Genetisch modifizierter Pilz steigert Proteineffizienz und reduziert ökologischen Fußabdruck erheblich

Forschern der Universität Jiangnan in Wuxi, China, ist ein beachtlicher Durchbruch im Bereich der nachhaltigen Proteinproduktion gelungen. Mittels der CRISPR-Genom-Editierungstechnologie modifizierten sie den Fadenpilz Fusarium venenatum. Die Ergebnisse dieser Arbeit, die am 19. November in der Fachzeitschrift Trends in Biotechnology veröffentlicht wurden, unterstreichen das enorme Potenzial dieses Mykoproteins. Es bietet sich als eine nahrhaftere und umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen tierischen Proteinen an, die für etwa 14% der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich sind.

Das Forschungsteam, angeführt vom Hauptautor Xiaohui Wu und dem korrespondierenden Autor Xiao Liu, konzentrierte sich bei der Genom-Editierung darauf, die Proteinsynthese zu optimieren und gleichzeitig die Verdaulichkeit zu verbessern. Die zentralen genetischen Anpassungen zielten darauf ab, zwei spezifische Gene gezielt auszuschalten. Zum einen wurde das Gen für die Chitin-Synthase, welches für die Bildung der robusten Pilzzellwand zuständig ist, inaktiviert. Zum anderen wurde die Regulierung der Pyruvatdecarboxylase beeinflusst, ein Enzym, das normalerweise Kohlenstoff in die Alkoholproduktion umleitet, anstatt ihn für die Proteinsynthese zu nutzen.

Diese sogenannten „nahtlosen“ Modifikationen, die ohne die Einführung fremder DNA auskamen, führten zur Entwicklung eines neuen, optimierten Stammes, der intern als FCPD bezeichnet wird. Die Laboruntersuchungen mit diesem FCPD-Stamm zeigten eine signifikante Steigerung der Effizienz. Im direkten Vergleich zum ursprünglichen Wildtyp produziert FCPD Proteine um 88% schneller. Gleichzeitig benötigt dieser Stamm 44% weniger Zucker als Rohstoff für diesen Prozess. Die Reduzierung des Bedarfs an Glukose, die oft aus landwirtschaftlichen Kulturen gewonnen wird, mindert den Druck auf wertvolle Anbauflächen.

Auch die ernährungsphysiologischen Eigenschaften wurden verbessert. Der Gehalt an essentiellen Aminosäuren stieg um beachtliche 32,9%. Darüber hinaus verbesserte sich die allgemeine Proteinverdaulichkeit von 52,65% auf 56,66%. Diese Optimierungen machen FCPD zu einem ernährungsphysiologisch attraktiveren Produkt für den Konsumenten.

Der ökologische Mehrwert dieser Errungenschaft ist nicht zu unterschätzen. Eine Simulation der industriellen Herstellung von jährlich einer Million Kilogramm FCPD ergab, dass dieser neue Stamm die gesamte Klimabelastung um bis zu 61% im Vergleich zum ursprünglichen Produktionsprozess von Fusarium venenatum senkt. Im direkten Vergleich mit der Produktion von Hühnerfleisch weist FCPD eine drastische Reduktion der Treibhausgasemissionen auf und minimiert gleichzeitig die Belastung von Boden und Wasser durch Verschmutzung. Selbst in Energiesystemen, die stark auf Kohle basieren, übertrifft der verbesserte Stamm den alten Pilz in allen messbaren Umweltkategorien.

Diese Innovation aus dem Hause der Universität Jiangnan, die sich intensiv mit Lebensmittelwissenschaften befasst, könnte das Wachstum des globalen Mykoproteinmarktes beschleunigen. Der Weltmarkt für Mykoproteine wird bis 2035 voraussichtlich einen Wert von 1.388,7 Millionen US-Dollar erreichen und verzeichnet bereits jetzt einen stetigen Aufschwung, getrieben durch die Nachfrage nach nachhaltigen Proteinlösungen. Sollte die Produktion von FCPD erfolgreich skaliert werden können, während die Kosten wettbewerbsfähig bleiben, könnte dieses Protein in einer breiten Palette von Endprodukten Einzug halten und somit den wachsenden globalen Bedarf an Proteinen decken, die nicht aus der traditionellen Viehzucht stammen.