Khám Phá Tiềm Năng Của Xà Lách Trong Việc Tạo Ra Protein Động Vật

Biến thực vật thành nguồn cung protein động vật

Để khắc phục những hạn chế về tài nguyên trong ngành chăn nuôi, các nhà khoa học tại Đại học Hoàng gia London đã phát triển một công nghệ sinh học tiên tiến giúp xà lách và cây thuốc lá trở thành những nhà máy sản xuất myoglobin – loại protein quyết định màu sắc và hương vị của thịt heo cũng như thịt bò.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Frontiers in Plant Science đã chỉ ra rằng, nhờ việc cấy gen myoglobin từ heo vào bộ gen của lục lạp, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc đạt được tỷ lệ tích tụ protein khoảng 2,7% ở cây thuốc lá và 1,5% ở cây xà lách. Alexia Groff, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết đây lần đầu tiên loài thực vật bậc cao được chứng minh có khả năng sản xuất myoglobin một cách ổn định.

Myoglobin không chỉ là một protein quan trọng giúp lưu trữ oxy mà còn mang sắt heme, tạo nên màu đỏ đặc trưng cho thịt. Sắt heme trong myoglobin rất dễ hấp thụ, cung cấp hương vị đặc biệt và vị ngon cho các món ăn từ thịt động vật.

Lợi thế từ việc tích hợp gen vào lục lạp

Trong quá khứ, sản xuất protein động vật nhân tạo thường phải dựa vào quy trình lên men từ vi khuẩn hoặc nấm men. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã tìm ra một phương pháp mới – tích hợp gen vào lục lạp, nơi diễn ra quá trình quang hợp của thực vật, để tạo ra myoglobin.

Việc sản xuất myoglobin trong lục lạp, nơi có sự hiện diện của nhóm heme, đã tạo ra một môi trường sinh hóa thuận lợi. Các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ súng bắn gen để đưa DNA vào tế bào lá và thực hiện quá trình chọn lọc để thu được cây chuyển gen ổn định.

Các thử nghiệm cho thấy lượng myoglobin sản xuất trong lục lạp cao gấp ba lần so với phương pháp cấy gen vào nhân tế bào truyền thống, vượt xa mức dưới 0,25% từng ghi nhận từ vi tảo Chlamydomonas reinhardtii. Theo trọng lượng khô, sản lượng myoglobin đạt tới 800±110 mg/kg ở cây thuốc lá và 810±60 mg/kg ở cây xà lách.

Đặc biệt, cây trồng chuyển gen vẫn phát triển, ra hoa, kết hạt bình thường và truyền lại khả năng tạo protein cho thế hệ tiếp theo. Thành công trong việc thử nghiệm trên xà lách, một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, mở ra cơ hội bổ sung protein động vật vào thực phẩm mà không cần qua quy trình tinh chế phức tạp.

Thách thức kỹ thuật và thương mại

Dù đã tạo ra một bước tiến đáng kể về sản lượng, nghiên cứu cũng chỉ ra những thách thức trong việc kết hợp heme. Chỉ khoảng 35% myoglobin được tạo ra từ cây thuốc lá có khả năng kết hợp với heme thành dạng có chức năng đầy đủ, thấp hơn nhiều so với mức 80% khi sản xuất bằng vi khuẩn E. coli.

Sự xuất hiện của myoglobin trong cây thuốc lá kích thích tăng cường sản xuất heme, nhưng nguồn cung vẫn chưa đủ do cạnh tranh với diệp lục. Giải pháp cho vấn đề này có thể bao gồm tăng cường biểu hiện enzyme ferrochelatase 1 (FC1) hoặc bổ sung axit 5-aminolevulinic (ALA).

Hơn nữa, hàm lượng myoglobin trong thực vật vẫn thấp hơn khoảng 10 lần so với protein trong thịt động vật tự nhiên. Đưa công nghệ này từ phòng thí nghiệm vào ứng dụng thực tế đòi hỏi quá trình kiểm định nghiêm ngặt về an toàn thực phẩm, cùng với việc đánh giá hương vị và màu sắc khi sản phẩm được chế biến.