Фото: із відкритих джерел
Дослідники інтегрували гени міоглобіну свині та великої рогатої худоби в хлоропласти салату й тютюну за допомогою «генетичної гармати». У лабораторних умовах рослини синтезували білок, який відповідає за колір і частину смакових характеристик м’яса, а рівні накопичення в хлоропластах були вищими, ніж при внесенні гена в ядерний геном.
Про це повідомляє сайт Аграрії разом з посиланням на Hortidaily.
Команда з Department of Life Sciences Imperial College London, Bezos Centre for Sustainable Protein та стартапу Kyomei продемонструвала, що рослини можуть виробляти міоглобін у хлоропластах — органелах, відповідальних за фотосинтез. Результати опубліковані у Frontiers in Plant Science.
Міоглобін — білок, поширений у серцевому та скелетному м’язі хребетних. Він багатий на залізо, що, за описом авторів, пов’язано з «металевими» та умамі-нотами смаку, а зв’язаний з ним кисень формує характерний червоний колір м’яса. Дослідники розглядають рослинне виробництво міоглобіну як один із можливих шляхів отримання інгредієнтів для продуктів-замінників м’яса, поряд із поширеним підходом мікробної інженерії (бактерії або дріжджі у біореакторах).
Як проводили модифікацію
За даними публікації, спочатку було клоновано гени міоглобіну свині та великої рогатої худоби. Далі копії генів доставляли у хлоропласти лабораторно вирощених проростків тютюну та салату методом «gene gun» (біолістика). Тести підтвердили, що частина проростків інтегрувала гени в невеликий кільцевий геном хлоропластів. Після цього рослини дорощували до дорослого стану: вони цвіли, формували насіння, а нащадки успадковували трансген.
Для порівняння автори також вводили ген у ядерний геном рослин, а ще — інтегрували його в хлоропласт одноклітинної водорості Chlamydomonas reinhardtii.
«Тут ми показуємо, що рослини можна сконструювати так, щоб вони виробляли тваринний білок міоглобін (Mb) у своїх хлоропластах — енергетичних “фабриках” фотосинтезу. Це може дати більш сталий спосіб виробництва важливого інгредієнта для рослинних м’ясних продуктів», — сказала Алексія Грофф (Imperial College London).
Технічні характеристики та параметри
- Об’єкти: тютюн і салат (лабораторні рослини), а також водорість Chlamydomonas reinhardtii (для окремого порівняння).
- Цільовий білок: міоглобін (Mb) свині та великої рогатої худоби.
- Спосіб доставки: «gene gun» (біолістичне перенесення) у хлоропласти проростків.
- Локалізація трансгену: хлоропластний геном (порівняно з внесенням у ядерний геном).
- Підтвердження інтеграції: тести показали інтеграцію в кільцевий геном хлоропластів у частини проростків.
- Успадкування: дорослі рослини дали насіння; нащадки успадковували трансген.
- Метод вимірювання: рідинна хроматографія з мас-спектрометрією (LC–MS).
- Рівень накопичення Mb:
- тютюн із модифікованими хлоропластами — приблизно 800 мг/кг сухої маси;
- салат із модифікованими хлоропластами — приблизно 810 мг/кг сухої маси.
- Порівняння з ядерною трансформацією: показники в хлоропластах були щонайменше утричі вищими.
- Орієнтир для м’яса: у «реальному м’ясі», за даними авторів, міститься 8,1–11,2 мг/г міоглобіну на суху масу.
Що це може означати для виробництва інгредієнтів
Автори зазначають, що попри нижчу концентрацію міоглобіну в рослинній біомасі порівняно з м’ясом, вирощування рослин загалом є ресурсоефективнішим, ніж тваринництво. У публікації припускають, що за рахунок цього рослинний міоглобін може забезпечувати врожайність білка з гектара, яка може конкурувати з тваринницькими системами, за умови масштабування технології.
«Демонстрація стабільного виробництва міоглобіну в хлоропластах рослин, зокрема в їстівній культурі, відкриває можливість використовувати рослини як масштабовані низьковитратні платформи виробництва поряд із мікробною ферментацією… Подальший потенціал залежатиме від поліпшення включення гему, щоб міоглобін забезпечував колір, смак і властивості під час приготування, яких очікують у замінниках м’яса», — прокоментував Родріго Ледесма-Амаро (Imperial College London).
Наступні кроки та обмеження
У матеріалі підкреслюється, що це доказ принципу, а не готова промислова технологія. Серед напрямів подальших робіт названо перевірку функціональності та безпечності для харчових застосувань, польову продуктивність, вимоги до переробки, а також демонстрацію економічних і екологічних переваг у масштабі.
Окремо автори описують можливий технологічний ланцюжок: міоглобін можна екстрагувати з листя та очищувати промисловими методами очищення білків, після чого додавати як інгредієнт до рослинних «м’ясних» продуктів для покращення кольору, смаку та поживної цінності.
«Ми сподіваємося, що їстівний салат, модифікований для експресії міоглобіну, одного дня також може стати біофортифікованим продуктом, збагаченим гемовим залізом — залежно від законодавчого схвалення», — сказала Кьоко Морімото, CSO Kyomei.
За оцінкою, наведеною в матеріалі, глобальний ринок альтернатив м’ясу нині становить €6,7–€8,1 млрд на рік і, як очікується, зростатиме на 8,1–12,3% щорічно протягом наступного десятиліття.