SCMP cho biết, đây là lần đầu tiên việc sản xuất protein từ than có tính khả thi về mặt kinh tế. Giải pháp này được đánh giá là không tưởng trong bối cảnh dân số toàn cầu ngày càng tăng, kéo theo nhu cầu về thực phẩm cũng không ngừng tăng lên. Đây cũng là nguyên nhân chính dẫn đến nhu cầu protein sử dụng trong ngành thức ăn chăn nuôi tăng tao, nhất là ở Trung Quốc, nơi đang đối mặt tình trạng thiếu nguồn cung protein trầm trọng.
Mặc dù dẫn đầu thế giới về sản lượng thịt lợn, nuôi trông thủy sản nhưng Trung Quốc vẫn phụ thuộc nhiều vào đậu nành nhập khẩu làm thức ăn chăn nuôi. Hiện tại, Trung Quốc nhập khoảng 100 triệu tấn/năm, chiếm 80% tổng nhu cầu của đất nước.
Chính vì lý do đó, việc phát triển các phương pháp sản xuất protein chất lượng cao một cách nhanh chóng và hiệu quả là rât quan trọng. Và giải pháp hứa hẹn nhất chính là công nghệ sinh học tổng hợp.
Có nhiều cách để tổng hợp protein sinh học. Cách đơn giản nhất là chuyển đổi từ các sản phẩm phụ trong các ngành công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp, chẳng hạn như lên men ngô, ngũ cốc hay ủ rơm, rạ để tạo ra các thành phẩm protein có giá trị cao hơn thông qua quá trình biến đổi vi sinh vật.
Tuy nhiên, những sản phẩm phụ này thường không ổn định về sản lượng và chất lượng, dẫn tới việc sản xuất gặp nhiều khó khăn.
Nhằm khắc phục những tồn tại cố hữu, các nhà khoa học tạ Viện Công nghệ sinh học Công nghiệp Thiên Tân, thuộc Viện Khoa học Trung Quốc (CAS) do Giáo sư Wu Xin đứng đầu đã nghiên cứu một cách tổng hợp protein mới từ than đá.
“Với trữ lượng khoảng 1,07 nghìn tỷ tấn, than hoàn toàn có thể chuyển đổi thành metanol thông qua quá trình khí hóa than. Mathanol dễ trộn với nước mang lại hiệu quả cao trong quá trình lên men so với chất khí và loại bỏ nhu cầu sử dụng các thiết bị lên men chuyên dụng”, ông Wu cho biết trong một bài báo đăng trên tạp chí China Science Bulletin.
Nhóm của ông đã phát triển được công nghệ sản xuất protein rẻ hơn so với quá trình tổng hợp protein truyền thống. Chủng nấm men Pichia pastoris (P. pastoris) (được sử dụng trong quá trình này) được phát triển bằng cách sử dụng metanol. Nhưng vì metanol độc hại và có quá trình chuyển hóa phức tạp nên khoảng 20% trong số đó bị lãng phí. Nó biến thành CO2 và nước thay vì được sử dụng để tổng hợp protein, làm giảm hiệu quả và gia tăng chi phí của quy trình.
“Nghiên cứu tổng hợp protein tế bào từ metanol bắt đầu vào những năm 1980, tập trung chủ yếu vào việc lựa chọn chủng và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Tuy nhiên, do chi phí cao, các sản phẩm protein tổng hợp metanol không thể cạnh tranh với protein đậu nành và cũng chưa được sản xuất trên quy mô lớn”, Wu nói.
Để giải quyết vấn đề, nhóm của Giáo sư Wu đã thu thập hơn 20.000 mẫu men từ các vườn nho, rừng và vùng đầm lầy khắp Trung Quốc. Từ những mẫu đó, họ xác định được chủng có khả năng sử dụng hiệu quả các loại đường và rượu khác nhau làm nguồn carbon.
Và bằng cách loại bỏ các gen cụ thể trong chủng Pichia pastoris hoang dã, họ tạo ra một loại nấm men có khả năng chịu metanol nhưng hiệu quả trao đổi chất được tăng cường đáng kể. Kỹ thuật này thúc đẩy đáng kể mục tiêu chuyển đổ metanol thành protein. Theo lý thuyết, hiệu quả chuyển hóa metanol thành protein đạt 92% giá trị lý thuyết.
“Không cần đất canh tác, không bị ảnh hưởng bởi vụ mùa và khí hậu, phương pháp này hiệu quả gấp hàng nghìn lần so với các phương pháp nông nghiệp truyền thống. Ngoài ra, hàm lượng protein trong vi sinh vật dao động từ 40 đến 85%, cao hơn đáng kể thực vật tự nhiên”, Giáo sư Wu cho biết.
Những sinh vật này cũng chứa đầy đủ các axit amin, vitamin, muối vô cơ, chất béo và carbohydrate, cho phép chúng thay thế một phần bột cá, đậu nành, thịt và sữa trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nhóm này cũng cho biết họ đang thử nghiệm việc tạo protein này trên quy mô công nghiệp nhưng không tiết lộ đối tác.
Protein vi khuẩn rất giàu dinh dưỡng và không có chất gây dị ứng như trong protein đậu nành, khiến chúng trở thành nguồn protein tuyệt vời.