Tương lai của thực phẩm ngoài không gian: Sử dụng nấm men sinh học để cung cấp thức ăn cho con người ngoài Trái đất
bởi Đại học Macquarie
Men kỹ thuật sinh học như một hệ thống sản xuất thực phẩm hoàn chỉnh. Nhiều con đường di truyền có thể được hợp nhất thành nhiễm sắc thể tổng hợp (a) để lập trình lại quá trình trao đổi chất của nấm men và ban cho nó những đặc điểm mới được di truyền (ví dụ, sử dụng C1 và các thuộc tính thức ăn cảm quan và dinh dưỡng) (b). Thông qua việc sử dụng các lò phản ứng sinh học thông minh có khả năng kiểm soát sự biểu hiện của các con đường di truyền được thiết kế cụ thể, sinh lý tế bào nấm men có thể được định hình để điều chỉnh các đặc tính của thực phẩm sinh khối nấm men (c). Công nghệ thực phẩm in 3D bằng vi sinh sẽ cho phép sản xuất thực phẩm được cá nhân hóa theo sở thích của từng cá nhân với mức chất thải tối thiểu (d). Ảnh: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-33974-7
Lấy một dạng men thông thường, một máy in 3D và một số khoa học thông minh, và bạn có gì? Một hệ thống thực phẩm đa năng và bổ dưỡng cho những nhà du hành vũ trụ sành điệu của ngày mai.
Trong một bài báo mới trên Nature Communications, các nhà nghiên cứu từ Đại học Macquarie và Trung tâm Sinh học Tổng hợp ARC phác thảo tầm nhìn về một hệ thống thực phẩm có thể tùy chỉnh cung cấp các món ăn với hương vị, kết cấu và chất dinh dưỡng của các đối tác trên Trái đất của họ.
Thành phần chính được sử dụng trong hệ thống thực phẩm không gian là nấm men Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae), một vi sinh vật cấp thực phẩm có hàng ngàn năm sử dụng trong làm bánh, ủ và làm rượu. Tế bào nấm men vốn đã rất bổ dưỡng, chứa nhiều protein, carbohydrate, một lượng nhỏ chất béo và hầu hết các axit amin thiết yếu mà con người cần từ thực phẩm. Với một số kỹ thuật, S. cerevisiae có thể được củng cố thêm để thêm chất dinh dưỡng, mùi vị, màu sắc và kết cấu.
Tác giả chính, Tiến sĩ Briardo Llorente từ Trường Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Macquarie, cho biết: “Phương pháp tốt nhất để duy trì các dự án mở rộng không gian của con người là sản xuất thực phẩm tại chỗ.
Các nghiên cứu trước đây đã ước tính rằng tất cả các vitamin và chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết cho một chế độ ăn uống cân bằng của con người có thể nuôi sống 50-100 người mỗi ngày từ một thùng lên men 3.000 lít, làm cho S. cerevisiae trở thành một ứng cử viên đầy hứa hẹn để phát triển thành một hệ thống sản xuất thực phẩm bằng vi sinh vật.
Thay vì giống như hệ thống thực phẩm tái tạo của Star Trek, tổng hợp thức ăn theo yêu cầu, hệ thống này sẽ liên quan đến việc sử dụng sức mạnh của sinh học tổng hợp để ban cho nấm men khả năng sản xuất các chất dinh dưỡng và thuộc tính cảm quan phổ biến của thực phẩm được tạo ra từ Trái đất như hương vị, màu sắc, mùi, và kết cấu. Điều này sẽ làm cho nó có thể tạo ra thực phẩm dựa trên vi sinh vật có cấu trúc cảm quan và dinh dưỡng mong muốn.
Các nhà khoa học tin rằng công nghệ in thực phẩm 3D có thể được sử dụng để chế biến các bữa ăn tùy chỉnh cho các phi hành gia bằng cách sử dụng các tế bào nấm men đã được biến đổi này.
Hãy tưởng tượng thực phẩm, giống như sushi hoặc lasagna, nơi mỗi lớp có một màu sắc, mùi vị và kết cấu khác nhau. Hoặc một thanh nhỏ gọn giống như protein có vị và mùi giống hệt như chuối.
Hệ thống thực phẩm sáng tạo cũng sẽ đóng góp vào nền kinh tế tuần hoàn, với các loại thực phẩm được chế tạo để lại ít hoặc không lãng phí cho những người du hành vũ trụ trong khi tối đa hóa khả năng sản xuất thực phẩm ngoài Trái đất.
Tiến sĩ Llorente cho biết: “Về cơ bản, những gì chúng tôi đề xuất là phát triển công nghệ và khả năng sẽ biến nấm men từ vi sinh vật cơ bản mà chúng ta sử dụng để sản xuất thực phẩm thành một thứ gì đó mạnh hơn nhiều có thể thực sự được sử dụng như một nguồn thực phẩm hoàn chỉnh”. "Với những nghiên cứu sâu hơn, chúng tôi có thể sử dụng sinh học tổng hợp để hợp nhất nhiều thuộc tính cảm quan và dinh dưỡng, đồng thời phát triển các hệ thống sản xuất thực phẩm sáng tạo bền vững và thân thiện hơn với môi trường."
Trong khi không gian là trường hợp sử dụng rõ ràng, do những hạn chế của việc sản xuất thực phẩm trong môi trường khó khăn, Tiến sĩ Llorente và nhóm nghiên cứu tin rằng nấm men được biến đổi kỹ thuật có tiềm năng rất lớn để giải quyết sự bền vững ngay trên Trái đất.
"Khi chúng ta thấy các nguồn thực phẩm được chế biến kỹ thuật ngày càng phổ biến hơn trong xu hướng chính, thì ngày càng có nhiều thị trường cho việc sử dụng ngày càng nhiều nấm men được chế biến để chống lại các vấn đề về tính bền vững. Một ngày nào đó, những thực phẩm thay thế này có thể giải quyết một số vấn đề phức tạp nhất của chúng ta liên quan đến việc giải quyết bền vững an ninh lương thực Tiến sĩ Llorente nói.
