Článek
Globální potravinový systém se stal jedním z hlavních viníků změny klimatu. Odhaduje se, že produkce potravin přispívá až třetinou celkových emisí skleníkových plynů, což má devastující dopad na naši planetu, od ztráty biodiverzity až po šíření nových nemocí. V tomto kontextu představuje přechod od průmyslového chovu zvířat k alternativním metodám včetně využití mikrobiálních procesů zásadní krok směrem k ochraně planety a udržitelnému zajištění potravin pro rostoucí světovou populaci, která do roku 2050 pravděpodobně přesáhne 9 miliard lidí.
Hlavní roli v této transformaci mohou sehrát mikroorganismy, které skrývají ohromný potenciál. Jsou schopny přeměňovat odpadní produkty na cenné látky, být hostiteli pro výrobu životně důležitých molekul a proteinů a produkovat jedlé biomasy, určené k přímé konzumaci. V porovnání se živočišným zemědělstvím nabízí mikrobiální produkce potravin vyšší efektivitu a bezpečnost zdrojů, přesnější kontrolu produkce, přičemž zároveň minimalizuje utrpení zvířat a snižuje ekologickou stopu.
Nový hráč na poli inovativních potravin
Jedním z nejslibnějších zdrojů inovativních potravin jsou vláknité mikroskopické houby, známé také jako mikromycety nebo plísně. Tvoří rozvětvené vláknité podhoubí a účinně přeměňují škrob na vláknitou, masitou a na bílkoviny bohatou složku. To z nich dělá předního kandidáta pro výrobu vegetariánských a veganských produktů s vláknitou texturou připomínající maso (mykoprotein).
Výroba mykoproteinu má podle některých výrobců o více než 90 % menší dopad na životní prostředí než výroba hovězího masa, neboť obnáší menší nároky na půdu, vodu a uhlíkovou stopu. Studie publikovaná v časopise Nature 2022 navíc zjistila, že nahrazení 20 procent hovězího masa mikrobiálními bílkovinami, jako je mykoprotein, by kromě snížení emisí metanu mohlo omezit globální odlesňování a snížit emise oxidu uhličitého o polovinu. Tato pozoruhodná čísla ovšem platí pouze v případě, že spotřebitelé budou ochotni tuto změnu přijmout.
Aspergillus oryzae pěstovaný na rýži
Šéfkuchař, který manipuluje s DNA
Mezi těmi, kteří zkoumají nekonečné možnosti nových chutí a textur, jichž lze dosáhnout úpravou genů obsažených v houbách, se řadí i Vayu Hill-Maini z Kalifornské univerzity v Berkeley. Šéfkuchař, který se stal bioinženýrem. Ve svém výzkumu se spolu se svými kolegy zaměřil na mnohobuněčnou houbu Aspergillus oryzae (česky kropidlák rýžový), známou také jako plíseň kodži. Tato ušlechtilá plíseň, rostoucí na rýži, obilovině nebo luštěnině, je nepostradatelnou ingrediencí v japonské kuchyni. Používá se ke kvašení škrobů pro výrobu saké, sójové omáčky a miso pasty. Kodži patří k nejstarším ekonomicky využívaným mikroorganismům na světě, neboť se s jeho pomocí fermentují rýže a sója už více než 2000 let.
Jak napodobit hovězí
V rámci svého výzkumu tým využil technologii CRISPR-Cas9 k vytvoření systému pro editaci genů. Tímto způsobem pak bylo možné provést v genomu plísně kodži modifikace, které ji povýšily na chutnou a výživnou potravinu. Toho vědci dosáhli nejprve nadprodukcí hemu – molekuly železa, která se běžně vyskytuje v živočišných tkáních a dodává masu charakteristickou barvu a chuť. Dále se soustředili na zvýšení produkce ergothioneinu, mocného antioxidantu, který se vyskytuje převážně v houbách a je proslulý svými příznivými účinky na zdraví srdce a cév.
Po těchto úpravách získaly dříve bílé houby červenavý odstín. Na rozdíl od jiných rostlinných náhražek masa, jejichž výroba si vyžaduje složité postupy a přidávání dalších přísad, prošel tento bioinženýrský mykoprotein pouze minimálním zpracováním. Stačilo odstranit přebytečnou vodu, rozmělnit sklizené houby a vytvořit placičku, kterou lze osmažit do podoby vábného hamburgeru. Výsledný produkt obsahoval všechny esenciální aminokyseliny, což svědčí o jeho vysoké výživové hodnotě.
Cesta k potravinové revoluci
Tým pod vedením Hill-Mainiho si nyní klade za cíl zvýšit atraktivitu hub úpravou genů, které ovlivňují texturu plísní. Velký prostor vědci vidí ve změnách morfologie buněk připomínajících vlákna. „Mohli bychom například prodloužit vlákna, což by poskytlo chuťový zážitek podobný masu. A pak můžeme uvažovat o zvýšení obsahu lipidů pro lepší chuť a další nutriční hodnotu,“ přibližuje Hill-Maini svoje plány a dodává: „Jsem opravdu nadšen tím, jak můžeme houbu dál zkoumat a upravovat její strukturu a metabolismus pro získávání potravy.“
Studie týmu z Národní laboratoře Lawrence Berkeleyho představuje teprve začátek cesty k využití genomů hub pro výrobu nových potravin, nicméně odkrývá ohromný potenciál těchto organismů jako snadno pěstitelných zdrojů bílkovin. Vytvořením sady nástrojů pro úpravu genů vědci posunuli celý obor syntetické biologie značně dopředu.
I přes dlouhou historii využívání hub k přímé konzumaci nebo jako základních ingrediencí při výrobě potravin, například misa, se mnohobuněčné houby dosud nevyužívaly intenzivně jako umělé továrny na buňky, kvůli složitosti jejich genomů a adaptacím, které komplikují genetické úpravy. Sada nástrojů CRISPR-Cas, kterou vědci v této studii vyvinuli, poskytuje základ pro snadnou editaci plísně kodži a mnoha příbuzných druhů. Tímto se otevírá nová a vzrušující etapa v oblasti bioprodukce.
Gurmánské experimenty
Vzhledem ke své kuchařské erudici usiluje Hill-Maini o to, aby nová generace produktů na bázi hub nejen vynikala chutí, ale stala se opravdovým lákadlem i pro ty nejnáročnější gurmány. Dříve už spolupracoval s renomovanými šéfkuchaři z kodaňské restaurace Alchemist, která se pyšní dvěma michelinskými hvězdami, při společném objevování kulinářských možností mnohobuněčné houby jménem Neurospora intermedia. Tato houba se v Indonésii tradičně používá k výrobě základní potraviny zvané oncom, a to fermentací odpadních produktů, které zbyly při výrobě jiných potravin, jako je tofu. Zájem vědců vzbudila schopnost této houby přeměnit odpad na výživnou potravinu bohatou na bílkoviny. Během výzkumu Hill-Maini a jeho kolegové zjistili, že N. intermedia v průběhu svého růstu produkuje a vylučuje množství enzymů. Jeden z enzymů škrobnatou rýži zkapalňuje a činí ji intenzivně sladkou.
„Vyvinuli jsme postup, při kterém z pouhých tří ingrediencí – rýže, vody a houby – vyrobíme krásnou, nápadně oranžovou kaši,“ říká Hill-Maini. „Stal se z ní nový pokrm v degustačním menu, kde se využívá chemie hub a barev v dezertu. A myslím, že to skvěle ilustruje, jak lze propojit laboratoř a kuchyni.“
Zdroj:
Odkaz na studii:
Maini Rekdal, V., van der Luijt, C.R.B., Chen, Y. a kol. Jedlé mycelium bioinženýrsky upravené pro zvýšení nutriční hodnoty a smyslové atraktivity pomocí modulární sady nástrojů syntetické biologie. Nat Commun 15, 2099 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46314-8
