CRISPR-Cas9:n käyttö syötävän myseelin geenimuokkaukseen lihankorvikkeiksi

Sienirihmasto lihan korvaajana

Soluviljelty liha ja sienipohjaiset korvikkeet ovat erilaisia tapoja vähentää riippuvuutta eläintuotannosta. Niiden ympäristövaikutukset riippuvat muun muassa käytetystä energiasta, raaka-aineista ja tuotantoprosessista.

Laboratoriossa kasvatettavan lihan kehitystä ovat hidastaneet tuotannon kustannukset ja tekniset vaikeudet. Sienirihmastosta valmistettavat tuotteet tarjoavat toisen tutkimus- ja kehityssuunnan.

Eläinperäisiä ainesosia sisältämättömän lihankorvikkeen menestys riippuu muun muassa mausta, rakenteesta, hinnasta ja kuluttajien hyväksynnästä.

Monet tunnetut lihankorvikkeet, kuten Impossible Foodsin pihvit, perustuvat kasviproteiineihin.

Lihan suutuntuman ja maun jäljittely on kuitenkin haastavaa. Sieniä käytetään jo monissa kasvisruoissa niiden rakenteen ja umamimaun vuoksi.

Tutkijat selvittävät nyt, voisiko syötävien sienten geenimuokkaus parantaa rihmastosta valmistettavien lihankorvikkeiden ominaisuuksia.

Sienirihmaston maun kehittäminen

Pitkän ruokaperinteen hyödyntäminen

Kalifornian yliopiston Berkeleyn kampuksen ja Berkeley Labin tutkijat valitsivat tutkimukseen Aspergillus oryzae -homeen eli koji-homeen. Sitä käytetään esimerkiksi mison, saken ja soijakastikkeen valmistuksessa. Pitkä käyttöhistoria tarjosi lähtökohdan syötävän sienibiomassan muokkaamiselle.

Tutkimusryhmä oli aiemmin perehtynyt myös lajiin Neurospora intermedia, jota käytetään Indonesiassa oncom-nimisen ruoan valmistukseen. Ryhmä kokeili siitä myös uudenlaista ruokaa:

«Kehitimme prosessin, jossa vain kolmesta ainesosasta – riisistä, vedestä ja sienestä – valmistetaan näyttävän oranssia puuroa.»

Esimerkki havainnollistaa, että sienikäyminen voi muuttaa sekä raaka-aineen rakennetta että väriä.

Perinteisiä käymismenetelmiä voidaan näin tutkia myös uusien ruokien kehittämisessä.

Syötävä sienirihmasto voi sisältää proteiinia, kuitua ja muita ravintoaineita. Ravitsemukselliset ominaisuudet vaihtelevat lajin ja tuotantotavan mukaan. Sieniruokia ei voi yleisesti pitää kaikkia kasvi- tai liharuokia terveellisempinä, eikä tämä tutkimus osoittanut niiden ehkäisevän syöpää tai muita sairauksia.

Sienet voivat hyödyntää erilaisia orgaanisia kasvualustoja. Elintarvikekäyttö edellyttää sopivan lajin, puhtaiden raaka-aineiden ja turvallisen prosessin valintaa.

Maatalouden sivuvirtojen käyttö voi olla mahdollista, mutta esimerkiksi puu tai käsittelemätön jäte ei sellaisenaan ole yleispätevä tai turvallinen kasvualusta ruoantuotantoon.

Tutkimuksen muokattu rihmasto voitiin muotoilla pihviksi poistamalla biomassasta ylimääräistä nestettä ja kypsentämällä se. Tämä voi vähentää tarvetta erotella proteiineja tai lisätä runsaasti muita ainesosia. Menetelmä ei kuitenkaan poista elintarviketurvallisuuden, laadunvalvonnan tai teollisen prosessoinnin tarvetta.

CRISPR uudenlaisten ruokien kehittämisessä

CRISPR-Cas9 tunnetaan muun muassa geeniterapioista. Ensimmäisiä CRISPR-hoitoja hyväksyttiin vuoden 2023 lopulla; aihetta käsiteltiin artikkelissamme «FDA hyväksyi sirppisolutaudin geeniterapioita – CRISPR-Cas9-teknologian mahdollisuudet».

Lääketieteellisen hoidon hyväksyntä ei tarkoita geenimuokatun ruoan hyväksyntää. Elintarvikkeiden turvallisuus ja sääntely arvioidaan erikseen; lisätietoa lääketieteellisestä käyttökohteesta on sirppisolutaudin geeniterapioita käsittelevässä artikkelissa.

CRISPR-menetelmillä voidaan myös lisätä tai muokata eliön perimää tutkimustarkoituksiin. Jay Keaslingin tutkimusryhmä käytti CRISPR-Cas9:ää koji-homeen muokkaukseen tavoitteenaan parantaa syötävän rihmaston ravitsemuksellisia ja aistinvaraisia ominaisuuksia.

• Ryhmä lisäsi hemin tuotantoa. Hemi osallistuu lihan värin ja maun muodostumiseen, ja sitä esiintyy esimerkiksi hemoglobiinissa.
• Tutkijat lisäsivät myös ergotioniinin tuotantoa. Tämä antioksidanttina toimiva yhdiste on ravitsemustutkimuksen kohde; suurempi pitoisuus ei yksin osoita, että tuote ehkäisisi sydän- ja verisuonitauteja.

 

Tuloksena syntyi punertavaa sienibiomassaa, joka voitiin muotoilla ja kypsentää pihviksi.

Tämä oli tutkimusvaiheen osoitus menetelmän mahdollisuuksista, ei näyttö valmiin kaupallisen tuotteen ominaisuuksista.

Geenimuokkaustyökalut ja kokeet kuvattiin tutkimuksessa «Syötävän sienirihmaston ravitsemuksellisen arvon ja aistinvaraisten ominaisuuksien parantaminen modulaarisen synteettisen biologian työkalupaketin avulla», joka julkaistiin Nature Communications -lehdessä maaliskuussa 2024.

Tutkijat raportoivat rihmaston suuren solunsisäisen hemipitoisuuden sekä osoittivat, että hemin biosynteesiä voidaan muokata rihmasienessä. Menetelmä mahdollistaa rihmasienen aineenvaihduntareitin tarkoituksellisen muokkauksen.

Sienipohjaisten lihankorvikkeiden seuraavat kehitysaskeleet

Tutkimus oli alkuvaiheen näyttö lähestymistavasta. Tekijät nostivat esiin jatkokehityksen kohteita:

• Rakenteen parantaminen esimerkiksi rihmaston kuituominaisuuksia muokkaamalla.
• Rasvakoostumuksen kehittäminen suutuntuman ja ravitsemuksellisten ominaisuuksien vuoksi.
• Muiden ruokakäyttöön soveltuvien sienten ja niiden tuottamien yhdisteiden tutkiminen. Perinteinen käyttö ei yksin osoita terveyshyötyjä tai geenimuokatun kannan turvallisuutta.

Työkalupakettia voitaisiin sovittaa muihin syötäviin sieniin, mutta jokainen laji ja kanta vaatii oman tutkimuksensa. Pitkä käyttöhistoria tarjoaa hyödyllistä taustatietoa; se ei korvaa uuden tuotteen turvallisuus- ja ravitsemusarviointia.

Esimerkkejä sienipohjaisia tuotteita valmistavista yrityksistä

1. Eat Meati

Meati käyttää geenimuokkaamatonta sienirihmastoa lihankorvikkeidensa valmistuksessa. Tämä erottaa sen tutkimuksessa muokatusta koji-homeesta.

Yhtiön MushroomRoot-raaka-aine perustuu Neurospora crassa -lajin rihmastoon. Lajia esiintyy luonnossa muun muassa palaneella kasviaineksella. Tutkimuksessa kehitetyn työkalupaketin soveltaminen siihen olisi erillinen kehityshanke, ei osoitettu osa Meatin tuotteita.

2. Untamed Feast

Untamed Feast myy sieniuutteita, kuivattuja sieniä ja sieniruokia. Valikoimassa on esimerkiksi huhtasieniä, herkkutatteja, kantarelleja ja pakuria. Yritystä ei pidä tämän perusteella rinnastaa geenimuokattua rihmastoproteiinia valmistavaan toimijaan.

Yhtiön «Mushroom Meat» on lihankorvikeseos, jossa yhdistetään sieniä muihin raaka-aineisiin.

Tuotteen Mushroom Meat ainesosiin on kuulunut muun muassa tatteja, siitaketta, osterivinokkaita, herkkusieniä ja pakuria sekä soijaproteiinia, riisijauhoa, merilevää ja maissitärkkelystä. Kyse ei ole pelkästä sienirihmastosta.

3. Prime Roots

Prime Roots käyttää koji-homeeseen perustuvaa käymistä lihankaltaisten tuotteiden valmistuksessa. Sen valikoimaan on kuulunut leikkeleitä, salamia, pepperonia, pekonityyppisiä tuotteita sekä omena-salvia- ja mustatryffelipateeta. Salvia on näissä tuotteissa käytetty mausteyrtti.

Koji-homeen käyttö tekee tutkimuksesta mahdollisesti kiinnostavan Prime Rootsin kaltaisille yrityksille. Se ei kuitenkaan osoita, että yhtiö käyttäisi tutkimuksen geenimuokattuja kantoja tai olisi sopinut yhteistyöstä.

Mahdollinen soveltaminen edellyttäisi tutkimus- ja kehitystyötä, prosessin mukauttamista sekä tarvittavia turvallisuus- ja viranomaisarviointeja.

Johtopäätös

Lihankorvikkeiden kaupallinen menestys riippuu hinnasta, mausta, tuotannon skaalautuvuudesta ja kuluttajien hyväksynnästä. Kasviproteiini, soluviljelty liha ja sienirihmasto tarjoavat erilaisia mahdollisuuksia ja kohtaavat erilaisia kustannus- ja tuotantohaasteita.

Sieniä ja hiivoja on käytetty pitkään käymisessä esimerkiksi leivän, oluen, saken, mison ja soijakastikkeen valmistuksessa. Hiivojen perinteinen käyttö ei kuitenkaan suoraan vastaa rihmasienten biomassan käyttöä lihankorvikkeena.

CRISPR:n kaltaiset menetelmät voivat nopeuttaa sienikantojen kehitystä. Maun ja rakenteen täydellistä vastaavuutta lihan kanssa tai sen saavuttamisen aikataulua ei silti ole osoitettu.

Sienipohjaisen tuotteen terveellisyys riippuu sen kokonaiskoostumuksesta ja käyttötavasta. Antioksidanttien lisääminen ei sellaisenaan todista tuotteen olevan jauhelihaa terveellisempi.

Sieniviljelyä voidaan tutkia myös sivuvirtojen hyödyntämiseen ja ruoantuotantoon tilaltaan rajallisissa ympäristöissä. Käyttö pysyvissä Kuun tai Marsin asutuksissa on tulevaisuuden mahdollisuus, ei tämän tutkimuksen osoittama sovellus. Aihetta käsiteltiin artikkelissa «Avaruusruoka – miten ihmiskunnan seuraavat avaruusmatkailijat ruokitaan?».