Nấm Biến Đổi Gen Tăng Cường Sản Xuất Protein, Giảm Dấu Chân Sinh Thái

Các nhà khoa học tại Đại học Giang Nam (Wuxi, Trung Quốc) vừa công bố một bước đột phá đáng kể trong lĩnh vực sản xuất protein bền vững. Họ đã ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR để biến đổi loại nấm sợi Fusarium venenatum. Nghiên cứu này, được đăng tải vào ngày 19 tháng 11 trên tạp chí Trends in Biotechnology, mở ra triển vọng lớn cho protein từ nấm (mycoprotein) như một nguồn dinh dưỡng dồi dào và thân thiện với môi trường hơn so với protein động vật truyền thống, vốn chiếm khoảng 14% tổng lượng khí thải nhà kính toàn cầu.

Đội ngũ nghiên cứu, đứng đầu là tác giả chính Xiaohui Wu và tác giả chịu trách nhiệm Xiao Liu, đã tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình tổng hợp protein và cải thiện khả năng hấp thụ của nó thông qua chỉnh sửa bộ gen. Những thay đổi di truyền then chốt nhắm vào việc triệt tiêu hai gen cụ thể. Thứ nhất là gen chitin synthase, chịu trách nhiệm hình thành thành tế bào cứng của nấm. Thứ hai là gen điều chỉnh pyruvate decarboxylase, một enzyme vốn chuyển hướng carbon để sản xuất cồn thay vì tổng hợp protein. Những chỉnh sửa 'liền mạch' này, không đưa thêm bất kỳ DNA ngoại lai nào, đã tạo ra một chủng nấm mới được đặt tên là FCPD.

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với chủng FCPD mới đã cho thấy hiệu suất vượt trội. So với chủng nấm hoang dã ban đầu, FCPD có tốc độ sản xuất protein nhanh hơn tới 88%, đồng thời lại tiêu thụ ít đường hơn 44% làm nguyên liệu thô. Việc giảm thiểu nhu cầu tiêu thụ glucose, vốn có nguồn gốc từ cây trồng nông nghiệp, sẽ giúp giảm bớt áp lực lên tài nguyên đất đai. Về mặt dinh dưỡng, chất lượng cũng được nâng cao rõ rệt: chỉ số axit amin thiết yếu tăng thêm 32,9%, và khả năng tiêu hóa protein cải thiện từ mức 52,65% lên 56,66%.

Khía cạnh môi trường của thành tựu này mang ý nghĩa vô cùng quan trọng. Khi mô phỏng quy mô sản xuất công nghiệp đạt một triệu kilogam FCPD mỗi năm, các nhà khoa học ước tính rằng chủng mới này có thể cắt giảm tới 61% tác động khí hậu tổng thể so với quy trình sản xuất Fusarium venenatum ban đầu. Khi đặt lên bàn cân so sánh với việc sản xuất thịt gà, FCPD thể hiện sự cắt giảm đáng kể về phát thải khí nhà kính, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm đất và nước. Ngay cả trong các hệ thống năng lượng phụ thuộc nhiều vào than đá, chủng nấm cải tiến này vẫn vượt trội hơn chủng cũ trên mọi chỉ số sinh thái có thể đo lường được.

Sự đổi mới từ Đại học Giang Nam, một cơ sở nổi tiếng về nghiên cứu khoa học thực phẩm, có khả năng thúc đẩy mạnh mẽ thị trường protein từ nấm toàn cầu. Thị trường mycoprotein thế giới, được dự báo sẽ đạt mốc 1.388,7 triệu đô la Mỹ vào năm 2035, vốn đã cho thấy đà tăng trưởng ổn định nhờ nhu cầu ngày càng cao về các lựa chọn protein bền vững. Việc mở rộng quy mô sản xuất FCPD mà vẫn duy trì được chi phí cạnh tranh sẽ giúp loại protein này thâm nhập vào nhiều dòng sản phẩm hơn, đáp ứng nhu cầu protein ngày càng tăng trên toàn cầu mà không phụ thuộc vào nông nghiệp truyền thống.