هک ژنوم قارچ‌ها برای تولید ترکیبات غذایی جدید

امروزه با پیشرفت های چشمگیر فناوری، محققان به دنبال تولید ترکیبات غذایی جدید با استفاده از قارچ‌ها هستند.

به گزارش تکناک، با وجود محصولات لبنی بدون حیوانات و جایگزین‌های گوشت گیاهی که در حال حاضر در بازار وجود دارند، به راحتی می‌توان دید که چگونه بیوتکنولوژی می‌تواند صنعت غذا را تغییر دهد.

پیشرفت‌ها در مهندسی ژنتیک به ما این امکان را می‌دهد که از میکروارگانیسم‌ها برای تولید محصولات گوشتی عاری از کوچک‌ترین ظلم به حیوانات استفاده کنیم که برای مصرف‌کنندگان و محیط زیست سالم‌تر است.

یکی از امیدوارکننده‌ترین منابع غذاهای نوآورانه، قارچ‌ها هستند. قارچ‌ها موجودات متنوعی هستند که به‌طور طبیعی طیف وسیعی از پروتئین‌ها، چربی‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها و مولکول‌های طعم‌دهنده خوشمزه و مغذی را تولید می‌کنند. اخیرا محققی به نام وایو هیل-مینی در حال بررسی احتمالات بسیاری برای طعم‌ها و بافت‌های جدید است که می‌توانند از اصلاح ژن‌های موجود در قارچ‌ها ایجاد شوند.

هیل مینی، رهبر این مطالعه گفت: من فکر می‌کنم این یک جنبه اساسی از زیست‌شناسی مصنوعی است که ما از ارگانیسم‌هایی بهره می‌بریم که تکامل یافته‌اند تا در برخی چیزها خوب عمل کنند. کاری که ما می‌خواهیم انجام دهیم این است که به آنچه قارچ می‌سازد، نگاه کنیم و سعی کنیم قفل آن را باز کنیم و آن را تقویت کنیم.

من فکر می‌کنم که برای این کار ما نیازی به معرفی ژن از گونه‌های بسیار متفاوت نداریم. ما در حال بررسی هستیم که چگونه می‌توانیم چیزها را به هم بچسبانیم و قفل آنچه را که از قبل وجود دارد، باز کنیم.

افزایش ژنتیک در قارچ‌ها

هیل مینی و همکارانش از دانشگاه کالیفرنیا برکلی در مقاله جدید خود که اخیراً در مجله Nature Communications  منتشر شده است، یک قارچ چند سلولی به نام Aspergillus oryzae را که به نام کپک کوجی نیز شناخته می‌شود، مورد مطالعه قرار دادند. قرن‌هاست که در آسیای شرقی از این کپک برای تخمیر نشاسته به سس، سس سویا و میسو استفاده می‌شود. ابتدا محققان از روش CRISPR-Cas9 برای توسعه یک سیستم ویرایش ژنی استفاده کردند که می‌تواند تغییرات مداوم و قابل تکراری در ژنوم کپک کوجی ایجاد کند. هنگامی که آنها یک جعبه ابزار از ویرایش‌ها را ایجاد کردند، از سیستم خود برای ایجاد تغییراتی استفاده کردند که قالب را به عنوان منبع غذایی ارتقاء بخشد.

ابتدا، هیل مینی بر تقویت تولید هِم در قالب تمرکز کرد که یک مولکول مبتنی بر آهن است که در بسیاری از اشکال زندگی یافت می‌شود، اما در بافت‌های حیوانی فراوان است و به گوشت رنگ و طعم متمایز می‌دهد. (هِمِ مشتق شده از گیاه به صورت مصنوعی نیز همان چیزی است که به برگر غیرممکن خاصیت فریب دادن گوشت می‌دهد) در مرحله بعد، محققان تولید ارگوتیونئین را افزایش دادند که آنتی اکسیدانی است که فقط در قارچ‌ها یافت می‌شود و با فواید سلامت قلب و عروق مرتبط است.

پس از این تغییرات، قارچ‌های سفید به رنگ قرمز درآمدند. با حداقل آماده‌سازی یعنی حذف آب اضافی و آسیاب کردن، قارچ‌های برداشت شده را می‌توان به شکل گرد درآورد و سپس به صورت برگر سرخ کرد.

هدف بعدی هیل مینی این است که با تنظیم فعالیت ژن‌هایی که بافت قالب را کنترل می‌کنند، قارچ‌ها را جذاب‌تر کند. وی گفت: ما فکر می‌کنیم که با تغییر مورفولوژی فیبر مانند سلول‌ها، فضای زیادی برای کشف بافت وجود دارد. بنابراین، ممکن است بتوانیم ساختار الیاف زیاد را طوری برنامه‌ریزی کنیم که بلندتر شوند و تجربه‌ای شبیه به گوشت را به ارمغان ‌آورند. سپس می‌توانیم به تقویت ترکیب چربی فکر کنیم. من واقعا هیجان زده هستم که ببینم چگونه می‌توانیم قارچ را بیشتر بررسی کنیم وساختار و متابولیسم آن را برای تهیه غذا تغییر دهیم.

اگرچه این تحقیق به معنای شروع سفری تازه برای بهره‌گیری از ژنوم قارچ‌ها برای تهیه غذاهای جدید است، اما پتانسیل عظیم این موجودات را برای خدمت به عنوان منابع پروتئینی نشان می دهد. گوشت پرورشی موانعی مانند هزینه و مشکلات فنی به همراه دارد. علاوه بر این، ابزار ویرایش ژن این محققان، جهشی بزرگ برای حوزه زیست‌شناسی مصنوعی است.

در حال حاضر، تنوع زیادی از موارد تولید شده زیستی توسط باکتری‌ها و مخمرهای مهندسی شده که گونه‌ها‌ی مرتبط و تک سلولی قارچ‌ها و کپک‌ها هستند، ساخته می‌شوند. با این حال، علیرغم سابقه طولانی بشریت در اهلی کردن قارچ ها برای خوردن مستقیم یا تهیه مواد اولیه، قارچ‌های چند سلولی هنوز به عنوان کارخانه‌های سلولی مهندسی شده به اندازه کافی مورد استفاده قرار نگرفته‌اند، زیرا ژنوم آنها بسیار پیچیده‌تر است و سازگاری‌هایی دارند که ویرایش ژن را به یک کار بسیار دشوار تبدیل می‌کند. ابزار CRISPR-Cas9 که در این مقاله توسعه داده شده است، پایه‌ای را برای ویرایش آسان قالب قارچ کوجی و بسیاری از خویشاوندان آن ایجاد می‌کند.

این موجودات قرن‌ها برای تولید غذا مورد استفاده قرار گرفته‌اند و در تبدیل کربن به طیف گسترده‌ای از مولکول‌های پیچیده از جمله بسیاری از مولکول‌های پیچیده که تولید آنها با استفاده از میزبان‌های کلاسیک مانند مخمر آبجو یا باکتری E. coli تقریبا غیرممکن است، بسیار کارآمد هستند. محققی به نام جی کیزلینگ گفت: با باز کردن قفل قالب قارچ کوجی از طریق توسعه این ابزارها، ما در حال کشف پتانسیل یک گروه بزرگ جدید از میزبان‌ها هستیم که می‌توانیم از آنها برای تولید غذاها، مواد شیمیایی ارزشمند، سوخت‌های زیستی با انرژی متراکم و داروها استفاده کنیم. این یک راه جدید و هیجان‌انگیز برای تولید مبنی بر زیست‌شناسی است.

پل زدن بین آزمایشگاه و آشپزخانه

با توجه به پیشینه آشپزی خود، هیل مینی مشتاق است اطمینان حاصل کند که نسل بعدی محصولات مبتنی بر قارچ نه تنها خوش طعم، بلکه برای همه مشتریان از جمله آنهایی که دارای ذائقه پیچیده هستند، مطلوب باشد. در یک مطالعه جداگانه، او و کیسلینگ با سرآشپزهای رستوران  Alchemist که یک رستوران در کپنهاگ است، برای بررسی پتانسیل آشپزی یک قارچ چند سلولی دیگر به نام Neurospora intermedia، همکاری کردند. این قارچ به‌طور سنتی در اندونزی برای تولید یک غذای اصلی به نام انکام از طریق تخمیر مواد زائد باقی مانده از تولید مواد غذایی دیگر مانند توفو استفاده می‌شود. دانشمندان و سرآشپزها که از توانایی این قارچ در تبدیل باقیمانده غذا به یک غذای غنی از پروتئین شگفت زده شده بودند و آن را در آشپزخانه رستوران Alchemist مطالعه کردند.

آنها کشف کردند که N. intermedia آنزیم‌های زیادی را در حین رشد، تولید و دفع می‌کند. قارچ‌ها وقتی روی برنج نشاسته‌ای رشد می‌کنند، آنزیمی تولید می‌کنند که برنج را مایع می‌کند و آن را به شدت شیرین می‌کند. هیل-مینی گفت: ما فرآیندی را تنها با سه ماده یعنی برنج، آب و قارچ ایجاد کردیم تا یک فرنی زیبا و چشمگیر به رنگ نارنجی درست کنیم. این غذا تبدیل به یک غذای جدید در منو شد که از ترکیب شیمیایی و رنگ قارچی در یک دسر استفاده می‌کند. من فکر می‌کنم آنچه نتیجه این کار نشان می دهد این است که فرصتی برای پل زدن بین آزمایشگاه و آشپزخانه وجود دارد.

(زیرنویس تصویر: امروزه پیشرفت در بیوتکنولوژی تولید مواد غذایی را تغییر داده است و قارچ‌ها نقش مهمی را در این زمینه ایفا می‌کنند. تحقیقات انجام شده توسط محققی به نام Vayu Hill-Maini از مهندسی ژنتیک برای افزایش خواص طبیعی قارچ‌ها استفاده می‌کند و جایگزین‌های گوشتی مغذی و پایدار ایجاد می‌کند. این رویکرد نه تنها راه‌های جدیدی را در علوم غذایی باز می‌کند، بلکه برای آشپزی برنامه‌های پیچیده‌ای ارائه می‌دهد. در تصویر یک کشت قارچ ویرایش شده ژنی از تحقیقات Vayu Hill-Maini که در بشقاب شام دیده می‌شود)