CRISPR-Cas9 gebruiken om eetbare mycelium te genetisch hacken tot vleesvervangers

Paddenstoelenmycelium om vlees te vervangen

Er zijn de afgelopen jaren veel inspanningen geleverd om vlees in laboratoria te kweken om de ecologische en klimaatgerelateerde gevolgen van veeteelt te verminderen. Deze pogingen hebben echter tot nu toe beperkte resultaten opgeleverd, deels door de kosten en technische moeilijkheden van het kweken van vlees in een kunstmatige omgeving.

Een alternatief is het creëren van een diervrij vleesvervanger. En om dit commercieel te laten slagen, geldt: hoe dichter het bij vlees komt qua smaak en textuur, hoe makkelijker het is consumenten te overtuigen.

Tot nu toe zijn de meeste vervangers plantaardig, zoals de burgers van Impossible Foods.

Bron: Save On Foods

Het is echter moeilijk geweest om het gevoel en de smaak van echt vlees volledig te repliceren met plantaardige alternatieven. Vegetarische en veganistische koks weten dat paddenstoelen vaak een goede vervanging voor vlees zijn in klassieke recepten.

En onderzoekers onderzoeken nu het genetisch modificeren van paddenstoelen om ze veel meer vleesachtig te maken.

Mycelium een vleessmaak geven

Gebruik maken van gevestigde tradities

Onderzoekers van de Universiteit van Berkeley, Californië, hebben gekeken naar een paddenstoel/gist die al eeuwenlang in Azië wordt gebruikt voor voedselproductie: Aspergillus oryzae, of kojimold. Het is het belangrijkste ingrediënt bij het produceren van essentiële onderdelen van de Aziatische keuken, zoals miso, sake en sojasaus.

Eerder had het team al gewerkt met Neurospora intermedia, een schimmel die traditioneel in Indonesië wordt gebruikt om een basisvoedsel genaamd oncom te produceren. Ze gebruikten het om een geheel nieuw gerecht te creëren:

 “We ontwikkelden een proces met slechts drie ingrediënten – rijst, water en schimmel – om een prachtige, opvallend oranje pap te maken”

Het gebruik van het mycelium van schimmels kan veel voordelen bieden ten opzichte van vlees. De meeste schimmels zijn gezonder voedsel dan zowel planten als vlees, met positieve effecten op kankerpreventie, hart‑ en vaatziekten, metabole aandoeningen, enz.

Ze zijn bovendien zeer efficiënt in het omzetten van organisch materiaal naar eetbaar voedsel, inclusief landbouwafval, hout, enz.

Ten slotte kan mycelium, in tegenstelling tot plantaardige vervangers, direct worden omgevormd tot vleessachtige burgers zonder uitgebreide verwerking, eiwitzuivering of toevoeging van ingrediënten. Het enige verwerkingsproces dat nodig is, is het verwijderen van overtollig vocht uit de biomassa vóór het malen en koken.

CRISPR gebruiken om nieuw voedsel te creëren

CRISPR-Cas9 wordt tot nu toe voornamelijk besproken in de context van gentherapie, met de eerste behandeling die eind 2023 werd goedgekeurd, iets wat we bespraken in ons artikel “Sikkelcelziekte-gen therapieën goedgekeurd door de FDA, met nadruk op het potentieel van CRISPR/Cas9‑technologieën”.

CRISPR kan voor veel andere toepassingen worden gebruikt die het toevoegen of wijzigen van het genetisch materiaal van een organisme vereisen. Het team van Jay Keasling aan de Berkeley begon met een reeks genetische modificaties van kojimold, met behulp van CRISPR‑Cas9, om het een echte vleessmaak te geven:

• Ze lieten de schimmel een grote hoeveelheid van een molecuul genaamd heem produceren (zoals in hemoglobine), wat vlees zijn kleur en smaak geeft.
• Vervolgens voegden ze de productie van ergothioneïne toe, een antioxidant die alleen in schimmels voorkomt en wordt geassocieerd met voordelen voor de cardiovasculaire gezondheid.

Bron: Nature.com

Dit resulteerde in roodachtige schimmels, die, na het verwijderen van een deel van het watergehalte, gevormd kunnen worden tot een burgerpatty en op dezelfde manier gefrituurd kunnen worden.

Bron: Nature.com

De eetbare mycelium‑CRISPR‑toolkit wordt gedetailleerd beschreven in het wetenschappelijke artikel “Eetbaar mycelium bio‑engineerd voor verbeterde nutritionele waarde en sensorisch aantrekkelijk met een modulair synthetische biologie‑toolkit” gepubliceerd in Nature Communications.

Daarin beschrijven ze dat de gemodificeerde kojimold “de hoogste niveaus van intracellulair heem in het schimmelmycelium heeft en een zeldzaam voorbeeld is van heem‑biosynthese‑engineering in filamentachtige schimmels”.

Volgende stap om mycelium‑gebaseerd vlees te maken

Hoewel het dicht bij de beoogde resultaten komt, is de kojimold‑patty nog niet perfect. De onderzoekers kijken al naar de volgende stappen om het nog meer op vlees te laten lijken:

• Verbeteren van de textuur, door de myceliumvezels langer te maken zodat ze bij het eten een meer vleesachtig gevoel geven.
• Verbeteren van de lipidesamenstelling, om het zowel gezonder als aangenamer in de mond te maken.
• Verder toevoegen of de concentratie verhogen van functionele ingrediënten die cruciaal zijn voor de gezondheidsvoordelen van medicinale paddenstoelen die in de traditionele geneeskunde worden gebruikt, zoals reishi, shiitake, lion’s mane, maitake, enz.

De CRISPR‑toolkit die voor dit onderzoek is ontwikkeld, kan ook worden toegepast op andere eetbare paddenstoelen, waarbij dergelijke paddenstoelen de voorkeur hebben boven meer exotische of industriële soorten, omdat ze een lange geschiedenis van consumptie door mensen hebben en een bekend chemisch, nutritioneel en veiligheidsprofiel.

Bedrijven die mycelium‑gebaseerde vleesvervangers verkopen

1. Eat Meati

Het bedrijf gebruikt niet-genetisch gemodificeerd mycelium om een mycelium‑gebaseerde vleesvervanger te produceren.

Bron: Meati

Ze gebruiken MushroomRoot (N. crassa‑mycelium), dat in de natuur voorkomt in de verbrande gebieden die achterblijven na bosbranden. De CRISPR‑Cas9‑toolkit die in Berkeley is ontwikkeld, zou waarschijnlijk ook kunnen worden aangepast om N. crassa‑mycelium te modificeren.

2. Untamed Feast

Dit op paddenstoelen gerichte bedrijf verkoopt voornamelijk paddenstoelsextract, gedroogde paddenstoelen en kant‑en‑klare maaltijden met paddenstoelen zo divers als morilles, porcini, cantharellen en chaga.

Bron: Untamed Feast

Het verkoopt ook “Mushroom Meat”, een vleesvervanger voor burgers op basis van een mix van wilde paddenstoelen (porcini, boletten, shiitake, oesterzwam, agaricus, chaga) evenals sojaprotei, rijstmeel, zeewier en maïzena.

3. Prime Roots

Dit bedrijf gebruikt al kojimold om vleesachtige producten te produceren, waaronder delicatessenvlees, charcuterie (salami, pepperoni, pizza‑style pepperoni, appel‑salie en zwarte truffel paté, en foie gras torchon) en spek.

Bron: Prime Roots

Aangezien het bedrijf al kojimold gebruikt voor het maken van vleesvervangers, is het duidelijk dat het Berkeley‑onderzoek directe toepassing kan hebben op hun producten en de volgende stap voor het bedrijf kan betekenen.

Dit kan worden gerealiseerd via directe samenwerking of door het R&D te repliceren en aan te passen aan hun eigen kojimold‑stammen en productieprocessen.

Conclusie

Gezonde, vleesachtige alternatieve voedingsmiddelen die minder middelen vereisen maar dezelfde smaak bieden, zullen waarschijnlijk een grote markt worden als de economie van hun teelt logisch is. Plantaardige en in het laboratorium gekweekte vleessoorten zijn goede opties, maar ondervinden respectievelijk de hindernissen van complexe verwerking en een hoge koststructuur.

Daarentegen groeien schimmelmycelium goed in laboratorium‑ en industriële omstandigheden en worden al duizenden jaren gebruikt in talrijke fermentatieprocessen om deeg, bier, sake, miso, sojasaus, enz. te produceren.

Met de opkomst van nieuwe genetische‑engineertechnologieën zoals CRISPR is het nu realistisch om te verwachten dat mycelium in de komende jaren gelijkwaardig zal worden aan “echt” vlees qua textuur, smaak, kleur, enz.

Naast dat het dezelfde smaak heeft als rundergehakt, zal een op schimmels gebaseerd vleesproduct waarschijnlijk veel gezonder zijn, doordat het hoge niveaus van antioxidanten en andere gezondheidsbevorderende moleculen aan het dieet van de consument toevoegt.

Ten slotte zullen dergelijke kweekmethoden zeer nuttig zijn om landbouwafval te recyclen, voedsel te verbouwen in gebieden met beperkte ruimte zoals stedelijke boerderijen, of zelfs om astronauten te voeden die in permanente nederzettingen op de maan en Mars wonen (iets wat we bespraken in “Space Food – Hoe gaan we de volgende golf van pioniers van de mensheid voeden?”).