Industria alternativelor la carne încearcă de ani buni să rezolve una dintre cele mai dificile probleme: cum poate fi recreată experiența oferită de carnea convențională folosind ingrediente obținute fără creșterea animalelor? Textura poate fi imitată cu proteine vegetale, iar grăsimile și aromele pot fi ajustate prin diverse tehnologii, însă culoarea, gustul și transformările care apar în timpul gătirii sunt mult mai greu de reprodus. O posibilă soluție vine acum dintr-o direcție surprinzătoare. Mioglobina produsă de plante ar putea deveni, în viitor, un ingredient valoros pentru alimentele care încearcă să imite mai fidel carnea.
Cercetători de la Imperial College London au reușit să modifice genetic plante de tutun și salată astfel încât acestea să producă mioglobină, o proteină întâlnită în mod natural în mușchii animalelor. Descoperirea reprezintă deocamdată o demonstrație experimentală, nu o tehnologie gata să ajungă pe rafturile magazinelor. Totuși, ea deschide o perspectivă interesantă: plantele ar putea deveni adevărate fabrici biologice pentru producerea unor proteine care, în mod obișnuit, provin din țesuturile animale.
Proteina care contribuie la culoarea și gustul cărnii
Mioglobina este o proteină specializată în legarea oxigenului, prezentă în celulele musculare ale vertebratelor. Ea contribuie în mod important la culoarea cărnii și este una dintre moleculele responsabile pentru diferențele vizibile dintre diverse tipuri de țesut muscular.
Rolul său devine deosebit de interesant în industria alimentară deoarece mioglobina conține o grupare hemică ce include fier. Această structură influențează proprietățile chimice ale proteinei și participă la procesele care contribuie la culoarea și la unele caracteristici aromatice ale cărnii, mai ales atunci când aceasta este preparată termic.
Pentru producătorii de alternative vegetale, imitarea acestor proprietăți reprezintă o provocare majoră. Un burger pe bază de plante poate avea o formă și o consistență apropiate de cele ale unui burger din carne, dar consumatorul percepe produsul printr-o combinație mult mai complexă de culoare, aromă, gust și transformări produse în timpul gătirii.
De aceea, proteine precum mioglobina au devenit ținte importante pentru biotehnologia alimentară. Până în prezent, unele ingrediente similare au fost produse cu ajutorul microorganismelor modificate genetic și cultivate în bioreactoare. Noul studiu explorează însă o altă posibilitate: producerea acestor molecule direct în plante.
Cum au fost transformate salata și tutunul în producători de mioglobină
Pentru a obține mioglobina produsă de plante, cercetătorii au folosit gene care codifică mioglobina provenită de la animale. Acestea au fost introduse în plante prin metode de inginerie genetică, iar una dintre strategiile principale a urmărit modificarea cloroplastelor.
Cloroplastele sunt cunoscute mai ales ca structurile celulare în care are loc fotosinteza. Ele captează energia luminii și participă la transformarea acesteia în energie chimică, proces care permite plantelor să își construiască biomasa folosind apă, dioxid de carbon și energia solară.
Dar cloroplastele au o particularitate care le face extrem de interesante pentru biotehnologie: au propriul material genetic. Cercetătorii au încercat să introducă genele pentru mioglobină în genomul cloroplastelor, nu doar în genomul nuclear al plantelor.
Experimentele au fost realizate pe tutun, o plantă utilizată frecvent în cercetările de biologie moleculară, dar și pe salată, o specie comestibilă. Această a doua alegere este deosebit de importantă deoarece demonstrează că tehnologia poate funcționa, cel puțin experimental, și într-o plantă care face parte din alimentația umană.
Plantele modificate au reușit să crească până la maturitate și să producă semințe. Mai mult, modificarea genetică a fost transmisă generațiilor următoare, demonstrând stabilitatea sistemului de producție în condițiile experimentului.
De ce cloroplastele pot transforma plantele în mici fabrici biologice
Rezultatele au arătat că locul în care este introdusă gena poate influența puternic cantitatea de proteină produsă.
Atunci când genele pentru mioglobină au fost introduse în cloroplaste, producția a fost semnificativ mai mare decât în cazul introducerii lor în genomul nuclear. Cercetătorii au raportat concentrații de aproximativ 800 de miligrame de mioglobină la un kilogram de masă uscată pentru plantele de tutun și aproximativ 810 miligrame la un kilogram de masă uscată în cazul salatei. Nivelurile au fost de cel puțin trei ori mai mari decât cele obținute prin strategia bazată pe genomul nuclear.
Explicația ține, în parte, de numărul mare de copii ale genomului cloroplastelor existente în celulele vegetale. Dacă o genă introdusă în aceste structuri este activă eficient, planta poate dispune de numeroase copii ale instrucțiunilor necesare pentru producerea proteinei.
Totuși, cantitatea de mioglobină obținută este încă mult mai mică decât concentrația naturală a acestei proteine în țesutul muscular animal. Acesta este unul dintre motivele pentru care studiul trebuie privit ca o etapă de început. Demonstrarea faptului că o plantă poate produce stabil această proteină nu înseamnă automat că metoda este deja suficient de eficientă pentru producția industrială.
Dar diferența dintre cele două lucruri nu trebuie să umbrească importanța rezultatului. În biotehnologie, primul pas esențial este adesea demonstrarea posibilității. După aceea urmează optimizarea.
Mioglobina produsă de plante și agricultura alimentelor viitorului
Cea mai interesantă idee ridicată de acest studiu este că agricultura ar putea avea, în viitor, un rol diferit de cel pe care îl asociem astăzi cu producția de alimente. O cultură agricolă nu ar mai trebui privită doar ca sursă de fructe, semințe, frunze sau fibre. Prin biotehnologie, ea ar putea deveni o platformă pentru producerea unor molecule complexe cu aplicații specifice.
În acest scenariu, mioglobina produsă de plante ar putea fi extrasă din biomasa vegetală și purificată înainte de a fi utilizată ca ingredient în alternativele la carne. În loc ca proteina să fie obținută din mușchii unui animal sau produsă exclusiv în instalații industriale prin fermentație, o parte din procesul de fabricație ar putea avea loc chiar într-o cultură agricolă.
Plantele au un avantaj evident: folosesc fotosinteza pentru a transforma energia solară în materie organică. Dacă randamentul de producție poate fi crescut suficient, agricultura ar putea oferi o cale interesantă pentru fabricarea anumitor proteine la scară mare.
Această posibilitate este analizată și din perspectiva utilizării resurselor. Agricultura animală necesită teren, apă și furaje, iar creșterea animalelor contribuie la emisiile de gaze cu efect de seră. Culturile vegetale nu sunt lipsite de impact asupra mediului, însă, în multe situații, pot utiliza resursele mai eficient decât producția de proteine prin creșterea animalelor.
Cercetătorii consideră că, după optimizarea tehnologiei, producția de mioglobină la hectar ar putea deveni competitivă. Această ipoteză trebuie însă verificată prin experimente agricole și analize complete ale consumului de resurse, randamentului și costurilor.
De la frunzele unei plante la un ingredient pentru carnea vegetală
Este important de precizat că salata modificată genetic din acest experiment nu este concepută, cel puțin în forma actuală a cercetării, pentru a fi consumată pur și simplu ca o sursă directă de mioglobină.
Scenariul imaginat de cercetători presupune un proces de producție în mai multe etape. Plantele ar fi cultivate pentru biomasa lor, iar proteina ar fi ulterior extrasă și purificată. Mioglobina astfel obținută ar putea fi utilizată ca ingredient în produse alimentare care conțin în principal proteine vegetale.
Adăugarea unei astfel de proteine ar putea contribui la reproducerea mai fidelă a unor caracteristici asociate cu carnea. De asemenea, fiind o proteină legată de o grupare care conține fier, tehnologia ar putea avea și aplicații în dezvoltarea unor alimente cu profil nutrițional îmbunătățit.
Există însă un aspect esențial care trebuie rezolvat înainte ca această idee să poată fi aplicată la scară comercială. Cercetătorii trebuie să se asigure că proteina produsă în plantă are structura și proprietățile funcționale dorite.
Pentru ca mioglobina să funcționeze așa cum trebuie, nu este suficientă producerea lanțului proteic. Este necesară și asocierea corespunzătoare cu gruparea hemică. Optimizarea acestui proces reprezintă una dintre etapele importante ale cercetărilor viitoare. Abia atunci va putea fi testată în mod riguros capacitatea mioglobinei produse de plante de a influența culoarea, aroma și comportamentul alimentelor în timpul preparării.
O tehnologie promițătoare, dar departe de aplicarea comercială
Rezultatul obținut de echipa de la Imperial College London nu înseamnă că fermele vor produce în curând mioglobină la fel de simplu cum produc astăzi grâu sau porumb.
Există numeroase probleme care trebuie rezolvate. Cantitatea de proteină trebuie crescută, plantele trebuie testate în condiții agricole reale, iar procesul de extracție și purificare trebuie să fie suficient de eficient. În plus, orice posibilă utilizare alimentară va depinde de evaluări riguroase privind siguranța și de legislația referitoare la organismele modificate genetic și la noile ingrediente alimentare.
Va trebui demonstrat și că întreaga tehnologie este avantajoasă din punct de vedere economic. O metodă biologic fascinantă nu devine automat o soluție industrială. Costul cultivării, procesării și purificării poate determina dacă o tehnologie ajunge sau nu să fie utilizată pe scară largă.
Cu toate acestea, studiul oferă ceva foarte important: dovada că o plantă poate fi modificată pentru a produce stabil o proteină musculară de origine animală și că folosirea cloroplastelor poate crește semnificativ randamentul acestui proces.
Un nou capitol pentru alternativele la carne
Viitorul alimentației nu va depinde probabil de o singură tehnologie. Alternativele la proteinele animale se dezvoltă în mai multe direcții, de la produsele vegetale convenționale și fermentația de precizie până la agricultura celulară și noi forme de inginerie genetică.
Mioglobina produsă de plante ar putea deveni o piesă într-un sistem alimentar mai diversificat. Unele ingrediente ar putea fi produse de microorganisme, altele de culturi celulare, iar anumite proteine ar putea fi obținute direct în plante special proiectate pentru acest scop.
Studiul realizat pe salată și tutun arată cât de mult se pot schimba granițele dintre agricultură și industrie. O plantă poate fi, în același timp, un organism viu, o cultură agricolă și o platformă biochimică capabilă să producă molecule pe care natura nu le-a asociat inițial cu acea specie.
Mai este nevoie de multe studii până când această idee ar putea deveni o tehnologie comercială. Totuși, faptul că oamenii de știință au reușit deja să obțină mioglobina produsă de plante reprezintă un pas important. Într-o lume în care cererea pentru surse de proteine este în continuă creștere, viitoarele ingrediente pentru alternativele la carne s-ar putea să nu provină doar din ferme de animale sau din bioreactoare. Iar unele dintre ele ar putea începe, pur și simplu, într-o frunză.
Sursa: Imperial College London