Proteina unicellulare di metano: il mondo è pronto per questa innovazione nei sistemi alimentari?

James Waddell parla con il Dr. Jamie Hinks sull'innovazione alimentare utilizzando proteine ​​unicellulari dal metano.

Proteina unicellulare di metano: il mondo è pronto per questa innovazione nei sistemi alimentari?

Alla luce del Vertice sui sistemi alimentari delle Nazioni Unite tenutosi oggi, che mira a realizzare sistemi alimentari più sani, più sostenibili e più equi, c'è ora l'urgenza di costruire tecniche di produzione alimentare innovative se l'umanità intende realizzare sistemi alimentari più resilienti. Abbiamo parlato con il Dr. Jamie Hinks, Principal Research Fellow presso il Singapore Center for Environmental Life Sciences Engineering (SCELTA), sulla sua attuale ricerca che utilizza sistemi biologici ad alta pressione per produrre proteine ​​unicellulari di alta qualità dal metano.

Dr. Hinks, come spiegheresti la tua ricerca sul cibo a base di metano a un non specialista?

Il modo migliore per iniziare a comprendere questa tecnologia è considerare cibo e carburante come in qualche modo intercambiabili. Il carburante è un materiale che contiene energia che può essere utilizzata per svolgere un lavoro utile, sia in una macchina che in un organismo. Il carburante consumato dagli esseri umani, e che chiamiamo cibo, è di origine biologica e, in termini semplicistici, è costituito da biomassa vegetale o animale. Questa biomassa si accumula man mano che gli organismi si nutrono e crescono. Alcuni di questi sono molto gustosi, come ad esempio i funghi.

Ora, dal punto di vista di un microbio, tutto ciò che contiene energia è una potenziale fonte di cibo. Gli organismi unicellulari consumano una serie di fonti di energia comprese quelle che non sono di origine biologica e che possono sembrare insolite per l'uomo. Ad esempio, i microbi possono mangiare metalli e prodotti chimici di scarto come i solventi. Nel caso degli alimenti a base di metano, il metano viene utilizzato per alimentare i batteri. Il metano può essere prodotto biologicamente o mediante processi geologici. Quindi, alcuni batteri si specializzano nel consumo di metano e, man mano che crescono, la loro biomassa diventa una buona fonte di proteine ​​commestibili. Questi batteri sono chiamati metanotrofi che significa "mangiatori di metano".

Il processo scientifico specifico è chiamato ossidazione del metano da parte di batteri metanotrofi. La metanotrofia si verifica naturalmente negli ambienti in cui è presente il metano, come nelle risaie o nelle infiltrazioni di idrocarburi. La coltivazione di metanotrofi in condizioni arricchite di metano in un bioreattore consente di sfruttare il processo per la generazione di proteine. Il metano può essere un sottoprodotto del trattamento delle acque reflue o della produzione di petrolio. Il processo che sto attualmente ricercando e che svilupperò applicherà l'alta pressione per aumentare la solubilità del metano e quindi rendere più facile ed efficiente la coltivazione di metanotrofi con un ingombro ridotto.

Perché è particolarmente importante indagare oggi questo processo? Nel tuo caso, potresti dare un'idea del perché è interessante per paesi come Singapore?

Ebbene, la produzione alimentare sostenibile è oggi un elemento importante e dobbiamo considerare tutte le opzioni per soddisfare la crescente domanda di cibo, che è prevista per un aumento del 60% entro il 2050. Il governo di Singapore si è impegnato a soddisfare il 30% dei suoi bisogni nutrizionali entro il 2030 nella sua “30 da 30“Obiettivo di sicurezza alimentare. Singapore non dispone di sostanziali risorse territoriali per l'agricoltura tradizionale, quindi i processi di produzione di proteine ​​ad alta densità dovranno essere presenti nel futuro panorama della sicurezza alimentare di Singapore. Anche se il governo di Singapore ha annunciato questa decisione prima del COVID-19, la pandemia ha rafforzato l'idea di sicurezza alimentare per il mainstream.

C'erano pochissime carenze a Singapore - l'unica carenza che ho notato è stata una carenza di pomodori in scatola per un breve periodo e il mio amplificatore per batteria non è stato ancora consegnato! Questi sono solo piccoli inconvenienti. Tuttavia, lo spettro della scarsità di cibo non si è adattato bene al singaporiano medio, quindi garantire forniture alimentari a prova di futuro è una mossa intelligente.

In che modo questa fonte di proteine ​​è paragonabile ai tradizionali mangimi per bestiame? E potresti dirci come questo processo potrebbe essere utilizzato come parte di una soluzione innovativa per il consumo di cibo nell'uomo?

Si confronta bene con i tradizionali mangimi per bestiame. Da parte mia, intendo sviluppare un processo unico e migliorato che sia adattato alle esigenze di Singapore. Ora, inizialmente ho intenzione di sviluppare questo processo per l'alimentazione animale. Sai, c'è ancora una grande barriera sociale da superare prima che le persone mangino proteine ​​batteriche e alcuni problemi tecnici da appianare, come i livelli di acido nucleico. Quindi, un passo alla volta. C'è molta scienza interessante da fare nel frattempo. Credo che ci siano alcuni aspetti speciali del metabolismo ad alta pressione che porteranno benefici unici al prodotto finale, che avrà qualità salutari e prebiotiche. Li terrò vicino al petto per ora.

L'ISC-IIASA Sistemi alimentari resilienti Il rapporto rileva che "nutrire una popolazione in crescita e più ricca richiederà aumenti della produttività e della diversità delle colture e del bestiame" e che "l'innovazione incentrata sull'apertura di fonti alimentari nuove e alternative deve essere mantenuta e accelerata", il che sarebbe in linea con le nuove tecniche come il cibo da metano.

Ma possiamo presumere che questo cibo da processo a metano aumenterebbe davvero la resilienza dei sistemi alimentari considerando che può anche rafforzare la nostra dipendenza dal gas naturale? Inoltre, se questo processo viene ampliato, potrebbe ridurre significativamente la domanda di terra per coltivare cibo per il bestiame, ma non aumenterebbe anche considerevolmente le emissioni di anidride carbonica?

Grandi domande. Per il tuo primo, come ho detto, inizialmente suggerisco di utilizzare metano da risorse rinnovabili per cui il metano è di origine biogenica ed è prodotto da organismi unicellulari metanogeni chiamati Archaea. E anche qui, dove non c'è un uso migliore come generare calore o elettricità. Sebbene i flussi di rifiuti di metano non biogeno siano compatibili, non prevedo che questo tipo di produzione alimentare sia un fattore trainante della produzione o dell'utilizzo petrolchimici.

Alla tua seconda domanda, secondo l'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), la capacità di forzatura radiativa del metano è fino a 86 volte superiore a quella dell'anidride carbonica. Quindi, convertire il metano in anidride carbonica è una prospettiva migliore per il nostro clima. Propongo di utilizzare flussi di rifiuti che sono un uso ragionevole delle nostre risorse e il metano di origine biogenica è una risorsa rinnovabile.


Il vertice sui sistemi alimentari delle Nazioni Unite mira a sistemi alimentari più sani, più sostenibili e più equi, quindi crediamo che i "pro superino i contro" per questo metodo e quindi potrebbe, tra le altre tecniche innovative, aiutare a raggiungere lo sviluppo sostenibile Obiettivi?

Assolutamente no, è un gioco da ragazzi. I flussi di rifiuti gassosi sono un ottimo modo per produrre proteine ​​in quanto sono facili da controllare, sono relativamente omogenei e facili da sterilizzare. Senza contare che questi processi sono ad altissima densità. Ad esempio, le densità di produzione che puoi generare con la conversione metanogenica sono 4kg m3 h-1. Sono 4 chilogrammi di biomassa in un metro cubo ogni ora! Per mettere questo in prospettiva, i serbatoi IBC (container intermedi per rinfuse) che potresti aver visto sdraiati sui siti industriali sono circa un metro cubo. Questo è l'equivalente di una mucca, o mezza tonnellata di biomassa, in circa cinque giorni! Per allevare il bestiame ci vogliono circa 18 mesi e circa un acro di terra. Questi sono solo numeri che rendono lo studio utile. Ma aggiungendo a questo una serie di benefici ambientali insieme al fatto che è una fonte di proteine ​​etica, penso che sia una tecnologia molto avvincente.


Come scienziato, cosa vuoi che capiscano i responsabili delle politiche per rendere i nostri sistemi alimentari più resilienti?

Vorrei che i responsabili delle politiche capissero che dobbiamo agire rapidamente per consentire una transizione verso sistemi alimentari più resilienti. Abbiamo bisogno di superare molte barriere culturali per ottenere sistemi di produzione alimentare migliori. La politica deve essere flessibile e di supporto e devono essere resi disponibili fondi prioritari per la ricerca all'avanguardia, preferibilmente in un modo che supporti in modo più efficace i ricercatori junior e mid-career.

Il dottor Jamie Hinks
Il Dr. Jamie Hinks è Principal Research Fellow presso il Singapore Center for Environmental Life Sciences Engineering (SCELTA), finanziato dal governo di Singapore (la National Research Foundation, il Ministero della Pubblica Istruzione, la Nanyang Technological University e la National University of Singapore). In precedenza ha ricoperto la posizione di Senior Research Fellow presso SCELSE. In precedenza, il dottor Hinks è stato ricercatore presso la Nanyang Technological University di Singapore.

@jamiehinks5

Immagine di Megumi Nachev on Unsplash

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