Możliwe, że zamkniemy farmy i zaczniemy produkować żywność z mikrobów. W ten sposób unikniemy cierpienia zwierząt i zrobimy miejsce na odnowienie dzikiej przyrody. Oto jak może wyglądać nasza przyszłość, jeśli przeniesiemy produkcję żywności na wyższy poziom.
Nie ma nic bardziej pobudzającego emocje niż jedzenie. Stanowi ono łącznik z naszym odczuwanym pochodzeniem, kulturą i dziedzictwem i stanowi czystą przyjemność. Gdy zastanowimy się, skąd pochodzą nasze zboża, mięso i ryby, to natychmiast przychodzą nam do głowy mgliste, przyjemne obrazy stad pasących się na zielonej trawie, samotnego wędkarza lub spokojnego wiejskiego krajobrazu.
Jednakże tuż za rogiem może szykować się coś rewolucyjnego, coś, co może zasadniczo zmienić połączenie między farmą a widelcem, otwierając drzwi do przyszłości, która rozdzieli znane połączenie między glebą, ziemią i żywnością – wykorzystując moc mikrobów.
Historia ta rozpoczęła się tysiące lat temu, gdy maleńki mikrob zaczął przekształcać winogrona w wino, jęczmień w piwo, lub mówiąc naukowo, fermentację sacharozy w etanol. Prawdziwy cud wydarzył się ponad 9000 lat temu, kiedy nasi neolityczni pradziadkowie zmienili się z łowców-zbieraczy w piwowarów, co mogło przyczynić się do powstania bardziej osiadłego, cieszącego się piwem, rolniczego stylu życia. Winowajcą tego zjawiska są mikroskopijne drożdże o nazwie Saccharomyces cerevisiae, znane również jako drożdże piekarskie.
Nasze głębokie powiązania z mikrobami na tym się nie kończą. Bakterie mlekowe zamieniają nasze mleko w jogurt, dojrzewają nasze kiełbasy i marynują nasze warzywa. Inne mikroby rosną na naszym serze, tworząc pyszne przysmaki, takie jak camembert czy brie. W innych regionach świata drobnoustroje powodują fermentację soi do miso, kapusty do kimchi, ryb do tradycyjnego sushi, a manioku do przyprawy tucupi.
Na całym świecie fermentacja jest nieodłączną częścią procesu, dzięki któremu żywność staje się smaczniejsza, zdrowsza i ma dłuższy okres przydatności do spożycia. Świat drobnoustrojów jest wszędzie, sięgając od gleby, przez talerz, aż do naszych własnych ciał. Społeczności mikrobów, grzybów, bakterii i innych organizmów współpracują ze sobą, aby wykonywać niezwykłe zadania, takie jak przekształcanie rozrzedzonego powietrza (azotu) w białka, zapewniając w ten sposób składniki odżywcze dla wszystkich spożywanych przez nas roślin. Ich ciała są maleńkimi fabrykami chemicznymi produkującymi paletę wspaniałych rzeczy, takich jak środki smakowo-zapachowe, leki i barwniki.
Na całym świecie fermentacja jest nieodłączną częścią procesu, dzięki któremu żywność staje się smaczniejsza, zdrowsza i ma dłuższy okres przydatności do spożycia
Od 1917 roku, kiedy to James Currie odkrył, że pewien grzyb, a właściwie pleśń o nazwie Aspergillus niger, może zamieniać cukier w kwas cytrynowy, nasze stosunki z tymi małymi stworzeniami nie są już takie same. To początek rewolucji biotechnologicznej!
Kwas cytrynowy? Może brzmi to nieco nudnawo, ale kwas cytrynowy jest wszędzie w żywności, medycynie, kosmetykach – lista jest długa. Nazwa pochodzi od jego pierwotnego źródła, owoców cytrusowych, ale w rzeczywistości tylko 3-5% soku z cytryny to kwas cytrynowy. Obecnie na całym świecie produkujemy 2 000 000 ton kwasu cytrynowego, z czego większość pochodzi z tego tajemniczego grzyba.
Ale dlaczego ma to takie znaczenie? W tym roku światowe zbiory cytryn osiągnęły 1 000 000 ton, co wydaje się dużo, ale przy ich zawartości kwasu cytrynowego (5%) potrzebowalibyśmy 54 razy więcej cytryn, aby zaspokoić globalny popyt. Można powiedzieć, że jeden grzyb uratował Morze Śródziemne przed przekształceniem go w pustynię cytryn!
Zaoszczędzenie gruntów jest jednym z największych osiągnięć mikrobiologicznych pomocników, ale na tym nie koniec. W proszkach do prania enzymy wytwarzane przez mikroby pozwalają nam obniżyć temperaturę prania dzięki czemu oszczędzamy energię. Podpuszczka i insulina wytwarzane przez bakterie i drożdże pomogły nam odejść od używania cieląt i świń jako głównego źródła tych produktów, popychając nas w kierunku produkcji bez zwierząt. Zrównoważony rozwój może być efektywny, jeśli zwrócimy się chemicznych elektrowni występujących w naturze.
Można powiedzieć, że jeden grzyb uratował Morze Śródziemne przed przekształceniem go w pustynię cytryn!
Dzisiejsze rolnictwo znajduje się na skraju wytrzymałości poprzez bycie pod bezprecedensową presją zmian klimatycznych, rosnącą populacją i ograniczoną dostępność gruntów. Jednocześnie przyczynia się ono do wzrostu emisji zanieczyszczeń oraz do zaniku bioróżnorodności. Kluczową i najbardziej widoczną przyczyną tego zjawiska jest sposób użytkowania gruntów. Połowa nadającej się do zamieszkania powierzchni naszej planety jest użytkowana do hodowli zwierząt (38,5%) i uprawy roślin (11,5%), zastępując i wypierając naturalne siedliska i ekosystemy oraz zagrażając około dwóm trzecim gatunków znajdujących się na czerwonej liście.
Powierzchnia o wielkości obu Ameryk przeznaczona jest na hodowlę zwierząt, a spożycie mięsa na całym świecie nadal ma rosnąć.
Cel jest oczywisty: ograniczyć wykorzystanie gruntów w jak największym stopniu i odtworzyć bioróżnorodność.
Niemniej jednak, na przestrzeni ostatniego stulecia rolnictwo poczyniło ogromne postępy. Jesteśmy teraz w stanie zapewnić żywność dla coraz większej liczby ludzi na naszej planecie, wykorzystując przy tym coraz mniej terenu. Związek pomiędzy użytkowaniem gruntów a wydajnością plonów nastąpił dzięki innowacjom w zakresie środków ochrony roślin, technologii i metod hodowli.
Wciąż jednak bezpieczeństwo żywnościowe stąpa po kruchym lodzie, a około 13% światowej populacji w 2019 r. borykało się z problemem bezpieczeństwa żywnościowego.
W obliczu bezwzględnych katastrof naturalnych, takich jak globalna susza w latach 2021-2022 czy masowe powodzie w Pakistanie, a także związane z nimi kryzysy gospodarcze, potrzebujemy rolnictwa, które będzie zarówno bardziej odporne i o znacznie mniejszym oddziaływaniu na środowisko.
Mikroorganizmy mogą okazać się tutaj niezwykle pomocne.
Potrzebujemy rolnictwa, które będzie zarówno bardziej odporne, o znacznie mniejszym wpływie na środowisko. Mikroorganizmy mogą okazać się niezwykle pomocne.
Tylko od czego zacząć? Gdzie rozpoczyna się produkcja żywności?
Prawie wszystko, co spożywamy ma swój początek w postaci rośliny, grzyba lub zwierzęcia. Niektóre z nich wykorzystujemy do spożycia bezpośrednio, a inne przetwarzamy na składniki takie jak mąka, mleko i oleje. Następnie dzieje się magia: mieszamy ze sobą te składniki, aby stworzyć coś niezwykłego, takiego jak na przykład pizza, crème brûlée lub zielony koktajl matcha z nutą papai. Z perspektywy mikroskopowej żywność składa się z dwóch podstawowych elementów strukturalnych: rusztowania lub tkanek oraz z określonych substancji chemicznych.
Myśl o chemikaliach przyprawia nas o zawrót głowy, ale to właśnie one sprawiają, że jedzenie ma takie znaczenie i jest tak smakowite. Nadają one wartości odżywczych, smakowych, kolorystycznych i są źródłem witamin. Pożeramy cały świat szukając rozwiązania, a co jeśli zaczniemy od nowa?
Co by było, gdybyśmy mogli zresetować sposób, w jaki produkujemy te wszystkie składniki i zmienić źródło ich pochodzenia?
Co jeśli kolejnym wspaniałym sukcesem mikrobiologicznym nie byłaby produkcja nudnego kwasu cytrynowego, ale mozzarelli?
Na tym polu kreatywność drobnoustrojów staje się istotna. Przekształcenie substratu takiego jak cukier w produkt taki jak etanol (np. piwo) przez mikroby określa się mianem fermentacji. Wraz z ogromnym postępem w mikrobiologii, technikach genetycznych i biotechnologii, zakres fermentacji wykroczył daleko poza wino i jogurt. Te produkty powstawały przez dziesięciolecia, a nawet setki lat na drodze ślepych prób i błędów. To wspaniałe produkty. Ale pamiętaj: czas ucieka!
Po ponad stuleciu prowadzonych na całym świecie badań, kolekcji i klasyfikacji mikroskopijnego świata przez mikrobiologów, mamy teraz dostęp do naturalnej różnorodności chemicznej drobnoustrojów, a dzięki technikom genetycznym możemy wybierać konkretne geny spośród całej palety i wykorzystywać je w nowatorskich technologiach, na przykład do produkcji białek mleka.
Dzięki wiedzy na temat genetyki możliwości fermentacji mikrobów oraz za sprawą zaawansowanych narzędzi do ich zmieniania, jesteśmy teraz gotowi na renesans fermentacji.
Co jeśli moglibyśmy zrestartować sposób, w jaki produkujemy składniki i zmienić ich pochodzenie? Co jeśli kolejnym wielkim sukcesem mikrobiologicznym nie byłby nudny kwas cytrynowy, ale mozzarella?
Wyobraź sobie, że jest rok 2042, załóżmy wczesne lato. Kiedy budzą cię pierwsze promienie słońca, automatycznie włącza się twój personalizowany newsfeed na twojej inteligentnej ścianie i, no cóż, nie jesteś w stanie przyjąć pierwszej wiadomości dnia o trwających konsekwencjach zmian klimatycznych bez mocnej kawy. Pijąc ją, rozmyślasz o tym, że kiedyś kawa była wytwarzana z palonych ziaren. Z prawdziwych roślin. Istnieje to do dziś, ale zdecydowana większość kawy jest obecnie wytwarzana w fermentacjach, przez mikroorganizmy. Jakimś genialnym chłopakom ze startupu w latach 2020. udało się w jakiś sposób wszczepić bakteriom informację genetyczną dotyczącą smaku kawy, czy coś w tym rodzaju.
Idziesz do kuchni i wypijasz szklankę mleka, które nigdy nie widziało krowy, pamiętając, że pomysł ten pojawił się pierwotnie w Stanach Zjednoczonych, podczas gdy Europa martwiła się kwestiami prawnymi. Zużywa znacznie mniej ziemi niż mleko krowie – tak mówi nauka, tak jest napisane na opakowaniu. Kawa powoli zaczyna działać, a twoje myśli ożywiają się. Trzymając opakowanie mleka w dłoni, próbujesz sobie wyobrazić, ile krów musiałoby być dzisiaj, aby wyprodukować mleko dla całej światowej populacji. To byłoby globalne pastwisko.
Dobra, dość marudzenia, twój inteligentny ekran mówi ci, że musisz się pospieszyć. Wsiadasz na rower i jedziesz do pracy. Zawsze masz przy sobie napój proteinowy do picia między posiłkami. Mikroorganizmy wyprodukowały go z powietrza i energii słonecznej.
W porze lunchu Ty i Twoi koledzy idziecie do restauracji, która robi fantastyczne burgery. Mają nową recepturę wykorzystującą coś, co nazywa się „heme” i pochodzi od bydła Kobe. Nie czekaj, ten hem nadaje smak mięsu bydła Kobe, ale obecnie pochodzi z mikrobów. Aha, i oczywiście burgery nie są robione z mielonej wołowiny, jak kiedyś. To wszystko rośliny.
Później poczęstujemy się czekoladą i co możemy powiedzieć: masło kakaowe jest również produktem precyzyjnej fermentacji. Odciążyło to pozostałe ekosystemy w pobliżu równika, ponieważ obecnie prawie 9 miliardów ludzi chce jeść czekoladę, a po prostu nie ma wystarczającej ilości ziemi dla wszystkich roślin, które byłyby potrzebne do uprawy ziaren kakaowych.
Po pracy nie idziesz dziś na siłownię, ale do pubu z kilkoma kumplami. Gospodyni wita cię i przed przyjęciem zamówienia stawia na stole miskę bogatych w białko krakersów z grzybni. Grzybnia jest jedną z rzeczy, które stały się najbardziej rozpowszechnione w ostatnich latach. Można z niej zrobić tak wiele, ponieważ produkuje się ją w fermentatorach w dużych ilościach. W rzeczywistości jeden z takich zakładów znajduje się blisko twojego domu, na dachu budynku miejskiego. Słyszeliście, że mogą wykorzystać resztki materiałów jako paszę. Szaleństwo.
Właściciel pubu przynosi piwo. Mam ci powiedzieć, jak zmieniło się piwo? Nie, niektóre rzeczy pozostają takie same jak zawsze.
Na zdrowie.
Samo zastąpienie zwierząt mikrobami może zakłócić recykling produktów odpadowych, takich jak obornik na nawóz.
Brzmi niesamowicie? To prawda, jednak wszystko zależy od ograniczeń naszego świata. Wokół precyzyjnej fermentacji i rolnictwa mikrobiologicznego narosło wiele nierozstrzygniętych kwestii.
Po pierwsze, rolnictwo nieustannie dostosowuje się do technologii, praktyk gospodarczych, geografii i kultur, prowadząc do wzajemnie powiązanego systemu, który opiera się na sobie. Samo zastąpienie zwierząt mikrobami może na przykład zakłócić recykling produktów odpadowych, takich jak obornik na nawóz. Ekstensywna hodowla bydła może promować bioróżnorodność.
Jeśli coraz więcej żywności pochodzi z bioreaktorów, co stanie się z rolnikami, zwłaszcza na Globalnym Południu?
Do kogo należą licencje i patenty na te technologie?
Zaakceptujemy czy odrzucimy tę technologię?
Co z bezpieczeństwem?
Wszystko sprowadza się do zarządzania tą technologią i jej produktami w sposób zrównoważony, z uwzględnieniem ekologii, aspektów społecznych i ekonomicznych, nie zapominając przy tym o polityce i opinii publicznej. Opinia publiczna i regulacje mogą być dużymi przeszkodami dla każdej nowej innowacji, zwłaszcza w biologii.
W przypadku produktów precyzyjnej fermentacji, nauka jednoznacznie wskazuje na ogromny potencjał w zakresie zrównoważonego rozwoju. Rzecz jasna, ważne jest, aby nowe produkty były bezpieczne, ale czy sprawiedliwe jest regulowanie nowych produktów bardziej rygorystycznie niż tradycyjnej żywności, tak jak w przypadku unijnej ustawy o nowej żywności? Czy może uniemożliwia nam to wykorzystanie tego, co zgodnie z nauką ma ogromny potencjał? I czy utrudnianie nowych rozwiązań, które przyczyniają się do zrównoważonego rozwoju, nie jest w rzeczywistości zagrożeniem dla naszego przyszłego bezpieczeństwa?
Stoimy przed ogromnym wyzwaniem, jakim jest zapewnienie żywności dla wszystkich, przy jednoczesnym umożliwieniu naturze odbudowy jej zasobów. Potrzebujemy wsparcia na wypadek nieurodzaju, suszy, erozji gleby czy utraty żyzności. Mikrobiologiczna produkcja żywności może uczynić nas bardziej niezależnymi, ponieważ mikroby nie potrzebują odpowiedniej gleby, nie potrzebują tak dużo ziemi i mogą produkować przez cały rok niezależnie od pogody, uniezależniając nas od zwierząt.
Porozmawiajmy więc o tym, jak możemy wykorzystać moc mikrobów i zrestartować sposób myślenia o żywności i jej produkcji.
Autorzy: Christian-Frederic Kaiser, Martin Reich
Tłumaczenie: Bogna Borowiec
Zdjęcie: chandlervid85 na Freepik
