استخدام تقنية كريسبر-كاس9 لتعديل الجينات في الفطريات القابلة للأكل وتحويلها إلى بدائل لحوم

الفطريات (الميكليوم) لاستبدال اللحم

Many recent efforts have been made to cultivate meat in labs to reduce the ecological and climate consequences of raising cattle. However, these efforts have so far been met with limited results, partly due to the costs and technical difficulties of growing meat in an artificial setup.

تمت العديد من الجهود الحديثة لزراعة اللحم في المختبرات لتقليل العواقب البيئية والمناخية لتربية الماشية. ومع ذلك، لم تحقق هذه الجهود حتى الآن نتائج ملموسة، جزئياً بسبب التكاليف والصعوبات التقنية في زراعة اللحم في بيئة صناعية.

بديل لذلك هو إنشاء بديل للحم خالٍ من الحيوانات. ولكي ينجح ذلك تجارياً، كلما كان الطعم والملمس أقرب إلى اللحم، كلما كان إقناع المستهلكين أسهل.

حتى الآن، كانت معظم البدائل نباتية، مثل برجرز Impossible Foods.

المصدر: Save On Foods

مع ذلك، كان من الصعب تكرار الإحساس والطعم الحقيقي للحم بالكامل باستخدام البدائل النباتية. يعرف الطهاة النباتيون والنباتيون أن الفطر غالباً ما يكون بديلاً جيداً للحم في الوصفات التقليدية.

والباحثون الآن ينظرون إلى تعديل الفطر جينياً لجعله أكثر شبهاً باللحم.

جعل الميكليوم بطعم شبيه باللحم

الاستفادة من التقاليد الراسخة

Researchers at the University of Berkeley, California have looked at a mushroom/mold already used for centuries of food production in Asia: Aspergillus oryzae, or koji mold. It is the key ingredient in producing key parts of Asian cuisine like miso, sake, and soy sauce.

بحث الباحثون في جامعة بيركلي، كاليفورنيا عن فطر/عفن يُستخدم منذ قرون في إنتاج الطعام في آسيا: Aspergillus oryzae، أو عفن الكوجي. وهو المكوّن الأساسي في إنتاج أجزاء رئيسية من المطبخ الآسيوي مثل الميسو، الساكي، وصلصة الصويا.

Previously, the team had already worked on Neurospora intermedia, a fungus traditionally used in Indonesia to produce a staple food called oncom. They used it to create an entirely new dish:

 “We developed a process with just three ingredients – rice, water, and fungus – to make a beautiful, striking orange-colored porridge”

سابقاً، كان الفريق قد عمل بالفعل على Neurospora intermedia، فطر يُستخدم تقليدياً في إندونيسيا لإنتاج طعام أساسي يُسمى أونكوم. استخدموه لإنشاء طبق جديد كلياً:

«طورنا عملية باستخدام ثلاثة مكوّنات فقط – الأرز، الماء، والفطر – لصنع عصيدة جميلة ذات لون برتقالي مميز»

Using fungi’s mycelium could bring a lot of advantages compared to meat. Most fungi are healthier food than both plants and meat, with positive effects on cancer prevention, cardiovascular diseases, metabolic disorders, etc.

استخدام ميكليوم الفطريات قد يجلب العديد من المزايا مقارنة باللحم. فمعظم الفطريات تُعد طعاماً أكثر صحة من كل من النباتات واللحوم، مع تأثيرات إيجابية على الوقاية من السرطان، وأمراض القلب والأوعية الدموية، والاضطرابات الأيضية، وغيرها.

كما أنها فعّالة جداً في تحويل المادة العضوية إلى طعام صالح للأكل، بما في ذلك النفايات الزراعية، الخشب، وغيرها.

Lastly, contrary to plant-based substitutes, mycelium can be directly made into meat-like patties without the need for extensive processing, protein purification, or ingredient addition. Instead, the only processing needed is removing excess liquid from the biomass prior to grinding and cooking.

أخيراً، على عكس البدائل النباتية، يمكن تحويل الميكليوم مباشرة إلى فطائر شبيهة باللحم دون الحاجة إلى معالجة مكثفة، أو تنقية البروتين، أو إضافة مكوّنات. بدلاً من ذلك، العملية الوحيدة المطلوبة هي إزالة السائل الزائد من الكتلة الحيوية قبل الطحن والطهي.

استخدام تقنية كريسبر لإنشاء طعام جديد

CRISPR-Cas9 has for now mostly been discussed in the context of gene therapy, with the first treatment approved at the end of 2023, something we discussed in our article “العلاجات الجينية لمرض فقر الدم المنجلي التي وافقت عليها إدارة الغذاء والدواء وتبرز إمكانات تقنيات CRISPR/Cas9”.

CRISPR can be used for many other applications that require adding or modifying the genetic makeup of an organism. The team of Jay Keasling at Berkeley started to do a series of genetic modifications of koji mold, using CRISPR-CAs9, to make it taste like real meat:

• جعلوا العفن ينتج كمية كبيرة من جزيء يُدعى الهيم (مثل الموجود في الهيموغلوبين)، والذي يمنح اللحم لونه ونكهته.
• ثم أضافوا إنتاج الإرجوثيونين، وهو مضاد أكسدة لا يُوجد إلا في الفطريات ويرتبط بفوائد صحية للقلب والأوعية الدموية.

المصدر: Nature.com

أدى ذلك إلى فطريات حمراء اللون، والتي عند إزالة جزء من محتوى الماء يمكن تشكيلها إلى فطيرة برجر وقليها بنفس الطريقة.

المصدر: Nature.com

تم وصف مجموعة أدوات CRISPR للميكليوم الصالح للأكل بالتفصيل في الورقة العلمية “الميكليوم الصالح للأكل المُهندس لتقوية القيمة الغذائية والجاذبية الحسية باستخدام مجموعة أدوات بيولوجيا تركيبية معيارية” المنشورة في Nature Communications.

فيها، يصفون أن عفن الكوجي المعدل يحتوي على “أعلى مستويات الهيم داخل الخلية في ميكليوم الفطريات ومثال نادر على هندسة تخليق الهيم في الفطريات الخيطية”.

الخطوة التالية لجعل اللحم القائم على الميكليوم

While close to the intended results, the koji mold patty is not yet perfect. The researchers are already looking at the next steps to make it even more similar to meat:

• تحسين القوام، بجعل ألياف الميكليوم أطول لتمنح إحساسًا أكثر شبيهاً باللحم عند الأكل.
• تحسين تركيبة الدهون، لجعلها أكثر صحة وأكثر إرضاءً في الفم.
• إضافة أو زيادة تركيز المكوّنات الفعّالة التي تُعد أساسية لفوائد الفطر الطبي المستخدمة في الطب التقليدي، مثل الريشي، الشيتاكي، عرف الأسد، المايتاكي، وغيرها.

The CRISPR toolkit developed for this research could also be applied to other edible mushrooms, with such mushrooms preferable to more exotic or industrial species, as they have a long history of consumption by humans and a known chemical, nutritional, and safety profile.

الشركات التي تبيع بدائل اللحم القائمة على الميكليوم

1. Eat Meati

The company uses non-genetically modified mycelium to produce mycelium-based meat substitute.

تستخدم الشركة ميكليوم غير معدل وراثيًا لإنتاج بديل للحم قائم على الميكليوم.

المصدر: Meati

يستخدمون MushroomRoot (ميكليوم N. crassa)، الذي يمكن العثور عليه في الطبيعة في المناطق المحترقة المتبقية بعد الحرائق. من المحتمل أن مجموعة أدوات CRISPR‑Cas9 التي تم تطويرها في بيركلي يمكن تعديل ميكليوم N. crassa بها أيضاً.

2. Untamed Feast

This mushroom-focused company mostly sells mushroom extract, dried mushrooms, and ready meals with mushrooms as diverse as morels, porcini, chanterelle, and Chaga.

المصدر: Untamed Feast

كما تبيع “Mushroom Meat”، بديلًا للحم للبرجر يعتمد على مزيج من الفطريات البرية (بورسينى، البولتس، شيتاكي، الفطر المحاري، الأجاريكوس، شاجا) بالإضافة إلى بروتين الصويا، دقيق الأرز، الأعشاب البحرية، ونشا الذرة.

3. Prime Roots

This company already uses koji mold to produce meat-like products, including deli meats, charcuterie (salami, pepperoni, pizza-style pepperoni, apple-sage and black truffle patês, and foie gras torchon) and bacon.

المصدر: Prime Roots

نظرًا لأن الشركة تستخدم بالفعل عفن الكوجي لصنع بدائل اللحم، فمن الواضح أن أبحاث بيركلي قد تكون لها تطبيق مباشر على منتجاتهم وتمثل الخطوة التالية للشركة.

يمكن تحقيق ذلك إما من خلال تعاون مباشر أو من خلال تكرار البحث والتطوير وتكييفه مع سلالات عفن الكوجي الخاصة بهم وعمليات التصنيع.

الخلاصة

من المرجّح أن تصبح الأطعمة البديلة الصحية الشبيهة باللحم والتي تتطلب موارد أقل ولكنها توفر نفس الطعم عملًا تجاريًا كبيرًا إذا كانت اقتصاديات زراعتها منطقية. تُعد اللحوم النباتية واللحوم التي تُزرع في المختبر خيارات جيدة لكنها تواجه على التوالي عقبات المعالجة المعقدة والهيكل عالي التكلفة.

على النقيض من ذلك، ينمو ميكليوم الفطريات جيدًا في ظروف المختبر والصناعة وقد استُخدم لآلاف السنين في العديد من عمليات التخمر لإنتاج العجين، البيرة، الساكي، الميسو، صلصة الصويا، وغيرها.

مع ظهور أدوات الهندسة الجينية الجديدة مثل CRISPR، أصبح من الواقعي الآن توقع أن يحقق الميكليوم مساواة مع “اللحم الحقيقي” من حيث القوام، النكهة، اللون، وما إلى ذلك خلال السنوات القليلة القادمة.

بالإضافة إلى تذوقه مماثل للحم المفروم، من المحتمل أن يكون منتج اللحم القائم على الفطريات أكثر صحة بكثير، حيث يضيف مستويات عالية من مضادات الأكسدة وغيرها من الجزيئات التي تعزز الصحة إلى نظام غذاء المستهلكين.

أخيرًا، ستكون مثل هذه طرق الزراعة مفيدة جدًا لإعادة تدوير نفايات الزراعة، وزراعة الطعام في مناطق ذات مساحة محدودة مثل المزارع الحضرية، أو حتى إطعام رواد الفضاء الذين يعيشون في مستوطنات دائمة على القمر والمريخ (شيء ناقشناه في “الطعام الفضائي – كيف سنطعم الجيل القادم من رواد البشرية؟”).