«Έχω εταιρείες τροφίμων που με ρωτούν: “Τι μπορείς να φτιάξεις”; Η απάντησή μου είναι: “Τι θέλετε να φτιάξω; Μπορούμε να φτιάξουμε τα πάντα!”».
Αυτά είναι τα λόγια του αναπληρωτή καθηγητή στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Δανίας (Technical University of Denmark, DTU), José L. Martinez, ο οποίος διεξάγει έρευνα και διδάσκει ζύμωση ακριβείας (precision fermentation). Ο επιστήμονας έχει καταφέρει να συνοψίζει τις εξελίξεις της τελευταίας 10ετίας μια τεχνολογίας, στην παραγωγή με βιώσιμο τρόπο σχεδόν του οτιδήποτε.
Ασπράδια αυγών, τυρί, γιαούρτι, γάλα, βιταμίνες, αρώματα, χρωστικές ουσίες, πρόσθετα γεύσης, εμβόλια και φάρμακα κατά του καρκίνου και της ελονοσίας είναι μερικά μόνο από τα υλικά που παρασκευάζονται σήμερα χρησιμοποιώντας συστατικά που παράγονται με ζύμωση ακριβείας.
Η ζύμωση είναι μια λέξη που οι περισσότεροι άνθρωποι συνήθως τη συνδέουν με τη διαδικασία παραγωγής μπύρας ή ψωμιού, όπου εμπλέκονται μικροοργανισμοί όπως βακτήρια και ζυμομύκητες που υπάρχουν ήδη στη φύση. Και εδώ ακριβώς είναι το σημείο όπου διαφέρει η παραδοσιακή ζύμωση από τη ζύμωση ακριβείας. Οι μικροοργανισμοί που εμπλέκονται στη ζύμωση ακριβείας έχουν σχεδιαστεί για τον συγκεκριμένο σκοπό.
«Στη ζύμωση ακριβείας, μικροοργανισμοί όπως βακτήρια, μύκητες, μικροφύκη ή κύτταρα ζύμης χρησιμοποιούνται για την παραγωγή των ουσιών που χρειαζόμαστε. Αλλά για να πειστούν οι οργανισμοί να παράγουν τις επιθυμητές ουσίες, πρέπει πρώτα να υποβληθούν σε διαδικασίες ανάπτυξης δύο ετών μέσα σε ένα εργαστήριο, αφού πρώτα έχουν σχεδιαστεί για ειδικό σκοπό χρησιμοποιώντας γενετική μηχανική», εξηγεί ο José L. Martinez.
wikimedia commons
Το CRISPR άλλαξε τα πάντα
Ένα από τα πιο σημαντικά εργαλεία για αυτόν τον επανασχεδιασμό είναι η τεχνολογία CRISPR, γνωστή και ως «μοριακό ψαλίδι». Η τεχνολογία CRISPR μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να «κόψει» γονίδια ενός φυτού ή άλλου ζωντανού οργανισμού και να τα εισαγάγει σε ένα νέο κύτταρο. Το εισαγόμενο γονίδιο περιέχει τον κώδικα για την ουσία που πρόκειται να παρασκευαστεί. Εάν η διαδικασία είναι επιτυχής, το γενετικά τροποποιημένο κύτταρο μπορεί πλέον να παράγει την επιθυμητή ουσία.
Η ζύμωση ακριβείας είναι γνωστή εδώ και δεκαετίες και η Novo Nordisk την χρησιμοποιεί εδώ και καιρό για την παραγωγή ινσουλίνης. Όμως ο τομέας έχει εκτοξευθεί στα ύψη την τελευταία δεκαετία λόγω της τεχνολογίας CRISPR, η οποία κατέστη διαθέσιμη το 2012.
«Πριν από το CRISPR, η γενετική τροποποίηση ενός μικροοργανισμού ήταν μια δύσκολη, αργή, βαρετή και εφικτή διαδικασία μόνο για λίγους οργανισμούς. Με το CRISPR, έγινε ξαφνικά ευκολότερη και τώρα μπορούμε πλέον να εισάγουμε γονίδια σε μια ευρύτερη ποικιλία μικροοργανισμών», λέει ο José L. Martinez, ο οποίος αναγκάστηκε στο παρελθόν –πριν τη γέννηση της τεχνολογίας CRISPR- να εγκαταλείψει την τροποποίηση ενός τύπου κυττάρου ζυμομύκητα παρά την 4ετή επίπονη προσπάθειά του. Με τη χρήση της τεχνολογίας CRISPR, ο Martinez και ο συνάδελφός του στο DTU Bioengineering, ο καθηγητής Uffe Hasbro Mortensen, κατάφεραν να τροποποιήσουν το κύτταρο σε δύο χρόνια.
wikimedia commons
Μια διαδικασία σε κλίμακα
Αν και είναι τεχνολογικά δυνατό να έχουμε μικροοργανισμούς που να παράγουν οτιδήποτε σε ένα εργαστήριο, η ζύμωση ακριβείας είναι αυτή που κλιμακώνει τη διαδικασία. Η κλιμάκωση αφορά την αύξηση της παραγωγής μιας δεδομένης ουσίας από μερικά χιλιοστόγραμμα στο εργαστήριο σε αρκετούς τόνους στη βιομηχανία. Αυτό φυσικά, σημαίνει επιπλέον δουλειά για τους ερευνητές.
«Μπορούμε να φτιάξουμε οτιδήποτε στο εργαστήριο, αλλά μόλις κλιμακώσουμε την παραγωγή, αντιμετωπίζουμε δυσκολίες. Όταν οι μικροοργανισμοί μετακινούνται από μια δεξαμενή ζύμωσης 1 λίτρου σε μια μεγαλύτερη, καλούνται να ανταποκριθούν σε αλλαγές, (όπως π.χ. θερμοκρασίας, οσμωτικής πίεσης και περιεκτικότητας σε οξυγόνο και αλάτι), και έτσι η παραγωγή της δεδομένης ουσίας μπορεί να επιβραδυνθεί ή ακόμα και να σταματήσει. Για αυτό, εργαζόμαστε επίσης πολύ στη διαχείριση των μικροοργανισμών, ώστε να μπορούν να αντιμετωπίσουν τις εκάστοτε αλλαγές. Στη χειρότερη, θα πρέπει να ξεκινήσουμε από την αρχή και να βρούμε έναν νέο μικροοργανισμό», λέει ο José L. Martinez, ο οποίος εξηγεί ότι ευτυχώς, γίνεται συνεχώς όλο πιο εύκολο το να ψάχνουν την απάντηση της φύσης για να αντιμετωπίσουν τις ανάγκες της κλιμάκωσης σε αρκετά ανθεκτικούς μικροοργανισμούς.
«Χάρη στην ταχεία τεχνολογική ανάπτυξη σε τομείς όπως η αλληλούχηση γονιδιώματος, η ρομποτική, η διαχείριση μεγάλων δεδομένων και η τεχνητή νοημοσύνη, μπορούμε τώρα να εξετάσουμε χιλιάδες μικροοργανισμούς μέσα σε μια εβδομάδα, σε αντίθεση με τους μόλις εκατό που μπορούσαμε δέκα χρόνια πριν», λέει ο José L. Martinez, προσθέτοντας: «Το χαρτοφυλάκιο των πιθανών μικροοργανισμών προς χρήση έχει αυξηθεί πάρα πολύ γιατί μπορούμε πλέον να τους βρούμε. Η φύση ήδη παρέχει όλες τις λύσεις. Απλά πρέπει να τις βρούμε».
Μια αναπτυσσόμενη αγορά
Προκειμένου η ζύμωση ακριβείας να αντικαταστήσει τις αγελάδες γαλακτοπαραγωγής, τα βοοειδή, τα κοτόπουλα, το λάδι, το φυσικό αέριο ή τον άνθρακα, είναι σημαντικό να βρεθούν λύσεις που να επιτρέπουν στους μικροοργανισμούς να παράγουν μεγάλες ποσότητες από τις επιθυμητές ουσίες. Διαφορετικά, οι διαδικασίες δεν θα είναι κερδοφόρες για τις εταιρείες καθώς τα τελικά προϊόντα θα καταλήγουν να είναι πολύ ακριβά.
Παρά τις προκλήσεις της κλιμάκωσης, η ζύμωση ακριβείας προβλέπεται να γνωρίσει μεγάλη ανάπτυξη τα επόμενα χρόνια. Σύμφωνα με την εταιρεία Polaris Market Research με έδρα τη Wall Street, η παγκόσμια αγορά ζύμωσης ακριβείας είχε αξία 1,3 δισεκατομμυρίων δολαρίων το 2021 και θα αυξάνεται κατά 48 % ετησίως έως το 2030. Η ανάλυση της αγοράς προβλέπει ότι εναλλακτικές λύσεις που μπορούν να οδηγήσουν σε υποκατάστατα για το κρέας και το ψάρι και τα αυγά θα οδηγήσουν στην ανάπτυξη την αγορά της ζύμωσης ακριβείας.
Μια ανάπτυξη, την οποία η εταιρεία που κάνει την έρευνα αποδίδει στην αυξανόμενη ζήτηση για τρόφιμα, που δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον ή το κλίμα, αλλά αντίθετα παράγονται με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, με χαμηλότερες εκπομπές CO2, με χαμηλότερη κατανάλωση νερού και χωρίς τη χρήση τεράστιων γεωργικών εκτάσεων.
Τελευταίο, αλλά εξίσου σημαντικό, η παραγωγή τροφίμων θα πλησιάσει γεωγραφικά πιο κοντά στους καταναλωτές, αποφεύγοντας έτσι την κατανάλωση ενέργειας και τις εκπομπές CO2 που σχετίζονται με τη μεταφορά προϊόντων σε μεγάλες αποστάσεις.
Σημαντικός «παίκτης» στη «πράσινη» μετάβαση
Αυτή η προοπτική οδήγησε στη προώθηση της ζύμωσης ακριβείας ως μίας από τις πιο σημαντικές τεχνολογίες της «πράσινης» μετάβασης. Αλλά υπάρχει ακόμη μεγαλύτερη δυνατότητα μπροστά, σύμφωνα με τον José L. Martinez:
«Τα επόμενα χρόνια, θα αλλάξουμε και τον τρόπο με τον οποίο ταΐζουμε τους μικροοργανισμούς μας μέσα στις χαλύβδινες δεξαμενές τους. Σήμερα τους ταΐζουμε με ζάχαρη, μεταξύ άλλων. Ωστόσο, αναπτύσσουμε νέες λύσεις για θρέψη επειδή βρίσκουμε μικροοργανισμούς που μπορούν να ζήσουν με απόβλητα και υποπροϊόντα από ποικίλες πηγές, ακόμη και από πλαστικά. Έχουν βρεθεί ένζυμα που μπορούν να βιοδιασπάσουν το πλαστικό σε ενώσεις τις οποίες μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ως τροφή για τους μικροοργανισμούς. Αυτό είναι πραγματικά συγκλονιστικό. Απλά φανταστείτε ότι μια μέρα θα είμαστε σε θέση να παράγουμε φάρμακα ή τρόφιμα χρησιμοποιώντας τα πλαστικά μας απορρίμματα. Είναι επαναστατικό. Είναι η ουσία της “πράσινης” μετάβασης!».
