Đây là lần đầu tiên việc sản xuất protein từ than có tính khả thi về kinh tế, bởi việc tạo ra protein bằng cách sử dụng metanol có nguồn gốc từ than vừa rẻ tiền vừa hiệu quả cao.

Nhu cầu protein tăng

Do dân số toàn cầu ngày càng tăng, nhu cầu về thực phẩm cũng leo thang, từ đó dẫn đến nhu cầu ngày càng lớn về protein để sử dụng trong thức ăn chăn nuôi. Đặc biệt, Trung Quốc đang phải đối mặt với tình trạng thiếu nguồn protein trầm trọng.

Dù dẫn đầu thế giới về nuôi lợn và thủy sản trong nhiều năm, Trung Quốc vẫn phụ thuộc nhiều vào đậu nành nhập khẩu làm thức ăn chăn nuôi, với lượng nhập khẩu hằng năm khoảng 100 triệu tấn và tỉ lệ phụ thuộc vượt quá 80%.

Do đó, việc sản xuất protein chất lượng cao nhanh chóng, hiệu quả rất quan trọng. Và giải pháp hứa hẹn nhất nằm ở công nghệ sinh học tổng hợp.

Chỉ có một số cách để tổng hợp protein sinh học. Cách đơn giản nhất là chuyển đổi các sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp thành các sản phẩm protein có giá trị cao hơn thông qua quá trình biến đổi vi sinh vật. 

Tuy nhiên, những sản phẩm phụ này thường có nguồn cung và chất lượng không ổn định, khiến sản xuất công nghiệp gặp nhiều khó khăn.

Một cách tiếp cận khác liên quan đến quá trình lên men công nghiệp, chẳng hạn sử dụng methanol có nguồn gốc từ than làm nguyên liệu thô.

Đây là những gì các nhà khoa học từ Viện Công nghệ sinh học công nghiệp Thiên Tân, thuộc Viện Khoa học Trung Quốc (CAS), đang nghiên cứu.

"Than, với trữ lượng toàn cầu khoảng 1,07 ngàn tỉ tấn, có thể được chuyển đổi thành methanol thông qua quá trình khí hóa than", tờ South China Morning Post dẫn bài viết của giáo sư Wu Xin đứng đầu nghiên cứu, đăng trên tạp chí China Science Bulletin.

Nhóm của ông hiện đã phát triển được công nghệ sản xuất protein rẻ hơn so với quá trình tổng hợp protein sinh học truyền thống. Những phát hiện này được bình duyệt vào ngày 17-11-2023.

Lựa chọn men

Chủng men Pichia pastoris (P. pastoris), được sử dụng trong quá trình này, sinh sôi nhờ methanol. Nhưng vì methanol độc hại và có quá trình chuyển hóa phức tạp nên hiệu quả tạo ra methanol không cao.

"Nghiên cứu tổng hợp protein tế bào từ metanol bắt đầu từ những năm 1980, tập trung chủ yếu vào việc lựa chọn chủng men và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Tuy nhiên, do chi phí cao, các sản phẩm protein tổng hợp từ methanol không thể cạnh tranh với protein đậu nành và chưa được sản xuất trên quy mô lớn", ông Wu chia sẻ.

Để giải quyết vấn đề, nhóm của ông đã thu thập hơn 20.000 mẫu men từ các vườn nho, rừng và vùng đầm lầy trên khắp Trung Quốc. Từ những mẫu đó, họ đã xác định được các chủng có khả năng sử dụng hiệu quả các loại đường và rượu khác nhau làm nguồn carbon.

Và bằng cách loại bỏ một số gene trong chủng Pichia pastoris hoang dã, họ đã tạo ra một loại men có khả năng chịu được metanol và hiệu quả trao đổi chất được cải thiện đáng kể. 

Kỹ thuật này đã thúc đẩy mục tiêu chuyển đổi metanol thành protein.

Về lý thuyết, hiệu suất chuyển đổi methanol thành protein đạt 92%, theo báo cáo. Tỉ lệ chuyển đổi cao khiến phương pháp sản xuất protein này rất hấp dẫn về mặt kinh tế.

Theo các nhà khoa học Trung Quốc, phương pháp tạo ra protein này không cần đất canh tác, không bị ảnh hưởng bởi mùa vụ và khí hậu, đồng thời hiệu quả gấp hàng ngàn lần so với các phương pháp nông nghiệp truyền thống.

"Hơn nữa, hàm lượng protein trong vi sinh vật dao động 40 - 85%, cao hơn đáng kể so với thực vật tự nhiên", ông Wu giải thích. Ngoài ra, những sinh vật này cũng chứa đầy đủ các axit amin, vitamin, muối vô cơ, chất béo và carbohydrate, cho phép chúng thay thế một phần bột cá, đậu nành, thịt...