È abbondante, è carnoso, è ammuffito

Una delle fonti più promettenti di alimenti innovativi sono i funghi, un regno diversificato di organismi che producono naturalmente una vasta gamma di proteine, grassi, antiossidanti e molecole aromatiche gustose e nutrienti. Lo chef diventato bioingegnere Vayu Hill-Maini, affiliato all’area Bioscienze del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), sta esplorando le numerose possibilità di nuovi sapori e consistenze che possono essere ottenuti modificando i geni già presenti nei funghi.

“Penso che sia un aspetto fondamentale della biologia sintetica il fatto che stiamo beneficiando di organismi che si sono evoluti per essere veramente bravi in ​​certe cose,” ha detto Hill-Maini, che è un ricercatore post-dottorato presso l’UC Berkeley nel laboratorio dell’esperto di bioingegneria Jay Keasling . “Quello che stiamo cercando di fare è osservare cosa sta producendo il fungo e provare a sbloccarlo e migliorarlo. E penso che sia un aspetto importante per cui non abbiamo bisogno di introdurre geni di specie molto diverse. Noi” stiamo studiando come possiamo unire le cose e sbloccare ciò che è già lì.”

Nel loro recente articolo, pubblicato il 14 marzo in Comunicazioni sulla naturaHill-Maini e colleghi dell’UC Berkeley, del Joint BioEnergy Institute e del Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability hanno studiato un fungo multicellulare chiamato Aspergillus oryzae, noto anche come stampo koji, utilizzato da secoli nell’Asia orientale per fermentare gli amidi nel sakè, nella salsa di soia e nel miso. Innanzitutto, il team ha utilizzato CRISPR-Cas9 per sviluppare un sistema di editing genetico in grado di apportare modifiche coerenti e riproducibili al genoma della muffa koji. Dopo aver stabilito un kit di modifiche, hanno applicato il loro sistema per apportare modifiche che elevano lo stampo come fonte di cibo. In primo luogo, Hill-Maini si è concentrata sull’aumento della produzione di eme da parte della muffa, una molecola a base di ferro che si trova in molte forme di vita ma è più abbondante nei tessuti animali, conferendo alla carne il suo colore e il suo sapore caratteristico. (Un eme di derivazione vegetale prodotto sinteticamente è anche ciò che conferisce all’Impossible Burger le sue proprietà di duplicazione della carne.) Successivamente, il team ha aumentato la produzione di ergotioneina, un antiossidante presente solo nei funghi e associato a benefici per la salute cardiovascolare.

Dopo questi cambiamenti, i funghi un tempo bianchi diventarono rossi. Con una preparazione minima, rimuovendo l’acqua in eccesso e macinando, i funghi raccolti potrebbero essere modellati in un tortino, quindi fritti in un hamburger dall’aspetto allettante.

Il prossimo obiettivo della Hill-Maini è rendere i funghi ancora più attraenti mettendo a punto i geni che controllano la struttura della muffa. “Pensiamo che ci sia molto spazio per esplorare la consistenza variando la morfologia fibrosa delle cellule. Quindi, potremmo essere in grado di programmare la struttura delle fibre del lotto in modo che sia più lunga, il che darebbe un’esperienza più simile alla carne. E poi possiamo pensare di aumentare la composizione lipidica per migliorare la sensazione in bocca e ulteriore nutrimento”, ha detto Hill-Maini, che era membro del Miller Institute for Basic Research in Science presso l’UC Berkeley durante lo studio. “Sono davvero entusiasta di come possiamo esaminare ulteriormente il fungo e, sai, armeggiare con la sua struttura e il suo metabolismo per il cibo.”

Sebbene questo lavoro sia solo l’inizio del viaggio per attingere ai genomi fungini per creare nuovi alimenti, mette in mostra l’enorme potenziale di questi organismi di fungere da fonti proteiche facili da coltivare evitando i complessi elenchi di ingredienti degli attuali sostituti della carne e il barriere di costo e difficoltà tecniche che ostacolano il lancio della carne coltivata. Inoltre, il kit di strumenti per l’editing genetico del team rappresenta un enorme passo avanti per il campo della biologia sintetica nel suo complesso. Attualmente, una grande varietà di prodotti bioprodotti è prodotta da batteri e lieviti ingegnerizzati, cugini unicellulari di funghi e muffe. Tuttavia, nonostante la lunga storia di addomesticamento dei funghi da parte dell’umanità per mangiarli direttamente o per produrre alimenti di base come il miso, i funghi multicellulari non sono stati ancora sfruttati come fabbriche cellulari ingegnerizzate nella stessa misura perché i loro genomi sono molto più complessi e hanno adattamenti che rendono l’editing genetico una sfida. . Il toolkit CRISPR-Cas9 sviluppato in questo documento getta le basi per modificare facilmente la muffa koji e i suoi numerosi parenti.

“Questi organismi sono stati utilizzati per secoli per produrre cibo e sono incredibilmente efficienti nel convertire il carbonio in un’ampia varietà di molecole complesse, comprese molte che sarebbero quasi impossibili da produrre utilizzando un ospite classico come il lievito di birra o Escherichia coli“, ha affermato Jay Keasling, scienziato senior del Berkeley Lab e professore alla UC Berkeley. “Sbloccando la muffa koji attraverso lo sviluppo di questi strumenti, stiamo liberando il potenziale di un nuovo enorme gruppo di ospiti che possiamo utilizzare per produrre alimenti, sostanze chimiche preziose, biocarburanti ad alta densità energetica e medicinali. È una nuova entusiasmante strada per la bioproduzione.”

Considerato il suo background culinario, Hill-Maini desidera garantire che la prossima generazione di prodotti a base di funghi non sia solo appetibile, ma veramente desiderabile per i clienti, compresi quelli con gusti sofisticati. In uno studio separato, lui e Keasling hanno collaborato con gli chef dell’Alchemist, un ristorante con due stelle Michelin a Copenaghen, per giocare con il potenziale culinario di un altro fungo multicellulare, Neurospora intermedia. Questo fungo viene tradizionalmente utilizzato in Indonesia per produrre un alimento base chiamato oncom facendo fermentare i prodotti di scarto rimasti dalla produzione di altri alimenti, come il tofu. Incuriositi dalla sua capacità di convertire gli avanzi in un alimento ricco di proteine, gli scienziati e gli chef hanno studiato il fungo nella cucina di prova dell’Alchemist. Hanno scoperto N.intermedia produce ed espelle molti enzimi man mano che cresce. Quando coltivati ​​su riso amidaceo, i funghi producono un enzima che liquefa il riso e lo rende intensamente dolce. “Abbiamo sviluppato un processo con soli tre ingredienti – riso, acqua e funghi – per creare un bellissimo e sorprendente porridge di colore arancione”, ha affermato Hill-Maini. “È diventato un nuovo piatto nel menu degustazione che utilizza la chimica dei funghi e il colore in un dessert. E penso che ciò che dimostra davvero è che c’è l’opportunità di collegare il laboratorio e la cucina.”

Il lavoro di Hill-Maini sulla ricerca sull’editing genetico descritta in questo articolo è supportato dal Miller Institute dell’UC Berkeley. Il laboratorio di Keasling è supportato dalla Fondazione Novo Nordisk. Entrambi hanno ricevuto ulteriore sostegno dall’Ufficio della Scienza del Dipartimento dell’Energia (DOE). Il Joint BioEnergy Institute è un centro di ricerca sulla bioenergia DOE gestito da Berkeley Lab.