czy drożdże w wyniku oddziaływania obcego gatunkowo genu – była to insulina pozyskiwana z bakterii E. coli. Dziś takich leków są dziesiątki, a ich rynek wyceniany jest na miliardy dolarów. Jest więc i „drożdżowa” szczepionka przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby, leki na cukrzycę, raka, miażdżycę.

Do niedawna technologie inżynierii genetycznej do produkcji białek rekombinowanych były zbyt drogie, by stosować je do wytwarzania żywności czy produktów codziennego użytku. W ciągu ostatnich kilku lat sytuacja jednak diametralnie się zmieniła. Cena syntetycznego DNA (koniecznego do przeprogramowania drożdży lub bakterii) zmalała aż o 85 proc. między 2009 a 2014 r. Drastycznie spadły też ceny oprogramowania komputerowego i robotów używanych do inżynierii mikrobów.

Z drugiej zaś strony przybyło inwestorów chętnych ładować pieniądze w technologie synbio, czyli biologii syntetycznej (z ang. synthetic biology). W samym 2015 r. firmy synbio w Stanach Zjednoczonych zdobyły rekordowe 560 mln dol. inwestycji. To dzięki temu Lorestani i Ouzounov mogli się zabrać za produkcję żelatyny bez zwierząt, a konkretnie kolagenu, białka znajdującego się w skórze, kościach i chrząstkach zwierząt, z którego żelatynę się wytwarza. Aby wyselekcjonowane przez nich drożdże zaczęły wydzielać kolagen, trzeba było wprowadzić do ich genomu np. geny świń odpowiedzialne za syntezę kolagenu.

Sekwencje genów kodujących kolagen bardzo wielu zwierząt są dostępne w darmowych publicznych bazach danych w internecie – mówi Lorestani. – Jeśli więc chcesz np. zrobić kolagen owcy, wyszukujesz sekwencję w bazie danych i idziesz z nią do firmy specjalizującej się w drukowaniu syntetycznych fragmentów DNA. Taka firma odpowiednio połączy te wszystkie A, T, C, G, z których składa się DNA, czyli adeninę, tyminę, cytozynę i guaninę. Później gotowe, wydrukowane DNA przychodzi do ciebie w kopercie. Kiedy Lorestani i Ouzounov składali pierwsze zamówienie na DNA, wybrali kolagen typowych zwierząt, krów i świń, ale również, nieco dla żartów, złożyli zamówienie na fragmenty DNA kodujące kolagen mastodontów, których sekwencje, o dziwo, również można znaleźć w internecie. Kiedy biolodzy otwarli pierwszą kopertę, okazało się, że zawiera właśnie syntetyczne DNA wymarłych ssaków. – Wyszło na to, że szybciej możemy wyprodukować żelatynę z mastodontów niż ze świń – śmieje się Lorestani.

Wprowadzili fragmenty sztucznego DNA do genomu drożdży, które karmione cukrami zaczęły wydzielać kolagen mastodontów – co do zasady taki sam jaki można by uzyskać, gotując skórę i kości świeżo zabitego mastodonta. Stąd już tradycyjnymi metodami wyprodukowali żelatynę, której użyli do zrobienia miśków żelków – jak na razie wyłącznie na użytek własny. – Smakowały jak każde inne – twierdzi Lorestani.

Mleko z drożdży

Żelatyna firmy Gelstor ma się pojawić na rynku już w przyszłym roku. Innych produktów białkowych wytwarzanych przez zmodyfikowane genetycznie drożdże też powinno się w najbliższym czasie namnożyć. Perfect Day, start-up z San Francisco, obiecuje już w 2017 r. krowie mleko robione przez drożdże. Biolodzy z Perfect Day używają genetycznie przeprogramowanych drożdży do produkcji sześciu podstawowych protein znajdujących się w mleku krów, takich jak alfa-kazeina czy białko serwatkowe. Do tego dodadzą wodę, cukry (może to być choćby fruktoza albo maltoza), witaminy i minerały oraz tłuszcz (rozważają np. użycie oleju słonecznikowego).

Takie krowie mleko z drożdży mogłoby być nie tylko zdrowsze od tradycyjnego – nie zawierałoby ani laktozy, ani choćby pozostałości antybiotyków używanych w tradycyjnej hodowli – ale również znacznie bardziej przyjazne środowisku. Produkcja krowiego mleka jest odpowiedzialna za więcej gazów cieplarnianych niż transport lotniczy. Tymczasem z analizy przeprowadzonej przez uczonych z University of the West of England i ze Wspólnego Centrum Badawczego Komisji Europejskiej wynika, że dzięki produkcji mleka przez drożdże zapotrzebowanie na wodę byłoby aż o 98 proc. mniejsze, a produkcja gazów cieplarnianych niższa o 84 proc.

W ciągu dwóch lat w sprzedaży ma się też pojawić białko kurzych jajek pozyskiwane z drożdży. Metoda jego produkcji, której podjęła się firma Clara Foods, jest bardzo podobna do tej używanej do wyrobu żelatyny czy mleka. Jak na razie wyprodukowano sproszkowane białko jajek, z których pracownicy Clara Foods wypiekli testowe bezy. Żółtko to już jednak inna sprawa – dużo bardziej skomplikowana – i jak na razie tego nikt się nie podejmuje.

Z produktów synbio na rynku jest już choćby wanilina szwajcarskiej firmy Evolva, którą pozyskuje się dzięki procesom fermentacji przez drożdże piekarnicze (oczywiście zmodyfikowane genetycznie). Wanilina to jest to, co pachnie i smakuje waniliowo w jogurtach czy lodach. W sposób naturalny pozyskiwana jest z owoców wanilii – osiąga wtedy ceny nawet 1500 dol. za kilogram. Stąd też aż 99 proc. tego, co na rynku, to sztuczna wanilina, w cenie 10–20 dol. za kilogram, produkowana z pochodnych ropy naftowej. To z tą sztuczną konkuruje głównie wanilina Evolvy, która jest identyczna z naturalną – tyle że wytwarzana nie przez roślinę, ale przez grzyb.

Evolva ma też już na rynku resweratrol (związek chemiczny występujący w czerwonym winie) i nootkatone (składnik, w który obfituje skórka grejpfruta), a wkrótce ma do nich dołączyć robiony przez drożdże słodzik stevia i szafran. Produkty synbio zapełnią już wkrótce także inne, poza spożywczymi, półki sklepowe. Wytwarzane są już na przykład materiały z białek pająków – coś w rodzaju jedwabiu, ale trzy razy bardziej wytrzymałe niż kevlar (to, co wkłada się do kamizelek kuloodpornych). Japońska firma Spiber wspólnie z Toyotą wypuściła już prototyp siedzeń do Lexusa z takich właśnie nici pająków produkowanych przez zmodyfikowane genetycznie bakterie E. coli. Nowe siedzenia mają być nie tylko ultrawygodne, ale też świetnie absorbować siłę uderzeniową podczas wypadku.

Istnieją również firmy, które chcą wykorzystać białka rekombinowane do ratowania dzikiej przyrody. Amerykański Pembient pracuje nad drukiem 3D keratyny nosorożców, aby tworzyć w ten sposób rogi tych zwierząt. Miałoby to położyć kres nielegalnym polowaniom na nosorożce, których rogi na czarnym rynku osiągają ceny wyższe niż złoto – w wielu kulturach Azji róg nosorożca uznawany jest za substancję leczniczą. W kolejce na produkcję czekają też łuski zagrożonego wymarciem pangolina (łuskowca) i kość słoniowa.

Produkowane przez drożdże i bakterie białka mają długą listę zalet. Szafran synbio byłby dużo tańszy od roślinnego. Pozyskiwanie białka kurzych jaj bez kur oznaczałoby koniec cierpień miliardów kur z chowu industrialnego – w samej Polsce jest ich więcej niż ludzi, ponad 44 mln. Do tego plusy dla środowiska: aby wyprodukować tuzin jaj, potrzeba aż 2,4 tys. litrów wody. I dla zdrowia: choćby zero ryzyka infekcji salmonellą. Na dodatek oprócz delektowania się żelkami z mastodontów moglibyśmy rozsmakować się w mleku niepowszednich gatunków, nawet tych wymarłych. – Jeśli ludzie będą chcieli mleka mamutów, to będziemy mogli je zrobić – mówi Ryan Pandya z Perfect Day.

Transgeniczne niebezpieczeństwo

To wszystko brzmi świetnie, ale technologia synbio ma też swoje minusy. Co niepokoi? – Przypadkowe wypuszczenie z laboratorium takich mikroorganizmów do środowiska – mówi biolog Filippa Lentzos z King’s College London, autorka książki „Biological Threats in the 21st Century”. Choć – jak przyznaje Lentzos – drożdże, które miałyby produkować białka jaj czy mleka, stanowią małe zagrożenie, szczególnie w porównaniu choćby z transgenicznymi komarami. Nawet E. coli używana np. do produkcji pajęczego jedwabiu, choć kojarzy się wyjątkowo źle, nie jest szczególnie niebezpieczna. – Jest wiele rodzajów bakterii E. coli i choć niektóre są groźne dla człowieka, inne jak choćby te, z którymi pracujemy są bardzo bezpieczne – tłumaczy Reshma Shetty, współzałożycielka firmy Ginkgo Bioworks, pracującej m.in. nad olejkiem różanym.

Shetty dodaje: – Mam dwuletnią córeczkę i zdecydowanie wolę, żeby biegała po laboratoriach Ginkgo niż choćby po jakimś szpitalu. Lentzos uważa, że to, co robią firmy synbio, jest dużo bezpieczniejsze niż „tradycyjne” modyfikacje genetyczne, często dokonywane w naturze. Aby upewnić się, że ich geny nie zanieczyszczą środowiska, naukowcy wszczepiają takim mikrobom tzw. przyciski bezpieczeństwa (ang. kill switch). – Wbudowuje się geny, dzięki którym takie mikroby nie mogą się rozmnażać albo są dużo słabsze niż te w środowisku naturalnym – mówi Lentzos.

Kolejna kwestia: czy żywność synbio nie jest produktem GMO (modyfikowanym genetycznie)? Odpowiedź brzmi: raczej nie. Zmodyfikowane są „fabryki”, czyli mikroorganizmy, ale nie wyrób. Mimo to jednak niektóre organizacje pozarządowe, jak choćby ta nadająca amerykański znaczek „Non-GMO Project Verified” („zweryfikowane non-GMO”), deklarują, że żywności synbio nie uznają za niemodyfikowaną genetycznie.

Najbardziej palące jest pytanie: czy produkty białkowe pochodzące z drożdżowych lub bakteryjnych mikrofabryk zaakceptują konsumenci? Nawet gdy ci na Ziemi powiedzą żywności synbio zdecydowane nie, pozostaje jeszcze Mars. Według Lynn Rothschild, astrobiolog z NASA, białka (i inne substancje) wydzielane przez mikroby mogłyby pomóc w kolonizacji Czerwonej Planety. W końcu łatwiej przetransportować w kosmos nieco drożdży niż stado krów.

***

Autorka wydała książkę „Meathooked: The History of Science of Our 2.5-Million-Years Obsession With Meat”.

Polityka 50.2016 (3089) z dnia 06.12.2016; Nauka; s. 72
Oryginalny tytuł tekstu: "Mleko prosto od mamuta"
Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Społeczeństwo

Krótkoterminowi turyści wysiedlają mieszkańców miast

Krótkoterminowy turysta już wysiedlił mieszkańców krakowskiej starówki. Teraz masowo rezerwuje Warszawę.

Edyta Gietka
29.08.2019
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną