Os avanços na biotecnologia estão transformando a produção de alimentos, com os fungos desempenhando um papel fundamental. A pesquisa liderada por Vayu Hill-Maini utiliza engenharia genética para melhorar as propriedades naturais dos fungos, criando alternativas nutritivas e sustentáveis à carne. Esta abordagem não só abre novos caminhos na ciência alimentar, mas também integra aplicações culinárias sofisticadas. Uma cultura fúngica editada por genes da pesquisa de Vayu Hill-Maini, vista em um prato. Crédito: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Hackeando o genoma dos fungos para obter alimentos inteligentes do futuro.
Com produtos lácteos sem origem animal e substitutos de carne vegetarianos convincentes já no mercado, é fácil ver como a biotecnologia pode mudar a indústria alimentar. Os avanços na engenharia genética estão nos permitindo aproveitar microorganismos para produzir produtos livres de crueldade que sejam saudáveis para os consumidores e mais saudáveis para o meio ambiente.
Uma das fontes mais promissoras de alimentos inovadores são os fungos – um reino diversificado de organismos que produzem naturalmente uma enorme variedade de proteínas, gorduras, antioxidantes e moléculas de sabor saborosas e nutritivas. O chef que virou bioengenheiro Vayu Hill-Maini, afiliado da área de Biociências do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), está explorando as muitas possibilidades de novos sabores e texturas que podem ser produzidos a partir da modificação dos genes já presentes nos fungos.
A placa de Petri à esquerda contém o fungo koji natural, enquanto a da direita foi projetada para conter níveis mais elevados de um nutriente chamado ergotioneína e mais heme – uma molécula à base de ferro encontrada em muitos organismos, mas é especialmente abundante em animais. tecidos, o que confere à carne um sabor distinto. Crédito: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
“Acho que é um aspecto fundamental da biologia sintética o fato de estarmos nos beneficiando de organismos que evoluíram para serem realmente bons em certas coisas”, disse Hill-Maini, pesquisador de pós-doutorado na UC Berkeley, no laboratório do especialista em bioengenharia Jay Keasling. . “O que estamos tentando fazer é observar o que o fungo está produzindo e tentar desbloqueá-lo e melhorá-lo. E acho que é um ângulo importante que não precisamos introduzir genes de origens totalmente diferentes. espécies. Estamos investigando como podemos unir as coisas e desbloquear o que já existe.”
Melhorias Genéticas em Fungos
Em seu artigo recente, publicado recentemente na revista Comunicações da NaturezaHill-Maini e colegas da UC Berkeley, do Joint BioEnergy Institute e do Centro de Biossustentabilidade da Fundação Novo Nordisk estudaram um fungo multicelular chamado Aspergillus oryzae, também conhecido como mofo koji, que tem sido usado no Leste Asiático para fermentar amidos em saquê, molho de soja e missô há séculos. Primeiro, a equipe usou o CRISPR-Cas9 para desenvolver um sistema de edição genética que pode fazer alterações consistentes e reprodutíveis no genoma do fungo koji. Depois de estabelecer um kit de ferramentas de edição, eles aplicaram seu sistema para fazer modificações que elevam o mofo como fonte de alimento.
Primeiro, Hill-Maini concentrou-se em aumentar a produção de heme pelo bolor – uma molécula à base de ferro que se encontra em muitas formas de vida, mas que é mais abundante nos tecidos animais, conferindo à carne a sua cor e sabor característicos. (Um heme derivado de planta produzido sinteticamente é também o que dá ao Impossible Burger as suas propriedades de enganar a carne.) Em seguida, a equipa aumentou a produção de ergotioneína, um antioxidante encontrado apenas em fungos que está associado a benefícios para a saúde cardiovascular.
O primeiro autor, Vayu Hill-Maini, no laboratório do Joint BioEnergy Institute em Emeryville, Califórnia. Crédito: Marilyn Sargent/Berkeley Lab
Após essas mudanças, os fungos antes brancos ficaram vermelhos. Com uma preparação mínima – removendo o excesso de água e triturando – os fungos colhidos poderiam ser moldados em um hambúrguer e depois fritos em um hambúrguer de aparência tentadora.
O próximo objetivo de Hill-Maini é tornar os fungos ainda mais atraentes, ajustando os genes que controlam a textura do mofo. “Achamos que há muito espaço para explorar a textura variando a morfologia das fibras das células. Assim, poderíamos programar a estrutura das fibras do lote para ser mais longa, o que proporcionaria uma experiência mais parecida com a de carne. E então podemos pensar em aumentar a composição lipídica para sensação na boca e maior nutrição”, disse Hill-Maini, que foi membro do Instituto Miller de Pesquisa Básica em Ciência da UC Berkeley durante o estudo. “Estou muito entusiasmado com a forma como podemos analisar melhor o fungo e, você sabe, mexer em sua estrutura e metabolismo para obter alimentos.”
Embora este trabalho seja apenas o começo da jornada para explorar os genomas dos fungos para criar novos alimentos, ele mostra o enorme potencial desses organismos para servir como fontes de proteína fáceis de cultivar que evitam as complexas listas de ingredientes dos atuais substitutos da carne e o barreiras de custos e dificuldades técnicas que dificultam o lançamento de carne cultivada. Além disso, o kit de ferramentas de edição genética da equipe é um grande avanço para o campo da biologia sintética como um todo.
Atualmente, uma grande variedade de produtos biomanufaturados é produzida por bactérias e leveduras geneticamente modificadas, os primos unicelulares dos cogumelos e do mofo. No entanto, apesar da longa história da humanidade de domesticação de fungos para comer diretamente ou para produzir produtos básicos como o missô, os fungos multicelulares ainda não foram aproveitados como fábricas celulares projetadas na mesma medida porque seus genomas são muito mais complexos e têm adaptações que tornam a edição genética um desafio. . O kit de ferramentas CRISPR-Cas9 desenvolvido neste artigo estabelece as bases para editar facilmente o molde koji e seus muitos parentes.
O pequeno hambúrguer com molde de koji após a fritura. Crédito: Vayu Hill-Maini
“Esses organismos têm sido usados há séculos para produzir alimentos e são incrivelmente eficientes na conversão de carbono em uma ampla variedade de moléculas complexas, incluindo muitas que seriam quase impossíveis de produzir usando um hospedeiro clássico como a levedura de cerveja ou E. coli”, disse Jay Keasling, cientista sênior do Berkeley Lab e professor da UC Berkeley. “Ao desbloquear o mofo koji através do desenvolvimento destas ferramentas, estamos a desbloquear o potencial de um enorme novo grupo de hospedeiros que podemos utilizar para produzir alimentos, produtos químicos valiosos, biocombustíveis com elevada densidade energética e medicamentos. É um novo e emocionante caminho para a biofabricação.”
Unindo o Laboratório e a Cozinha
Dada a sua experiência culinária, Hill-Maini está empenhado em garantir que a próxima geração de produtos à base de fungos não seja apenas palatável, mas verdadeiramente desejável para os clientes, incluindo aqueles com gostos sofisticados. Num estudo separado, ele e Keasling colaboraram com chefs do Alchemist, um restaurante com duas estrelas Michelin em Copenhague, para brincar com o potencial culinário de outro fungo multicelular, Neurospora intermediária. Este fungo é tradicionalmente usado na Indonésia para produzir um alimento básico chamado oncom, fermentando os resíduos que sobraram da fabricação de outros alimentos, como o tofu. Intrigados com sua capacidade de converter sobras em alimentos ricos em proteínas, os cientistas e chefs estudaram o fungo na cozinha de teste do Alquimista.
Eles descobriram N. intermediário produz e excreta muitas enzimas à medida que cresce. Quando cultivado em arroz rico em amido, o fungo produz uma enzima que liquefaz o arroz e o torna intensamente doce. “Desenvolvemos um processo com apenas três ingredientes – arroz, água e fungo – para fazer um mingau lindo e marcante de cor laranja”, disse Hill-Maini. “Esse se tornou um novo prato no menu de degustação que utiliza a química e a cor dos fungos em uma sobremesa. E acho que o que isso realmente mostra é que existe uma oportunidade de unir o laboratório e a cozinha.”
Referência: “Bioengenharia de micélio comestível para maior valor nutricional e apelo sensorial usando um kit de ferramentas modular de biologia sintética” por Vayu Maini Rekdal, Casper RB van der Luijt, Yan Chen, Ramu Kakumanu, Edward EK Baidoo, Christopher J. Petzold, Pablo Cruz-Morales e Jay D. Keasling, 14 de março de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-46314-8
O trabalho de Hill-Maini na pesquisa de edição genética descrita neste artigo é apoiado pelo Instituto Miller da UC Berkeley. O laboratório de Keasling é apoiado pela Fundação Novo Nordisk. Ambos receberam apoio adicional do Escritório de Ciência do Departamento de Energia (DOE). O Joint BioEnergy Institute é um Centro de Pesquisa em Bioenergia DOE gerenciado pelo Berkeley Lab.
