Gentechnisch veränderte Pilze sind proteinreich, nachhaltig und schmecken ähnlich wie Fleisch
Pilz erzielt bis zu 61% geringere Umweltauswirkungen
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In einer neuen Studie, die am 19. November in der Fachzeitschrift Trends in Biotechnology veröffentlicht wurde, setzten Forscher eine Gen-Editing-Technologie namens CRISPR ein, um die Produktionseffizienz eines Pilzes zu steigern und seine produktionsbedingten Umweltauswirkungen um bis zu 61% zu verringern - und das alles, ohne fremde DNA hinzuzufügen. Der gentechnisch veränderte Pilz schmeckt wie Fleisch und ist leichter verdaulich als sein natürlich vorkommendes Gegenstück.
Ein Bild von Fusarium venenatum.
Xiao Liu, CC BY-SA
"Es gibt eine große Nachfrage nach besseren und nachhaltigeren Proteinen für Lebensmittel", sagt der korrespondierende Autor Xiao Liu von der Jiangnan-Universität in Wuxi, China. "Es ist uns gelungen, einen Pilz nicht nur nahrhafter, sondern auch umweltfreundlicher zu machen, indem wir an seinen Genen herumgeschraubt haben."
Die Tierhaltung ist für etwa 14 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Die Viehzucht beansprucht auch viel Land und benötigt große Mengen an Süßwasser, das durch den Klimawandel und den menschlichen Einfluss bereits gefährdet ist. Mikrobielle Proteine, einschließlich der in Hefe und Pilzen vorkommenden, haben sich als nachhaltigere Alternative zu Fleisch erwiesen.
Unter den bisher erforschten Optionen für Mykoproteine oder Pilze mit Proteinen sticht der Pilz Fusarium venenatum aufgrund seiner natürlichen Textur und seines Geschmacks hervor, die denen von Fleisch sehr ähnlich sind. Er ist in vielen Ländern, darunter im Vereinigten Königreich, in China und in den Vereinigten Staaten, als Lebensmittel zugelassen.
Fusarium venenatum hat jedoch dicke Zellwände, die seine Nährstoffe für den Menschen schwer verdaulich machen. Außerdem ist es ressourcenintensiv; die Herstellung selbst kleiner Mengen von Mykoprotein erfordert einen hohen Ressourceneinsatz. Die Sporen werden in riesigen Metalltanks gezüchtet, die mit zuckerhaltigen Rohstoffen und Nährstoffen wie Ammoniumsulfat gefüllt sind.
Liu und sein Team wollten herausfinden, ob es möglich ist, die Verdaulichkeit und Produktionseffizienz von Fusarium venenatummithilfe von CRISPR zu steigern, ohne fremde DNA in die Pilzgene einzubringen.
Zu diesem Zweck entfernten sie zwei Gene, die mit den Enzymen Chitin-Synthase und Pyruvat-Decarboxylase assoziiert sind. Durch die Eliminierung der Chitinsynthase wurde die Zellwand des Pilzes dünner, so dass mehr Protein innerhalb der Zelle für die Verdauung zur Verfügung stand. Das Ausschalten des Pyruvat-Decarboxylase-Gens trug dazu bei, den Stoffwechsel des Pilzes so abzustimmen, dass er weniger Nährstoffe für die Proteinproduktion benötigte.
Analysen ergaben, dass der neue Pilzstamm mit der Bezeichnung FCPD im Vergleich zum ursprünglichen Stamm 44 % weniger Zucker benötigt, um die gleiche Menge an Protein zu produzieren, und dies sogar 88 % schneller tut.
"Viele Leute dachten, der Anbau von Mykoprotein sei nachhaltiger, aber niemand hatte wirklich darüber nachgedacht, wie man die Umweltauswirkungen des gesamten Produktionsprozesses reduzieren könnte, insbesondere im Vergleich zu anderen alternativen Proteinprodukten", sagt Erstautor Xiaohui Wu von der Jiangnan-Universität.
Die Forscher berechneten daraufhin den ökologischen Fußabdruck von FCPD, von den Sporen im Labor bis zu den inaktivierten fleischähnlichen Produkten, im industriellen Maßstab. Sie simulierten die FCPD-Produktion in sechs Ländern mit unterschiedlichen Energiestrukturen - darunter Finnland, das überwiegend erneuerbare Energien nutzt, und China, das stärker auf Kohle setzt - und stellten fest, dass FCPD unabhängig vom Standort geringere Umweltauswirkungen hat als die herkömmliche Produktion von Fusarium venenatum. Insgesamt führte die FCPD-Produktion zu bis zu 60 % weniger Treibhausgasemissionen während des gesamten Lebenszyklus.
Das Team untersuchte auch die Auswirkungen der FCPD-Produktion im Vergleich zu den für die Produktion von tierischem Eiweiß erforderlichen Ressourcen. Im Vergleich zur Hühnerproduktion in China stellten sie fest, dass für die Herstellung von Myoprotein aus FCPD 70 % weniger Land benötigt wird und das Risiko der Süßwasserverschmutzung um 78 % verringert wird.
"Gentechnisch veränderte Lebensmittel wie diese können den wachsenden Nahrungsmittelbedarf decken, ohne die Umweltkosten der konventionellen Landwirtschaft zu verursachen", sagt Liu.
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