Profesora a Tiempor completo
Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química
El proyecto del laboratorio de Vayu Hill-Maini utiliza un conjunto de herramientas de biología sintética modular en la ingeniería de hongos comestibles para mejorar su valor nutricional y atractivo sensorial. Los investigadores desarrollaron un kit de herramientas para Aspergillus oryzae, un hongo comestible utilizado en alimentos fermentados y como alternativa a la carne. Este kit incluye métodos CRISPR-Cas9 para integración génica, loci neutros y promotores ajustables.
Los investigadores utilizaron estas herramientas para aumentar los niveles intracelulares de ergotioneína, un nutracéutico, y de hemo, una molécula que aporta sabor y color, en la biomasa comestible. La cepa que sobreproduce hemo tiene un color rojo y se puede formular fácilmente en hamburguesas vegetarianas con un procesamiento mínimo. Estos hallazgos resaltan el potencial de la biología sintética para mejorar los alimentos fúngicos y proporcionar herramientas genéticas útiles para la producción de alimentos y otras aplicaciones.
El sistema alimentario global es uno de los principales contribuyentes al cambio climático, y la transición hacia métodos de producción más sostenibles, como los procesos microbianos, es crucial para mitigar el impacto ambiental y alimentar a una población en crecimiento. Los hongos filamentosos, que incluyen setas y mohos, son prometedores para la producción de alimentos microbianos debido a su alta capacidad secretora de proteínas y su capacidad para degradar y crecer en sustratos complejos, lo que reduce la dependencia de ingredientes purificados como la glucosa.
Estos avances permiten una mayor eficiencia y control en la ingeniería genética de hongos comestibles, lo que podría llevar a nuevas aplicaciones en la producción de alimentos y otros campos. Entonces a partir de estos hallazgos, cabe preguntarse:
¿Cómo se utiliza el kit de herramientas de biología sintética modular para la ingeniería genética de Aspergillus oryzae?
El kit de herramientas de biología sintética modular para A. oryzae se utiliza para realizar ingeniería genética de manera precisa y eficiente. Este kit incluye varios componentes clave:
Método CRISPR-Cas9: Se emplea para modificar genes con precisión. En lugar de usar plásmidos para expresar Cas9 y los ARN guía (sgRNA), el método involucra la transformación directa de complejos de Ribonucleoproteína (RNPs) formados in vitro a partir de proteína Cas9 y sgRNAs comercialmente disponibles.
Loci neutros: Estos son lugares específicos en el genoma donde se pueden insertar genes de manera predecible y sin afectar las funciones celulares esenciales.
Promotores ajustables: Incluyen promotores bidireccionales y un sistema de expresión sintética que permite una fuerte expresión génica independiente de la composición del medio de cultivo.
Para utilizar el kit de herramientas, los investigadores diseñan experimentos que involucran la integración de genes heterólogos en los loci neutros utilizando el método CRISPR-Cas9. Por ejemplo, en el estudio se utilizó este enfoque para sobreproducir ergotioneína, un potente antioxidante, y para pensar la vía biosintética del hemo para mejorar el sabor y el color de la biomasa fúngica comestible.
¿Cuáles son las implicaciones del uso de filamentos fúngicos en la transición hacia un sistema alimentario más sostenible?
Los filamentos fúngicos, que incluyen setas y mohos, tienen implicaciones significativas en la transición hacia un sistema alimentario más sostenible por varias razones:
Eficiencia de recursos: La producción de alimentos a partir de filamentos fúngicos puede ofrecer una mayor eficiencia en el uso de recursos en comparación con la agricultura animal intensiva. Los hongos pueden crecer en sustratos complejos, como subproductos alimenticios o lignocelulosa, reduciendo la dependencia de ingredientes purificados como la glucosa. Esto disminuye la carga ambiental y los costos asociados con la producción de alimentos.
Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero: La sustitución de parte de la proteína animal por micoproteína fúngica podría reducir las emisiones de metano y la deforestación, con la consiguiente disminución de las emisiones de CO2. Esto es crucial para mitigar el cambio climático.
Seguridad y control de producción: Los procesos microbianos para la producción de alimentos pueden ofrecer un control más preciso sobre la producción, lo que puede mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos.
Reducción del sufrimiento animal: La transición a métodos de producción de alimentos basados en microbios puede reducir el sufrimiento animal asociado con la agricultura industrial.
Versatilidad y comercialización: Los filamentos fúngicos se han utilizado históricamente en alimentos fermentados y ahora se están explorando en productos como alternativas a la carne. La micoproteína, por ejemplo, puede ser formulada para imitar la textura de la carne, ofreciendo una alternativa convincente para los consumidores que buscan reducir su consumo de productos animales.
Potencial para la ingeniería genética: El desarrollo de herramientas de biología sintética para filamentos fúngicos comestibles, como Aspergillus oryzae, permite la modificación genética precisa para mejorar el valor nutricional y el atractivo sensorial de los alimentos fúngicos. Esto podría llevar a nuevos productos alimenticios con perfiles nutricionales mejorados y características sensoriales atractivas.
En resumen, los filamentos fúngicos ofrecen un potencial prometedor para revolucionar el sistema alimentario global, proporcionando alternativas sostenibles a los productos animales y contribuyendo a la reducción del impacto ambiental de la producción de alimentos.
Bibliografía:
Maini Rekdal, V. et al. (2024) ‘Edible mycelium bioengineered for enhanced nutritional value and sensory appeal using a modular synthetic biology toolkit’, Nature Communications, 15(1). doi:10.1038/s41467-024-46314-8.
