Die wachsende Weltbevölkerung führt zu einem kontinuierlichen Anstieg des Nahrungsmittelbedarfs und damit auch der Nachfrage nach Proteinen für Tierfutter. Insbesondere China ist mit einem gravierenden Mangel an Proteinquellen konfrontiert.
Obwohl China seit vielen Jahren weltweit führend in der Schweineproduktion und Aquakultur ist, ist das Land nach wie vor stark von importierten Sojabohnen als Tierfutter abhängig. Die jährlichen Importe betragen rund 100 Millionen Tonnen, und die Abhängigkeitsquote liegt bei über 80 Prozent.
Daher ist die Entwicklung von Methoden zur schnellen und effizienten Produktion hochwertiger Proteine von großer Bedeutung. Die vielversprechendste Lösung liegt in der synthetischen Biologie.
Es gibt mehrere Wege zur Bioproteinsynthese. Der einfachste besteht darin, Nebenprodukte der Lebensmittel- und Agrarindustrie , wie etwa Maisquellwasser, Schlempe und Reisstroh, durch mikrobielle Transformation in höherwertige Proteinprodukte umzuwandeln.
Allerdings sind die Versorgung mit diesen Nebenprodukten und ihre Qualität instabil, was die industrielle Produktion erschwert.
Chinesische Wissenschaftler haben eine kostengünstige Methode gefunden, Kohle in Protein für Tierfutter umzuwandeln. (Foto: Shutterstock)
Ein weiterer bemerkenswerter Ansatz, der die industrielle Fermentation unter Verwendung energieerzeugender Chemikalien beinhaltet, ist die Verwendung von Methanol, das kostengünstig aus Kohle gewonnen wird.
Daran forschen Wissenschaftler des Tianjin Institute of Industrial Biotechnology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) unter der Leitung von Professor Wu Xin.
„Kohle, deren weltweite Reserven etwa 107 Billionen Tonnen betragen, kann durch Kohlevergasung in Methanol umgewandelt werden. Methanol lässt sich gut mit Wasser mischen, gärt effizienter als Gas und erfordert keine spezielle Fermentationsanlage“, schrieb Professor Wu in einem Artikel im China Science Bulletin.
Sein Team hat nun eine Technologie zur Herstellung von Proteinen entwickelt, die günstiger ist als die traditionelle Proteinbiosynthese. Die Ergebnisse wurden am 17. November 2023 in der internationalen Fachzeitschrift „Biotechnology for Biofuels and Bioproducts“ veröffentlicht.
„Die Forschung zur Synthese von Zellproteinen aus Methanol begann in den 1980er Jahren und konzentrierte sich hauptsächlich auf die Stammauswahl und Prozessoptimierung. Aufgrund der hohen Kosten können methanolsynthetisierte Proteinprodukte jedoch nicht mit Sojaprotein konkurrieren und wurden bisher nicht in großem Maßstab produziert“, so Professor Wu in seinem Artikel.
Um das Problem zu lösen, sammelte sein Team mehr als 20.000 Hefeproben aus Weinbergen, Wäldern und Feuchtgebieten in ganz China. Anhand dieser Proben identifizierten sie Stämme, die verschiedene Zucker und Alkohole effizient als Kohlenstoffquellen nutzen konnten, darunter den Hefestamm Pichia pastoris.
Anschließend schalteten sie bestimmte Gene in einem wilden Stamm von Pichia pastoris aus und schufen so eine Hefe mit Methanoltoleranz und deutlich verbesserter Stoffwechseleffizienz. Diese Technik brachte das Ziel, Methanol in Protein umzuwandeln, deutlich voran.
„Die Forscher erreichten mit ihrer modifizierten Pichia pastoris ein Trockenzellgewicht und einen Rohproteingehalt von 120 g/Liter bzw. 67,2 Prozent. Und die Umwandlungseffizienz von Methanol in Protein erreichte 92 Prozent des theoretischen Werts“, heißt es im CAS-Bericht.
Die hohe Umwandlungsrate macht diese Methode der Proteinproduktion wirtschaftlich sehr attraktiv.
„Es benötigt kein Ackerland, ist unabhängig von Jahreszeiten und Klima und ist tausendmal effizienter als herkömmliche Fermentationsmethoden. Darüber hinaus liegt der Proteingehalt der Mikroorganismen zwischen 40 und 85 Prozent und ist damit deutlich höher als bei natürlichen Pflanzen“, sagte Professor Wu in dem Artikel.
Diese Proteine sind außerdem reich an Aminosäuren, Vitaminen, anorganischen Salzen, Fetten und Kohlenhydraten, sodass sie in einer Vielzahl von Anwendungen Fischmehl, Sojabohnen, Fleisch und Magermilchpulver teilweise ersetzen können.
Das Team hat mit der industriellen Forschung begonnen und produziert Tausende Tonnen Methanolprotein für Tierfutter. Der konkrete Partner wurde nicht genannt.
Mikrobielle Proteine sind sehr nahrhaft und frei von den in Sojaproteinen vorkommenden Allergenen, was sie zu einer hervorragenden Proteinquelle macht. Allerdings gibt es heute nur wenige Produkte auf dem Markt.
Das US-Unternehmen KnipBio hat gentechnisch veränderte Stämme verwendet, um aus Methanol KnipBio Meal herzustellen, ein hochwertiges Futterprotein, das mit Fischmehl vergleichbar ist. Das Produkt hat die Sicherheitszulassung der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) erhalten.
Hua Yu (Quelle: SCMP)
[Anzeige_2]
Quelle
Kommentar (0)