KAIST präsentiert eine mikrobielle Zellfabrik als

Das Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

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Bildnachweis: KAIST Metabolic and Biomolecular Engineering National Research Laboratory

Trotz des jahrzehntelangen globalen Bevölkerungswachstums scheint die globale Nahrungsmittelkrise erneut bevorzustehen, da die Nahrungsmittelproduktivität aufgrund der anhaltenden anormalen Wetterbedingungen aufgrund des sich verschärfenden Klimawandels erheblich zurückgeht und die globale Nahrungsmittelversorgungskette aufgrund der Verschärfung internationaler Konflikte wie Kriege beeinträchtigt wird Nahrungsmittelknappheit und Ernährungsungleichheit auf der ganzen Welt. Gleichzeitig ist jedoch mit zunehmendem Bewusstsein für Umwelt und Nachhaltigkeit nicht ohne Ironie eine steigende Nachfrage nach umweltfreundlicheren und hochwertigeren Lebensmitteln und Schönheitsprodukten zu beobachten. In einer Zeit wie dieser erregen Mikroorganismen Aufmerksamkeit als Schlüssel zur Bewältigung dieser scheinbar weit entfernten Probleme.

KAIST (Präsident Kwang-Hyung Lee) gab am 26. bekannt, dass Kyeong Rok Choi, ein Forschungsprofessor des Bioprocess Research Center, und Sang Yup Lee, ein angesehener Professor der Abteilung für Chemie- und Biomolekulartechnik, einen Artikel mit dem Titel „Metabolic Engineering of „Microorganisms for Food and Cosmetics Production“ wird auf Einladung von Nature Reviews Bioengineering online veröffentlicht und nach Peer-Review von Nature veröffentlicht.

※ Papiertitel: Systems Metabolic Engineering von Mikroorganismen für die Lebensmittel- und Kosmetikproduktion

※ Informationen zum Autor: Kyeong Rok Choi (Erstautor) und Sang Yup Lee (korrespondierender Autor)

Systems Metabolic Engineering ist ein Forschungsgebiet, das vom angesehenen Professor Sang Yup Lee vom KAIST gegründet wurde, um mikrobielle Zellfabriken effektiver zu entwickeln, den Kernfaktor der Bioindustrie der nächsten Generation, um die bestehende chemische Industrie zu ersetzen, die stark auf Erdöl angewiesen ist. Durch die Anwendung einer systemischen Metabolic-Engineering-Strategie haben die Forscher eine Reihe leistungsstarker mikrobieller Zellfabriken entwickelt, die eine Vielzahl von Lebensmitteln und kosmetischen Verbindungen produzieren, darunter natürliche Substanzen wie Häm und Zink-Protoporphyrin-IX-Verbindungen, die den Geschmack und die Farbe von synthetischem Fleisch verbessern können , Lycopin und β-Carotin, bei denen es sich um funktionelle natürliche Pigmente handelt, die in großem Umfang in Lebensmitteln und Kosmetika verwendet werden können, sowie Methylanthranilat, eine aus Trauben gewonnene Verbindung, die häufig verwendet wird, um der Lebensmittel- und Getränkeherstellung Traubengeschmack zu verleihen.

In diesem auf Einladung von Nature verfassten Artikel behandelte das Forschungsteam bemerkenswerte Fälle einer mikrobiellen Zellfabrik, die Aminosäuren, Proteine, Fette und Fettsäuren, Vitamine, Aromen, Pigmente, Alkohole, funktionelle Verbindungen und andere Lebensmittelzusatzstoffe produzieren kann, die in verschiedenen Lebensmitteln verwendet werden und Kosmetika sowie die Unternehmen, die diese aus Mikroben gewonnenen Materialien erfolgreich kommerzialisiert haben. Darüber hinaus organisiert und präsentiert das Papier systemische Stoffwechsel-Engineering-Strategien, die die Entwicklung industrieller mikrobieller Zellfabriken vorantreiben können, die vielfältigere Lebensmittel- und Kosmetikverbindungen auf umweltfreundliche Weise herstellen können mit wirtschaftlicher Machbarkeit.

< Abbildung 1. Beispiele für die Herstellung von Lebensmitteln und kosmetischen Verbindungen mithilfe mikrobieller Zellfabriken >

Durch die Produktion von Proteinen oder Aminosäuren mit hohem Nährwert aus nicht essbarer Biomasse, die durch den mikrobiellen Fermentationsprozess als Tierfutter oder Dünger verwendet wird, wird es beispielsweise zur Steigerung der Produktion und einer stabilen Versorgung mit Nahrungsmitteln auf der ganzen Welt beitragen. Darüber hinaus kann es durch die Entwicklung einer rentableren Fleischalternative und eine weitere Verringerung der Abhängigkeit von tierischem Eiweiß auch zur Reduzierung von Treibhausgasen und Umweltverschmutzung beitragen, die durch Viehzucht oder Fischzucht entstehen.

Darüber hinaus werden verschiedenen Lebensmitteln häufig Vanillin oder Methylanthranilat zugesetzt, die Vanille- oder Traubengeschmack abgeben. Naturprodukte, die aus Pflanzen isoliert und raffiniert werden, sind jedoch nur in geringem Maße in der Produktion und mit hohen Produktionskosten verbunden, weshalb sie in den meisten Fällen aus petrochemischen Substanzen gewonnen werden Vanillin und Methylanthranilsäure werden dem Essen zugesetzt. Diese Materialien können auch auf umweltfreundliche und menschenfreundliche Weise hergestellt werden, indem die Kraft von Mikroorganismen genutzt wird.

Ethische und Ressourcenprobleme, die bei der Herstellung von Verbindungen wie Calmin (Cochenille-Pigment) entstehen, einem Farbstoff, der verschiedenen Kosmetika und Lebensmitteln wie rotem Lippenstift und Milch mit Erdbeergeschmack zugesetzt wird und aus Cochenille-Insekten gewonnen werden muss, die nur in bestimmten Kakteen leben. und Hyaluronsäure, die häufig als Nahrungsergänzungsmittel konsumiert wird, aber nur in Omega-3-Fettsäuren enthalten ist, die aus Hai- oder Fischleber gewonnen werden, kann ebenfalls gelöst werden, wenn sie auf umweltfreundliche Weise mithilfe von Mikroorganismen hergestellt werden kann.

KAIST-Forschungsprofessor Kyeong Rok Choi, der Erstautor dieses Papiers, sagte: „Neben traditionellen fermentierten Lebensmitteln wie Kimchi und Joghurt gibt es auch Lebensmittel, die mit Hilfe von Mikroorganismen wie Kakaobutter hergestellt werden, einer Grundzutat für Schokolade, die nur gewonnen werden kann.“ aus fermentierten Kakaobohnen und Mononatriumglutamat, ein durch mikrobielle Fermentation hergestelltes Gewürz, sind uns bereits bekannt.“ „In Zukunft können wir durch mikrobielle Zellfabriken noch einfacher eine größere Vielfalt an Lebensmitteln und Kosmetika erwerben, die umweltfreundlich und nachhaltig in unserem täglichen Leben hergestellt werden.“ er fügte hinzu.

< Abbildung 2. Systemmetabolische Engineering-Strategie zur Verbesserung des Stoffwechselflusses in mikrobiellen Zellfabriken >

Der angesehene Professor Sang Yup Lee sagte: „Es ist die Mission der Ingenieure, die Welt mithilfe von Wissenschaft und Technologie zu einem besseren Ort zu machen.“ und fügte hinzu: „Kontinuierliche Weiterentwicklung und aktive Nutzung des Systems Metabolic Engineering werden wesentlich zur Linderung und Lösung der Probleme beitragen, die sich aus der Nahrungsmittelkrise und dem Klimawandel ergeben.“

Diese Forschung wurde im Rahmen des Projekts „Entwicklung der Proteinproduktionstechnologie aus anorganischen Substanzen durch Kontrolle des mikrobiellen Stoffwechselsystems“ (Projektleiter: Kyeong Rok Choi, KAIST-Forschungsprofessor) des Zentrums für landwirtschaftliche Mikroorganismen und Enzyme (Direktor) durchgeführt Pahn-Shick Chang), unterstützt von der Rural Development Administration und dem „Development of Platform Technologies of Microbial Cell Factories for the Next-generation Biorefineries Project“ (Projektleiter: Sang Yup Lee, KAIST Distinguished Professor) des Petroleum-Substitute Eco-Friendly Vom Ministerium für Wissenschaft und IKT unterstütztes Programm zur Entwicklung chemischer Technologien.

Nature Reviews Bioengineering

10.1038/s44222-023-00076-y

Metaanalyse

Unzutreffend

Systemisches Stoffwechsel-Engineering von Mikroorganismen für die Lebensmittel- und Kosmetikproduktion

26.06.2023

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