Одноклітинний протеїн метану – чи готовий світ до цієї інновації в харчових системах?

У світлі Саміт продовольчих систем ООН Сьогодні, яка має на меті реалізувати здоровіші, стійкіші та справедливіші продовольчі системи, зараз необхідно створити інноваційні технології виробництва харчових продуктів, якщо людство прагне досягти більш стійких харчових систем. Ми розмовляли з доктором Джеймі Хінксом, головним науковим співробітником Сінгапурського центру інженерних наук про довкілля (SCELSE), про його поточні дослідження з використанням біологічних систем високого тиску для виробництва високоякісного одноклітинного білка з метану.

Докторе Хінкс, як би ви пояснили нефахівцеві своє дослідження їжі з метану?

Найкращий спосіб почати розуміти цю технологію — розглядати їжу та паливо як певну взаємозамінність. Паливо — це матеріал, який містить енергію, яку можна використати для виконання корисної роботи, будь то в машині чи в організмі. Паливо, яке споживає людина і яке ми називаємо їжею, має біологічне походження і, простіше кажучи, складається з біомаси рослин або тварин. Ця біомаса накопичується, коли організми живляться та ростуть. Деякі з них дуже смачні, як, наприклад, гриби.

Тепер, з точки зору мікроба, все, що містить енергію, є потенційним джерелом їжі. Одноклітинні організми споживають цілий ряд джерел енергії, включаючи ті, які не мають біологічного походження і які можуть здатися незвичними для людей. Наприклад, мікроби можуть їсти метали та відходи хімічних речовин, таких як розчинники. У разі їжі з метану метан використовується для живлення бактерій. Метан може вироблятися біологічно або геологічними процесами. Отже, деякі бактерії спеціалізуються на споживанні метану, і в міру зростання їх біомаса стає хорошим джерелом їстівного білка. Ці бактерії називають метанотрофами, що означає «пожирачі метану».

Специфічний науковий процес називається окисленням метану метанотрофними бактеріями. Метанотрофія відбувається природним чином у середовищах, де присутній метан, наприклад на рисових полях або вуглеводневих протоках. Вирощування метанотрофів у збагачених метаном умовах у біореакторі дозволяє використовувати цей процес для отримання білка. Метан може бути побічним продуктом очищення стічних вод або виробництва нафти. Процес, який я зараз досліджую і який я буду розвивати, буде застосовувати високий тиск для збільшення розчинності метану і, отже, полегшить та ефективніше вирощувати метанотрофи з меншою площею.

Чому сьогодні особливо важливо досліджувати цей процес? У вашому випадку, не могли б ви пояснити, чому це цікаво для таких країн, як Сінгапур?

Що ж, стійке виробництво продуктів харчування сьогодні є важливим пунктом, і ми повинні розглянути всі варіанти, щоб задовольнити зростаючий попит на продукти харчування, який планується збільшити на 60% до 2050 року. Уряд Сінгапуру зобов’язався задовольнити 30% своїх потреб у харчуванні. до 2030 року у своєму «30 по 30” ціль продовольчої безпеки. Сінгапуру не вистачає значних земельних ресурсів для традиційного сільського господарства, тому процеси виробництва білка високої щільності повинні бути присутніми в майбутньому ландшафті продовольчої безпеки Сінгапуру. Незважаючи на те, що уряд Сінгапуру оголосив про це рішення ще до COVID-19, пандемія посилила ідею продовольчої безпеки для мейнстриму.

У Сінгапурі було дуже мало браку – єдиний недолік, який я помітив, це нестача консервованих помідорів на короткий час, а мій барабанний підсилювач ще не доставлений! Це лише дрібні незручності. Однак привид дефіциту продовольства не влаштовував середнього сінгапурця, тому майбутні запаси продовольства є розумним кроком.

Як це джерело білка порівнюється з традиційними кормами для худоби? І чи не могли б ви розповісти нам, як цей процес можна використовувати як частину інноваційного рішення для споживання їжі людьми?

Він добре порівнюється з традиційними кормами для худоби. Зі свого боку, я маю намір розробити унікальний та вдосконалений процес, який би відповідав потребам Сінгапуру. Тепер я спочатку маю намір розробити цей процес для кормів для тварин. Ви знаєте, досі потрібно подолати великий соціальний бар’єр, перш ніж люди почнуть їсти бактеріальний білок, і деякі технічні проблеми, які потрібно виправити, наприклад, рівень нуклеїнової кислоти. Отже, крок за кроком. А тим часом є чимало цікавої науки. Я вважаю, що є деякі особливі аспекти метаболізму під високим тиском, які принесуть унікальну користь кінцевому продукту, який матиме оздоровчі та пребіотичні якості. Поки що я буду тримати їх близько до грудей.

ISC-IIASA Стійкі системи харчування У звіті зазначено, що «годування зростаючого та заможнішого населення потребуватиме підвищення продуктивності рослинництва та худоби та різноманітності» і що «інновації, спрямовані на відкриття нових та альтернативних джерел їжі, необхідно підтримувати та прискорювати», що відповідатиме новим такі методи, як їжа з метану.

Але чи можемо ми припустити, що ця їжа з метану дійсно підвищить стійкість харчових систем, враховуючи, що вона також може посилити нашу залежність від природного газу? Крім того, якщо цей процес розширити, це може значно зменшити попит на землю для вирощування їжі для худоби, але чи не збільшить це також і викиди вуглекислого газу?

Чудові запитання. Для вашого першого, як я вже згадував, я спочатку пропоную використовувати метан з відновлюваних ресурсів, при цьому метан має біогенне походження і виробляється метаногенними одноклітинними організмами, які називаються археями. І навіть тут, де немає кращого використання, наприклад, для виробництва тепла чи електроенергії. Хоча потоки небіогенних відходів метану сумісні, я не вважаю, що цей тип виробництва харчових продуктів буде рушійною силою нафтохімічного виробництва або використання.

На ваше друге запитання, за даними Міжурядової групи експертів зі зміни клімату (IPCC), радіаційна здатність метану до 86 разів вища, ніж у вуглекислого газу. Отже, перетворення метану на вуглекислий газ є кращою перспективою для нашого клімату. Я пропоную використовувати потоки відходів, що є розумним використанням наших ресурсів, а метан біогенного походження є відновлюваним ресурсом.

Саміт продовольчих систем Організації Об’єднаних Націй спрямований на створення більш здорових, стійких і справедливих харчових систем, тож чи ми вважаємо, що «за» цього методу «за» переважають мінуси, а отже, може, серед інших інноваційних методів, допомогти досягти сталого розвитку? Цілі?

Абсолютно неважко. Потоки газоподібних відходів є чудовим способом виробництва білка, оскільки їх легко контролювати, вони відносно однорідні та легко стерилізувати. Не кажучи вже про те, що ці процеси мають дуже високу щільність. Наприклад, щільність виробництва, яку можна створити за допомогою метаногенної конверсії, становить 4 кг м³h^-1. Це 4 кілограми біомаси в одному кубометрі щогодини! Щоб представити це в перспективі, цистерни IBC (контейнери проміжного розміру), які ви, можливо, бачили, лежачи на промислових майданчиках, мають приблизно один кубічний метр. Це еквівалент однієї корови або півтонни біомаси приблизно за п’ять днів! Для вирощування великої рогатої худоби потрібно близько 18 місяців і потрібно близько акра землі. Це лише цифри, які роблять дослідження вартим. Але додайте до цього безліч екологічних переваг, а також той факт, що він є етичним джерелом білка, я думаю, що це є дуже переконливою технологією.

Як науковець, що ви хочете, щоб політики розуміли, щоб зробити наші харчові системи більш стійкими?

Я хотів би, щоб політики зрозуміли, що ми повинні діяти швидко, щоб забезпечити перехід до більш стійких харчових систем. Нам потрібно подолати багато культурних бар’єрів, щоб досягти вдосконалення систем виробництва їжі. Політика має бути гнучкою та підтримувати, а пріоритетні кошти для передових досліджень мають бути доступними, бажано таким чином, щоб більш ефективно підтримувати молодших і середніх дослідників.

Доктор Джеймі Хінкс
Доктор Джеймі Хінкс є головним науковим співробітником Сінгапурського центру інженерних наук про довкілля (SCELSE), фінансується урядом Сінгапуру (Національним дослідницьким фондом, Міністерством освіти, Наньянським технологічним університетом і Національним університетом Сінгапуру). Раніше він обіймав посаду старшого наукового співробітника SCELSE. До цього доктор Хінкс був науковим співробітником в Наньянському технологічному університеті в Сінгапурі.

@jamiehinks5