Otto modi in cui la biotecnologia sta (ancora) plasmando gli alimenti del futuro

In the past several decades, biotecnologia has brought us staggering breakthroughs that have changed our lives for the better.  From low cost insulin, to personalized genetic testing, to bioluminescent transgenic fish, the advances made in biotechnology have brought an enormous amount of possibilities for the future.  It’s no surprise that these technological developments have found their way into our food and will continue to shape the future of food.  While legislation and regulations over GMOs and bioengineered additives are still being worked out throughout the world, these products and companies are important examples of how these technologies can make an impact on how we eat.

Pomodoro Flavr Savr

Il Pomodoro Flavr Savr è stato il primo prodotto di organismo geneticamente modificato (OGM) ad essere approvato dalla FDA per la commercializzazione. Nel 1994, gli scienziati della società Calgene sono stati in grado di inibire il processo di maturazione interferendo con il naturale ammorbidimento del pomodoro. Usando un gene antisenso per bloccare la produzione di un enzima coinvolto nella rottura della parete cellulare, sono stati in grado di coltivare pomodori con una durata di conservazione molto più lunga dei tipi tradizionali sul mercato. Mentre i pomodori Flavr Savr inizialmente sono volati via dagli scaffali della drogheria, una serie di sfide, tra cui il contraccolpo pubblico contro l'uso dell'ingegneria genetica negli alimenti, ha portato a scarse prestazioni di mercato. L'azienda Calgene è stata infine acquisita dalla Monsanto e il pomodoro Flavr Savr è stato accantonato.

Il progetto Golden Rice

I primi anni '90 hanno anche visto lo sviluppo di riso dorato, a genetically-enhanced rice used to address the growing challenge of vitamin A deficiency in the diets of the 140 million children affected by malnutrition.  Normal cultivars of rice have the ability to synthesize the beta carotene, a precursor to vitamin A, in its leaves but those genes aren’t naturally expressed in the rice grain itself.  By introducing three biosynthesis genes into the rice plant that allow it to synthesize beta-carotene in the edible endosperm, a biofortified rice with a golden hue was created.  In 2005, a ricerca team at Syngenta released a high-yielding golden rice strain containing 23 times more beta-carotene than the first golden rice variant.  The same method has been used to transform other staple crops including bananas and sorghum. While golden rice still has yet to see full deployment in any country due to limited evidence of bioefficacy in undernourished children, biosafety permits were recently applied for by the International Rice Research Institute in early 2017 to continue conducting studies on golden rice for use in the Philippines.

Evolva

La vanillina, la principale sostanza chimica responsabile dell'aroma della vaniglia, è stata un importante aroma di base per più di un secolo. Tradizionalmente prodotta da materie prime petrolchimiche o da sottoprodotti della pasta di legno, la maggior parte degli aromi di vaniglia usati nel cibo sono fatti sinteticamente a causa dei costi elevati e della volatilità della fornitura associata alla vaniglia naturale prodotta dai baccelli dei semi. Nel 2011, l'azienda svizzera Evolva ha collaborato con International Flavors and Fragrances per sviluppare un modo per produrre la molecola dell'aroma attraverso la fermentazione, biohackerando il genoma del lievito del panettiere e costringendo il microbo a sfornare vanillina usando zuccheri facilmente disponibili come principale fonte di cibo. Mentre il processo non è ancora affatto economico, la vanillina prodotta può essere etichettata come naturale perché non è sintetizzata direttamente da sostanze chimiche, e può essere prodotta in modo sostenibile su larga scala.

Cibi impossibili

Il professore di Stanford Dr. Patrick Brown ha visto un'opportunità per rivoluzionare l'industria alimentare introducendo gustosi imitatori di prodotti a base di carne fatti interamente da materiali vegetali sostenibili. Dopo aver scoperto che il sapore del sangue, una componente importante del sapore della carne che manca nella maggior parte dei sostituti vegetariani della carne, potrebbe essere replicato utilizzando una proteina eme contenente ferro che si trova nella soia, ha fondato Cibi impossibili nel 2011 per commercializzare prodotti di carne alternativi con un vero sapore simile alla carne. La proteina eme, conosciuta come legemoglobina, è strutturalmente legata all'emoglobina che si trova nelle cellule del sangue umano e animale. Lui e il suo giovane team hanno capito che l'estrazione della legemoglobina sarebbe stata commercialmente impossibile a causa delle basse concentrazioni che si trovano naturalmente nelle radici della soia. Tuttavia, il mimico al sapore di sangue potrebbe essere coltivato in vasche di fermentazione incorporando i geni di sintesi nei lieviti, il che ha permesso all'azienda di scalare con successo i loro processi di produzione. Mentre Impossible Foods marcia per sostituire gli hamburger in tutto il paese con le loro polpette a base vegetale, un ristorante alla volta, questi lieviti transgenici continueranno ad essere una fonte importante della loro "salsa segreta".

Funghi bianchi a bottone antibruciore

CRISPR è la nuova tecnologia di editing genetico utilizzata in tutto il mondo sia in ambito accademico che industriale. Recentemente, la tecnologia CRISPR è stata utilizzata da ricercatori della Pennsylvania State University per modificare i geni responsabili dell'imbrunimento nei funghi a bottone bianco. In un fungo di tipo selvatico, l'enzima polifenolo ossidasi (PPO) causa l'imbrunimento quando i tessuti tagliati e ammaccati sono esposti all'aria, portando a un aspetto sgradevole. Ma il metodo CRISPR può eliminare i geni specifici che codificano per la sintesi di PPO e ridurre l'imbrunimento nei funghi a bottone bianco alterati di 30%. Poiché l'uso di CRISPR non produce un organismo contenente DNA estraneo, i funghi sono stati in grado di aggirare i regolamenti tipici riservati agli OGM dall'USDA. Come tale, questo metodo apre infinite possibilità nell'editing genico per gli alimenti vegetali senza le stesse restrizioni imposte ad altri prodotti OGM.

Ginkgo Bioworks

Conosciuto anche come "The Organism Company", Ginkgo Bioworks è una startup con sede a Boston che sta aprendo nuovi orizzonti nel crescente campo delle biotecnologie alimentari. Si sono prefissati di produrre importanti prodotti chimici di base utilizzati per aromi, cibi e profumi attraverso il processo di fermentazione. Costruendo lieviti progettati attraverso una combinazione di ingegneria genetica e automazione robotica, il team di Ginkgo Bioworks è in grado di creare e vagliare migliaia di microbi geneticamente modificati, quindi selezionare i candidati ad alto rendimento per produrre aromi su scala commerciale. Di nuovo, a differenza degli aromi sintetici prodotti da prodotti petrolchimici, i composti aromatici prodotti da lieviti geneticamente modificati possono essere etichettati come naturali, il che permette alle aziende di aromi di offrire prodotti aromatici naturali a una frazione del costo rispetto a quelli estratti dalle colture. L'azienda è attualmente in partnership con le principali aziende di aromi Kerry, Robertet, Amyris e Ajinomoto per continuare lo sviluppo degli aromi naturali.

Nuovo raccolto

Synthetic biology isn’t just for flavors and additives.  The members of Nuovo raccolto sogno di produrre prodotti di carne completamente sostenibili usando solo cellule coltivate in una capsula di Petri, e pastore nel campo dell'agricoltura cellulare. Usando la stessa tecnologia per coltivare tessuti e organi per scopi biomedici, il team di New Harvest sta lavorando allo sviluppo di metodi per coltivare cellule animali in carne commestibile per il consumo umano. Attraverso partnership con gruppi accademici in tutto il mondo, New Harvest sta sostenendo la ricerca su una serie di prodotti, tra cui manzo, pollo, tacchino, latte, uova e maiale. Mentre alcuni di questi materiali alimentari sono stati coltivati con successo in una capsula di Petri su scala di laboratorio, la sfida principale è sostituire il costoso mezzo di crescita usato nei processi attuali con alternative più economiche e sostenibili.

Probiotici CRISPR commestibili

Scienziati dell'alimentazione all'Università del Wisconsin-Madison hanno dimostrato di poter consegnare CRISPR attraverso prodotti alimentari per istruire i batteri resistenti agli antibiotici a morire. resistente ai trattamenti Clostridium difficile è responsabile di un tipo di infezione intestinale fatale che può diffondersi rapidamente in ambienti ospedalieri e clinici. Utilizzando un comune probiotico batterico come un dispositivo di consegna vivente in forma di pillola, il laboratorio van Pijkeren sta sviluppando un virus che infetta selettivamente C. difficile with a CRISPR message that causes enzymatic cuts in the bacterial genome.  These slices in the DNA result in the death of the bacteria.  The advantage of the probiotic over conventional antibiotics is its selective ability to kill only this one type of bacteria, leaving beneficial bacteria intact in their human host to continue serving as an immune barrier against other infectious bacteria.  While still in its early stages, the technology shows promise as a potential tool in the growing arsenal against drug-resistant infections that continue to stress the resources of the medical community.

Mentre esiste ancora una controversia sul beneficio finale della tecnologia di modificazione genetica a lungo termine, con preoccupazioni di sicurezza intorno al suo effetto sulla biodiversità delle colture, la biosintesi di prodotti collaterali allergenici e il trasferimento di geni di resistenza agli antibiotici a microrganismi nocivi, è chiaro che la biotecnologia continuerà ad essere un potente strumento che modella il nostro cibo e la nostra salute in un futuro lontano.

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Bryan Le è uno scienziato alimentare che vive negli Stati Uniti e aiuta le startup e gli imprenditori del settore alimentare a sviluppare prodotti pronti per lo scaffale. Consultalo qui.
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