Mikrobielle Zellfabriken als Quelle für umweltfreundliche Lebensmittel- und Kosmetikfarben

Trotz jahrzehntelangem Weltbevölkerungswachstum scheint erneut eine globale Nahrungsmittelkrise bevorzustehen. Die Nahrungsmittelproduktivität wurde aufgrund anhaltender anormaler Wetterbedingungen aufgrund des sich verschärfenden Klimawandels erheblich verringert. Darüber hinaus hat sich die globale Lebensmittelversorgungskette aufgrund internationaler Konflikte wie Kriege, zunehmender Nahrungsmittelknappheit und Ernährungsungleichheit rund um den Globus verschlechtert.

Gleichzeitig ist jedoch mit steigendem Bewusstsein für Umwelt und Nachhaltigkeit eine steigende Nachfrage nach umweltfreundlicheren und hochwertigeren Lebensmitteln und Schönheitsprodukten zu beobachten. Aus diesem Grund erregen Mikroorganismen Aufmerksamkeit als Schlüssel zur Bewältigung dieser unterschiedlichen Probleme.

Kyeong Rok Choi, ein Forschungsprofessor des Bioprocess Research Center, und Sang Yup Lee, ein angesehener Professor der Abteilung für Chemie- und Biomolekulartechnik, veröffentlichten einen Artikel mit dem Titel „Metabolic Engineering of Microorganisms for Food and Cosmetics Production“. Nature Reviews Bioengineering.

„Systems Metabolic Engineering“ ist ein Forschungsgebiet, das von Professor Sang Yup Lee vom KAIST entwickelt wurde, um mikrobielle Zellfabriken effektiver zu entwickeln, einem 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 Lebensmittel- und Kosmetikverbindungen produzieren, darunter natürliche Substanzen wie Häm und Zinkprotoporphyrin IX, Verbindungen, die den Geschmack und die Farbe synthetischer Produkte verbessern können Fleisch; Lycopin und β-Carotin, funktionelle natürliche Pigmente, die in Lebensmitteln und Kosmetika vielfältig eingesetzt werden können; und Methylanthranilat, eine aus Trauben gewonnene Verbindung, die häufig verwendet wird, um der Lebensmittel- und Getränkeherstellung Traubengeschmack zu verleihen.

In diesem Artikel behandelte das Forschungsteam bemerkenswerte Fälle mikrobieller Zellfabriken, die Aminosäuren, Proteine, Fette und Fettsäuren, Vitamine, Aromen, Pigmente, Alkohole, funktionelle Verbindungen und andere Lebensmittelzusatzstoffe und Kosmetika produzieren können.

Darüber hinaus organisierte und präsentierte das Papier Strategien zur systemischen Stoffwechseltechnik, die die Entwicklung industrieller mikrobieller Zellfabriken vorantreiben können, die auf umweltfreundliche und wirtschaftliche Weise vielfältigere Lebensmittel- und Kosmetikverbindungen herstellen können.

Beispielsweise könnte die Produktion von Proteinen oder Aminosäuren mit hohem Nährwert aus nicht essbarer Biomasse, die als Tierfutter oder Dünger verwendet wird, durch den mikrobiellen Fermentationsprozess zu einer Steigerung der Produktion und einer stabilen Versorgung mit Nahrungsmitteln auf der ganzen Welt beitragen. Darüber hinaus könnte die Entwicklung lebensfähigerer Fleischalternativen, die die Abhängigkeit von tierischem Eiweiß weiter verringern, 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, sodass in den meisten Fällen petrochemische Substanzen daraus 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) – 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 entstehen Säuren (die häufig als Nahrungsergänzungsmittel konsumiert werden, aber nur in Omega-3-Fettsäuren enthalten sind, die aus Hai- oder Fischleber gewonnen werden) können ebenfalls gelöst werden, wenn sie auf umweltfreundliche Weise mithilfe von Mikroorganismen hergestellt werden können.

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.“

Sang Yup Lee sagte: „Es ist die Mission der Ingenieure, die Welt mithilfe von Wissenschaft und Technologie zu einem besseren Ort zu machen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung und der aktive Einsatz von Systemen zur Stoffwechseltechnik werden wesentlich zur Linderung und Lösung der Probleme beitragen, die sich aus der Nahrungsmittelkrise und dem Klima ergeben.“ ändern.“