Πρωτεΐνη μεθανίου μονοκυττάρου – είναι ο κόσμος έτοιμος για αυτήν την καινοτομία στα συστήματα τροφίμων;

Υπό το πρίσμα του Σύνοδος Κορυφής Συστημάτων Τροφίμων των Ηνωμένων Εθνών που πραγματοποιήθηκε σήμερα, η οποία στοχεύει στην υλοποίηση πιο υγιεινών, βιώσιμων και πιο δίκαιων συστημάτων τροφίμων, υπάρχει πλέον επείγουσα ανάγκη για την ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών παραγωγής τροφίμων, εάν η ανθρωπότητα σκοπεύει να επιτύχει πιο ανθεκτικά συστήματα τροφίμων. Μιλήσαμε με τον Δρ. Jamie Hinks, Κύριο Ερευνητή Fellow στο Κέντρο Μηχανικής Περιβαλλοντικών Βιοεπιστημών της Σιγκαπούρης (SCELSE), σχετικά με την τρέχουσα έρευνά του χρησιμοποιώντας βιολογικά συστήματα υψηλής πίεσης για την παραγωγή υψηλής ποιότητας μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από μεθάνιο.

Δρ Hinks, πώς θα εξηγούσατε την έρευνά σας για τα τρόφιμα που παράγονται από μεθάνιο σε έναν μη ειδικό;

Ο καλύτερος τρόπος για να αρχίσετε να κατανοείτε αυτήν την τεχνολογία είναι να βλέπετε τα τρόφιμα και τα καύσιμα ως κάπως εναλλάξιμα. Το καύσιμο είναι υλικό που περιέχει ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κάνει χρήσιμη εργασία, είτε σε μηχανή είτε σε οργανισμό. Τα καύσιμα που καταναλώνουν οι άνθρωποι, και τα οποία ονομάζουμε τρόφιμα, είναι βιολογικής προέλευσης και, με απλοϊκούς όρους, αποτελείται είτε από φυτική είτε από ζωική βιομάζα. Αυτή η βιομάζα συσσωρεύεται καθώς οι οργανισμοί τρέφονται και αναπτύσσονται. Μερικά από αυτά είναι πολύ νόστιμα, όπως τα μανιτάρια για παράδειγμα.

Τώρα, από τη σκοπιά ενός μικροβίου, οτιδήποτε περιέχει ενέργεια είναι μια πιθανή πηγή τροφής. Οι μονοκύτταροι οργανισμοί καταναλώνουν μια σειρά από πηγές ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που δεν είναι βιολογικής προέλευσης και που μπορεί να φαίνονται ασυνήθιστες στον άνθρωπο. Για παράδειγμα, τα μικρόβια μπορούν να φάνε μέταλλα και να σπαταλούν χημικές ουσίες όπως διαλύτες. Στην περίπτωση των τροφίμων από μεθάνιο, το μεθάνιο χρησιμοποιείται για τη διατροφή των βακτηρίων. Το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί βιολογικά ή με γεωλογικές διεργασίες. Έτσι, ορισμένα βακτήρια ειδικεύονται στην κατανάλωση μεθανίου και, καθώς αναπτύσσονται, η βιομάζα τους γίνεται καλή πηγή βρώσιμης πρωτεΐνης. Αυτά τα βακτήρια ονομάζονται methanotrophs που σημαίνει «τρώγοντες μεθανίου».

Η συγκεκριμένη επιστημονική διαδικασία ονομάζεται οξείδωση μεθανίου από μεθανοτροφικά βακτήρια. Η μεθανοτροφία εμφανίζεται φυσικά σε περιβάλλοντα όπου υπάρχει μεθάνιο, όπως σε ορυζώνες ή διαρροές υδρογονανθράκων. Η ανάπτυξη μεθανοτρόφων σε συνθήκες εμπλουτισμένες με μεθάνιο σε βιοαντιδραστήρα επιτρέπει την εκμετάλλευση της διαδικασίας για την παραγωγή πρωτεϊνών. Το μεθάνιο μπορεί να είναι υποπροϊόν της επεξεργασίας λυμάτων ή της παραγωγής πετρελαίου. Η διαδικασία που ερευνώ αυτήν τη στιγμή και που θα αναπτύξω θα ασκήσει υψηλή πίεση για να αυξήσει τη διαλυτότητα του μεθανίου και ως εκ τούτου να καταστήσει ευκολότερη και πιο αποτελεσματική την καλλιέργεια μεθανοτρόφων με μικρότερο αποτύπωμα.

Γιατί είναι ιδιαίτερα σημαντικό να διερευνηθεί αυτή η διαδικασία σήμερα; Στην περίπτωσή σας, θα μπορούσατε να δώσετε κάποια εικόνα ως προς το γιατί είναι ενδιαφέρον για χώρες όπως η Σιγκαπούρη;

Λοιπόν, η βιώσιμη παραγωγή τροφίμων είναι ένα σημαντικό στοιχείο σήμερα και πρέπει να εξετάσουμε όλες τις επιλογές για να καλύψουμε την αυξανόμενη ζήτηση για τρόφιμα, η οποία αναμένεται να αυξηθεί κατά 60% έως το 2050. Η κυβέρνηση της Σιγκαπούρης έχει δεσμευτεί να καλύψει το 30% των διατροφικών της αναγκών έως το 2030 στο "30 από 30«Στόχος επισιτιστικής ασφάλειας. Η Σιγκαπούρη δεν διαθέτει σημαντικούς πόρους γης για την παραδοσιακή γεωργία, επομένως οι διαδικασίες παραγωγής πρωτεΐνης υψηλής πυκνότητας θα πρέπει να εμφανίζονται στο μελλοντικό τοπίο επισιτιστικής ασφάλειας της Σιγκαπούρης. Παρόλο που η κυβέρνηση της Σιγκαπούρης ανακοίνωσε αυτή την απόφαση πριν από τον COVID-19, η πανδημία ενίσχυσε την ιδέα της επισιτιστικής ασφάλειας για το mainstream.

Υπήρχαν πολύ λίγες ελλείψεις στη Σιγκαπούρη – οι μόνες ελλείψεις που παρατήρησα ήταν η έλλειψη κονσερβοποιημένων ντοματών για λίγο και ο ενισχυτής τυμπάνου μου δεν έχει παραδοθεί ακόμα! Αυτά είναι απλώς μικρές ταλαιπωρίες. Ωστόσο, το φάσμα των ελλείψεων τροφίμων δεν ταίριαζε καλά στον μέσο Σιγκαπούρη, επομένως οι μελλοντικές προμήθειες τροφίμων είναι μια έξυπνη κίνηση.

Πώς συγκρίνεται αυτή η πηγή πρωτεΐνης με τις παραδοσιακές ζωοτροφές; Και θα μπορούσατε να μας πείτε πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αυτή η διαδικασία ως μέρος μιας καινοτόμου λύσης για την κατανάλωση τροφίμων στον άνθρωπο;

Συγκρίνεται καλά με τις παραδοσιακές ζωοτροφές. Στο τέλος, σκοπεύω να αναπτύξω μια μοναδική και βελτιωμένη διαδικασία που είναι προσαρμοσμένη στις ανάγκες της Σιγκαπούρης. Τώρα, αρχικά σκοπεύω να αναπτύξω αυτή τη διαδικασία για ζωοτροφές. Ξέρετε, υπάρχει ακόμα ένα μεγάλο κοινωνικό εμπόδιο που πρέπει να ξεπεραστεί προτού οι άνθρωποι τρώνε βακτηριακή πρωτεΐνη και ορισμένα τεχνικά ζητήματα που πρέπει να εξαλειφθούν, όπως τα επίπεδα νουκλεϊκού οξέος. Έτσι, ένα βήμα τη φορά. Υπάρχουν πολλές δροσερές επιστήμες να κάνουμε στο μεταξύ. Πιστεύω ότι υπάρχουν ορισμένες ειδικές πτυχές του μεταβολισμού υψηλής πίεσης που θα φέρουν μοναδικά οφέλη στο τελικό προϊόν, το οποίο θα έχει ιδιότητες υγείας και πρεβιοτικών. Θα τα κρατήσω κοντά στο στήθος μου προς το παρόν.

Το ISC-IIASA Ανθεκτικά Συστήματα Τροφίμων Η έκθεση διαπιστώνει ότι «η σίτιση ενός αυξανόμενου και πιο εύπορου πληθυσμού θα απαιτήσει αυξήσεις στην παραγωγικότητα και την ποικιλομορφία των καλλιεργειών και των ζώων» και ότι «η καινοτομία που επικεντρώνεται στο άνοιγμα νέων και εναλλακτικών πηγών τροφίμων πρέπει να διατηρηθεί και να επιταχυνθεί», κάτι που θα συμβαδίζει με τις νέες τεχνικές όπως τα τρόφιμα από μεθάνιο.

Μπορούμε όμως να υποθέσουμε ότι αυτή η τροφή από τη διαδικασία μεθανίου θα αύξανε πραγματικά την ανθεκτικότητα των συστημάτων τροφίμων, λαμβάνοντας υπόψη ότι μπορεί επίσης να ενισχύσει την εξάρτησή μας από το φυσικό αέριο; Επίσης, εάν αυτή η διαδικασία διευρυνθεί, θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά τη ζήτηση για γη για την καλλιέργεια τροφής για τα ζώα, αλλά δεν θα αυξήσει επίσης σημαντικά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα;

Υπέροχες ερωτήσεις. Στο πρώτο σας, όπως ανέφερα, προτείνω αρχικά τη χρήση μεθανίου από ανανεώσιμες πηγές, όπου το μεθάνιο είναι βιογενούς προέλευσης και παράγεται από μεθανογόνους μονοκύτταρους οργανισμούς που ονομάζονται Archaea. Και ακόμη και εδώ, όπου δεν υπάρχει καλύτερη χρήση για αυτό, όπως η παραγωγή θερμότητας ή ηλεκτρικής ενέργειας. Παρόλο που οι ροές μη βιογενών αποβλήτων μεθανίου είναι συμβατές, δεν προβλέπω ότι αυτός ο τύπος παραγωγής τροφίμων θα είναι κινητήριος δύναμη της παραγωγής ή της χρήσης πετροχημικών.

Στη δεύτερη ερώτησή σας, σύμφωνα με τη Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC), η ικανότητα επιβολής ακτινοβολίας του μεθανίου είναι έως και 86 φορές υψηλότερη από αυτή του διοξειδίου του άνθρακα. Έτσι, η μετατροπή του μεθανίου σε διοξείδιο του άνθρακα είναι μια καλύτερη προοπτική για το κλίμα μας. Προτείνω τη χρήση ροών αποβλήτων που είναι μια λογική χρήση των πόρων μας, και το μεθάνιο βιογενούς προέλευσης είναι ανανεώσιμος πόρος.

Η Σύνοδος Κορυφής για τα Συστήματα Τροφίμων των Ηνωμένων Εθνών στοχεύει σε πιο υγιεινά, πιο βιώσιμα και πιο δίκαια συστήματα τροφίμων, επομένως πιστεύουμε ότι τα «πλεονεκτήματα υπερτερούν των μειονεκτημάτων» αυτής της μεθόδου και επομένως θα μπορούσαν, μεταξύ άλλων καινοτόμων τεχνικών, να βοηθήσουν στην επίτευξη της Βιώσιμης Ανάπτυξης Στόχοι;

Οπωσδήποτε, είναι απίθανο. Τα αέρια απόβλητα είναι ένας πολύ καλός τρόπος για την παραγωγή πρωτεΐνης, καθώς είναι εύκολο να ελεγχθούν, είναι σχετικά ομοιογενή και εύκολα αποστειρώνονται. Για να μην αναφέρουμε ότι αυτές οι διαδικασίες είναι πολύ υψηλής πυκνότητας. Για παράδειγμα, οι πυκνότητες παραγωγής που μπορείτε να δημιουργήσετε με τη μεθανογόνο μετατροπή είναι 4 kg m³ h^-1. Δηλαδή 4 κιλά βιομάζας σε ένα κυβικό μέτρο κάθε ώρα! Για να το θέσουμε σε προοπτική, οι δεξαμενές IBC (ενδιάμεσα δοχεία χύδην) που μπορεί να έχετε δει να βρίσκονται σε βιομηχανικές τοποθεσίες είναι περίπου ένα κυβικό μέτρο. Αυτό ισοδυναμεί με μία αγελάδα, ή μισό τόνο βιομάζας, σε περίπου πέντε ημέρες! Για την εκτροφή βοοειδών χρειάζονται περίπου 18 μήνες και απαιτείται περίπου ένα στρέμμα γης. Αυτοί είναι απλώς αριθμοί που κάνουν τη μελέτη να αξίζει τον κόπο. Αλλά προσθέστε σε αυτό μια σειρά από περιβαλλοντικά οφέλη μαζί με το γεγονός ότι είναι μια ηθική πηγή πρωτεΐνης, νομίζω ότι αποτελεί μια πολύ συναρπαστική τεχνολογία.

Ως επιστήμονας, τι θέλετε να κατανοήσουν οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής για να κάνουν τα συστήματα τροφίμων μας πιο ανθεκτικά;

Θα ήθελα οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής να κατανοήσουν ότι πρέπει να δράσουμε γρήγορα για να επιτρέψουμε τη μετάβαση σε πιο ανθεκτικά συστήματα τροφίμων. Πρέπει να ξεπεράσουμε πολλά πολιτιστικά εμπόδια για να επιτύχουμε βελτιωμένα συστήματα παραγωγής τροφίμων. Η πολιτική πρέπει να είναι ευέλικτη και υποστηρικτική και πρέπει να διατίθενται κονδύλια προτεραιότητας για έρευνα αιχμής, κατά προτίμηση με τρόπο που να υποστηρίζει πιο αποτελεσματικά τους κατώτερους και τους μεσαίους ερευνητές.

Ο Δρ Τζέιμι Χινκς
Ο Δρ. Jamie Hinks είναι Κύριος Ερευνητής Fellow στο Κέντρο Μηχανικής Περιβαλλοντικών Βιοεπιστημών της Σιγκαπούρης (SCELSE), χρηματοδοτούμενο από την κυβέρνηση της Σιγκαπούρης (το Εθνικό Ίδρυμα Έρευνας, το Υπουργείο Παιδείας, το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης). Προηγουμένως κατείχε τη θέση του Ανώτερου Ερευνητή Fellow στο SCELSE. Πριν από αυτό, ο Δρ. Χινκς ήταν ερευνητής Fellow στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang στη Σιγκαπούρη.

@jamiehinks5

Εικόνα από Μέγκουμι Νάτσεφ on Unsplash