Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Растительный или микробный белок: какой же лучше?
Если бы у вас был 1 гектар земли (10,000 м2), и вам нужно прокормить как можно больше людей, какой был бы ваш следующий шаг? У некоторых людей возникнет соблазн завести стадо коров для заготовки говядины или животного белка. Однако, земля для выращивания корма для коров и земля для пастбища займет бóльшую часть этого гектара, что ограничит количество коров, которое сможет проживать на этой земле. Кроме того, чтобы вырастить корову до зрелого возраста, потребуются годы.
Может быть стоит вырастить соевые бобы? Соя имеет самое высокое содержание белка среди всех растений, и уже является основным источником белка для большинства стран мира. С одного гектара земли можно произвести 1,1 тонны растительного белка в год, и этого будет достаточно, чтобы прокормить 40 человек! Но что если существует процесс производства белка из микробной биомассы, которая можно накормить в 10 раз больше людей? Такая технология называется PV-SCP, и она производит одноклеточный микробный белок с использованием фотоэлектрической системы.
Что такое одноклеточный микробный белок?
Белок представляет собой один из основных строительных блоков, которые необходимы каждому организму для выживания. Популярность использования одноклеточных организмов в сфере биотехнологии стремительно растет, потому что микроорганизмы имеют быструю скорость роста, не нуждаются в большом пространстве для роста, экономически эффективны, и являются неиссякаемыми источниками биологически важных химических реакций. Это делает их фантастическими биофабриками. Вы удивитесь, но продукты на основе микробного белка уже продаются в магазинах. Стоит всего лишь зайти в веганский отдел или отдел растительного белка в магазине, и найти продукты бренда Quorn. Продукты Quorn сделаны из белка грибка Fusarium venenatum, который использует пшеничную сахарозу для роста.
Разница между Quorn и технологией PV-SCP лежит в источнике питательного вещества. Для многих продуктов, полученных из микробного белка, растительный сахар выступает в качестве основного питательного веществ для роста микроорганизмов. В процессе PV-SCP, питательные вещества для микробной биомассы производятся за счет энергии солнца. В основе технологии лежит процесс фотогальваники – преобразования световой энергии в электричество с помощью солнечных батарей или других полупроводниковых материалов. Таким образом, технология представляет собой комбинацию использования солнечных панелей и микробной биомассы для производства белка.
Этот метод состоит из четырех этапов. На первом этапе, фотоэлектрические “фермы” впитывают солнечную энергию и превращают ее в электричество. На втором этапе, электрическая энергия преобразуется в химическую энергию, и сохраняется в виде водорода, формиата или метанола. Эти вещества становятся источниками питательных веществ для третьего этапа – роста микробов. После преобразования солнечной энергии в электричество и химической энергию в биологическую энергию, биомасса перерабатывается в готовый продукт. Четвертый и последний шаг – фильтрация, где удаляется весь ненужный “мусор”, а именно нуклеотиды, жирные кислоты, и углеводы. Цель этого этапа – сохранить только молекулы белка. Сухая белковая биомасса может использоваться в качестве корма для домашнего скота или для использования в пищу человеком.
Сравнение одноклеточного белка, сельскохозяйственного белка и растительного белка
Как упоминалось ранее, соевые бобы содержат наибольшее количество белка среди всех растительных культур. Одна чашка соевых бобов содержит 29 г высококачественного протеина! Микробный белок может быть получен двумя способами. В первом способе питательные вещества для микробов поступают из растительных сахаров, как в продуктах Quorn, а во втором – из солнечной энергии. Итак, как же правильно сравнить все методы и виды белков?
В своей статье, Дориан Леже, Сильвио Матасса, Элад Нур, Алон Шепон, Рон Мило и Аррен Бар-Эвен сравнили количество полученного белка, произведенного с одного гектара земли или 10,000 м2. Для выращивания сои, фермеры используют всю площадь поля, производя 1,1 тонну белка. Такое количество способно обеспечить 40 человек достаточным количеством белка в течение целого года. В случае одноклеточного микробного белка, полученного из сахара, 94% той же земли используется для производства сахара, а остальные 6% используются для выращивания и кормления микробов. Этот метод позволяет производить 2,7 тонны белка, и сможет прокормить вдвое больше людей, чем соевый метод. Наконец, в методе производства одноклеточного белка с использованием фотоэлектрических панелей, 66% земли занимают солнечные батареи, 24% – выращивание микробного продукта, и оставшиеся 10% имеют установки для улавливания углекислого газа, что способствует культивированию микробов. По оценкам авторов, с помощью этого метода можно произвести 15 тонн протеина, что прокормит примерно 520 человек. Этот результат в 10 раз больше, чем соевый метод!
Правда ли, что все белки в будущем будут производиться микробами?
Таким образом, производство белков с помощью микробов наиболее эффективно использует землю и дает более высокие урожаи белка, чем традиционные методы. Это также отличный источник витаминов группы B, которых часто не хватает в растительных диетах. Одноклеточные источники белка имеют высококачественный аминокислотный профиль, и могут быть богаты такими микроэлементами, как железо, цинк, кальций, фосфор, калий, натрий, магний, медь и марганец. Стоит отметить, что ученые имеют намного больше опыта и плодотворных результатов с манипуляциями микробного генома, чем с манипуляциями генома растений. Намного легче генетически модифицировать микробы для более эффективного производства белка, чем генетически модифицировать растения.
И прежде чем вы скажете, “Я не буду есть микробы, они вызывают болезни!”, помните, что употребление микробных продуктов уже лежит в основе нашего рациона. Бактерии Saccharomyces cerevisiae используются для производства хлеба, пива и вина, Lactococcus для молочных продуктов, а Aspergillus oryzae для соевого соуса.
Каковы же основные препятствия для внедрения этой технологии? Цена и общественное мнение являются самыми большими угрозами. По оценкам авторов, цена использования этой технологии составляет около $4-5 за килограмм белка. Если сравнить это с $2,5 за килограмм рыбного белка и $1 за килограмм соевого белка, технология PV-SCP является достаточно дорогой. Однако, гороховый белок стоит $5 и сывороточный белок стоит $7, в то время как бактериальные белки, такие как в продуктах Quorn, достигают в цене $13 за килограмм. Если проанализировать эти цены, PV-SCP может с легкостью стать устойчивой и рентабельной белковой альтернативой.
Featured image: Author’s design
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 