Một tập đoàn do công ty công nghệ thực phẩm Phần Lan Solar Foods dẫn đầu đã được trao 5,5 triệu euro (6 triệu USD) từ chương trình Pathfinder của Hội đồng Đổi mới Châu Âu (EIC) để tài trợ cho HYDROCOW : một dự án sản xuất whey protein thông qua quá trình lên men chính xác từ vi khuẩn được nuôi bằng carbon dioxide và hydro thay vì đường.
Nhóm nghiên cứu—bao gồm Solar Foods, công ty con Ginkgo Bioworks FGEn AG và các nhà nghiên cứu từ Đại học Groningen và Đại học RWTH Aachen— sẽ biến đổi gen vi khuẩn oxy hóa hydro (HOB) để chuyển đổi cacbon từ khí CO2 và hydro (được sản xuất từ nước thông qua điện phân) thành beta-lactoglobulin, một loại whey protein trong sữa bò.
Trong dự án HYDROCOW “rủi ro cao, lợi nhuận cao” kéo dài bốn năm, các vi khuẩn được thiết kế có khả năng sản xuất beta-lactoglobulin sẽ trải qua thử nghiệm thông lượng cực cao tại FGen, nơi đã phát triển một nền tảng có khả năng tìm kiếm tới 1 triệu biến thể HOB trong một lần chạy duy nhất.
Sau đó, các chủng hoạt động tốt nhất sẽ được xác nhận bởi Solar Foods, một công ty khởi nghiệp chuyên về lên men khí hiện đang xây dựng một cơ sở trình diễn gần Helsinki để sản xuất nguyên liệu thực phẩm chứa protein màu vàng có tên là Solein từ vi khuẩn oxy hóa hydro.
“Thay vì bắt đầu từ các vi khuẩn dị dưỡng sử dụng nguyên liệu từ nông nghiệp, chúng tôi đang biến đổi một loại vi khuẩn oxy hóa hydro để tiết ra protein sữa. Điều này loại bỏ nông nghiệp khỏi phương trình. Theo chúng tôi được biết, việc sản xuất protein sữa bằng loại vi khuẩn này chưa từng được thực hiện trước đây. Chúng tôi hy vọng nền tảng công nghệ hydro sẽ hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn so với chăn nuôi bò sữa dựa trên giống nồi tự nhiên.” Thực phẩm làm từ năng lượng mặt trời.
Tiết kiệm thời gian, năng lượng và đất đai
Nhưng tại sao lại làm điều này ngay từ đầu vì đã có nhiều công ty sữa ‘không có động vật’ sản xuất whey protein từ vi khuẩn ăn đường, chẳng hạn như Perfect Day có trụ sở tại Hoa Kỳ, sử dụng nấm Trichoderma Reesei và công ty khởi nghiệp Remilk của Israel, sử dụng loại men tên là Komagataella phaffii?
Tiến sĩ Andreas Meyer, người đồng sáng lập FGen và lãnh đạo xưởng đúc cao cấp tại Ginkgo Bioworks cho biết có rất nhiều lý do. Nhưng chủ yếu là vì nó mang lại khả năng tạo ra một nền tảng sản xuất protein sữa không có carbon. Bằng cách sử dụng khí thải công nghiệp (carbon dioxide) và hydro từ quá trình điện phân, quá trình lên men khí sẽ cho phép các công ty tách hoàn toàn việc sản xuất protein sữa khỏi đất nông nghiệp và tạo ra một quy trình sản xuất tuần hoàn hơn.
Như Freya Burton, giám đốc phát triển bền vững của LanzaTech đã nhận xét gần đây, “Không cần phải lấy carbon ra khỏi lòng đất vì đã có đủ lượng carbon trên mặt đất để tạo ra mọi thứ chúng ta cần”.
Ông cho biết, mặc dù quá trình này đòi hỏi năng lượng – đặc biệt là để cung cấp năng lượng cho quá trình điện phân, tách nước thành các thành phần cấu thành (hydro và oxy) – nhưng quá trình này có thể được cung cấp năng lượng từ năng lượng tái tạo.
“Nếu thành công, dự án HYDROCOW sẽ cho phép các phương pháp sản xuất sinh học tập trung vào dinh dưỡng không quá phụ thuộc vào quá trình quang hợp và nông nghiệp thông thường, thay vào đó chuyển đổi carbon trong khí quyển trực tiếp thành whey protein, đồng thời tiết kiệm thời gian, năng lượng và đất đai liên quan trực tiếp đến các hoạt động hiện tại.”
“Các vi khuẩn oxy hóa hydro được biết đến với khả năng độc đáo là chiết xuất năng lượng từ hydro và carbon từ khí CO 2 chứ không phải vì khả năng sản xuất protein của chúng”. Thực phẩm làm rừ năng lượng mặt trời.
‘Điều này trước chưa ai từng làm trước đây…’
Meyer nói với AgFunderNews rằng đối với khả năng tồn tại của toàn bộ doanh nghiệp, hiện tại vẫn còn rất mù mờ .
“Chi phí sẽ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, nó bao gồm cả nguồn CO2 – cách bạn thu và trữ nó, cách nguyên liệu đó được đưa vào lò phản ứng sinh học.”
Ông nói thêm: “Ngoài carbon dioxide và hydro, nitơ cũng rất cần thiết. Cần cả phốt pho và muối khoáng, nhưng nếu bạn nhìn vào sinh khối của sinh vật, yếu tố chính là nguồn carbon và ở đây chúng ta đang nói về CO2.”
Trong khi đó, khi nói đến vi khuẩn oxy hóa hydro (HOBS), việc sản xuất một loại protein như beta lactoglobulin là lĩnh vực chưa được khám phá, ông nói.
“Chưa có ai làm điều này trước đây. Ví dụ, hiện tại, Solar Foods đang thu hoạch toàn bộ tế bào [vi khuẩn] và tạo thành bột [thành phần Solein màu vàng sáng giàu dinh dưỡng]. HOB thực sự không được biết đến nhiều trong việc tiết ra protein, vì vậy đây là một dự án có rủi ro cao nhưng có lợi nhuận cao.
“Chúng tôi muốn biến HOB thành một nhà máy lên men chính xác. Thách thức là HOB không có nhiều công cụ di truyền, vì vậy một đối tác đang phát triển các công cụ di truyền để thực hiện việc này, sau đó chúng tôi sẽ sử dụng kiến thức chuyên môn của Ginkgo về sản xuất và bài tiết protein cũng như sàng lọc thông lượng cao của FGen vì chúng tôi dự đoán chúng tôi sẽ làm được. phải thực hiện rất nhiều thử nghiệm trước khi chúng tôi tìm thấy một sinh vật có khả năng tiết ra protein mục tiêu một cách hiệu quả.”
Đối với các đối tác học thuật, ông cho biết: “Đại học Groningen chuyên về kỹ thuật di truyền của các sinh vật độc đáo và trường đại học kỹ thuật ở Aachen tạo ra các mô hình trao đổi chất để phân tích cách chúng ta có thể tối ưu hóa việc tiết protein ở những sinh vật này. Vì không có mô hình trao đổi chất nào thực sự có sẵn cho các loại sinh vật này nên điều này rất hữu ích.”
Chi tiết dự án HYDROCOW
Solar Foods đã có kinh nghiệm làm việc với vi khuẩn oxy hóa hydro (HOB) để tạo ra nguyên liệu thực phẩm màu vàng đặc trưng ‘Solein’. Theo công ty khởi nghiệp, dự án HYDROCOW “sẽ cung cấp các công nghệ chủ chốt – A) hệ thống tiết protein eHOB cải tiến; B) các mô hình trao đổi chất eHOB dự đoán, các công cụ kỹ thuật di truyền và hệ thống sàng lọc thông lượng cao (HTP) mới cho chu trình DBTL; và C) các phương pháp xác nhận và mở rộng quy mô…’ Nguồn hình ảnh: Solar Foods
Thiết kế, xây dựng, thử nghiệm, học hỏi
Khi nói đến tính kinh tế đơn vị của quá trình lên men chính xác, các số liệu chính là hiệu giá (lượng phân tử mục tiêu được biểu thị so với thể tích chất lỏng); năng suất (bạn có thể tạo ra phân tử mục tiêu nhanh như thế nào với khối lượng lò phản ứng sinh học nhất định); và năng suất (tỷ lệ chuyển đổi thức ăn: bạn nhận được bao nhiêu phân tử mục tiêu cho một lượng thức ăn cố định).
Trong trường hợp của dự án HYDROCOW, ông nói: “Tôi nghĩ nếu chúng ta có thể đạt được gam trên lít mà không làm giảm đáng kể tốc độ tăng trưởng hiện tại của các chủng mà [Solar Foods] có hoặc thậm chí cải thiện chúng, thì tôi nghĩ HOB có thể được sử dụng để lên men chính xác.”
Ông nói thêm, trong khi nấm men và nấm có thể tạo ra hiệu giá cao hơn cho một số thành phần nhất định, thì vi khuẩn có thể rẻ hơn, dễ dàng hơn và phát triển nhanh hơn, do đó luôn có sự đánh đổi. “Một số loại vi khuẩn có khả năng tạo ra enzyme [protein] ở mức 100 gram/lít, tương tự như nấm. Điều này có nghĩa là bản chất của vi khuẩn không kém cạnh hệ thống biểu hiện của nấm. Chúng chỉ phụ thuộc vào loại protein mà bạn đang thể hiện.”
Ông nói thêm: “Đầu tiên, chúng tôi đang sử dụng tất cả các tài liệu, thí nghiệm đã biết và kinh nghiệm của chính mình để xác định các yếu tố tạo nên chất tiết protein tốt, bất kể đây là chủng nấm, chủng vi khuẩn hay chủng nấm men.
“Sau đó, chúng tôi xác định các khối kiến thức này và tạo ra một tập hợp để chúng trở thành thư viện cực lớn. Và sau đó chúng tôi cố gắng tìm ra những sinh vật rất hiếm hoặc những tế bào rất hiếm sẽ tiết ra loại protein mà chúng tôi quan tâm.”
Sau khi HYDROCOW có điểm xuất phát, ông nói: “Sau đó, chúng tôi sẽ thực hiện chu trình sinh học tổng hợp—thiết kế, xây dựng, thử nghiệm, tìm hiểu—nhiều lần nhất có thể trong khuôn khổ chương trình. Mục tiêu là sau bốn năm, chúng tôi thử nghiệm các sinh vật đầu tiên ở quy mô thí điểm tại Solar Foods và cuối cùng là ở quy mô sản xuất.”
Khi được hỏi về việc ai sở hữu IP từ dự án, ông nói: “Có quyền sở hữu IP chung đối với IP được tạo ra bởi sự tham gia của nhiều bên trong tập đoàn. Ví dụ: đối với các xét nghiệm thông lượng cao do FGen phát triển, chúng tôi sẽ sở hữu IP cho xét nghiệm đó và có thể sử dụng nó cho các sinh vật khác trong các dự án khác.
Nguồn: agfundernews.com