Norske forskere har utviklet ny metode for å dyrke proteiner

Forskere ved NMBU har utviklet en helt ny metode for å dyrke proteiner i laboratoriet. Det nye proteinproduktet har allerede vært gjennom en småskala test som fiskefôr, og snart skal forskerne undersøke om det kan brukes som en komponent i labdyrket kjøtt.

– Som samfunn har vi store utfordringer med dagens matproduksjon. Den fører til høye klimagassutslipp og vi bruker mye areal og vann på å produsere mat, sier Marte Mølsæter Maråk. Hun har skrevet doktorgrad om den nye metoden for å dyrke proteiner.

Trengs mye fôr for å produsere kjøtt

For nettopp proteiner er svært ressurskrevende å få fram i naturen. Det trengs mye korn for å lage kjøtt. Det kan kreve opp mot 9 kilo fôr å produsere 1 kilo biff.

Marte og kollegaene hennes har derfor utviklet en alternativ metode for å produsere proteiner til mat og dyrefôr, og forsøkene har gitt lovende resultater. 

– Det er mange fordeler med å bruke mikroorganismer som bakterier til dette. Bakteriene har et veldig høyt proteininnhold. De kan inneholde så mye som 80 prosent protein, i tillegg til viktige vitaminer, mineraler og fettsyrer. De krever lite plass å produsere, er ikke avhengig av klima og sesong, og kan dyrkes på mange måter, for eksempel ved bruk av restråstoff som ellers ville vært kastet som avfall, forklarer hun.

Avhengige av oksygen

Labdyrkede proteiner brukes allerede i noe dyrefôr og enkelte vegetarprodukter til mennesker. På 60- og 70-tallet ble det forsket mye på bruken av mikroorganismer som proteinkilde, men det ble lagt vekk fordi produksjonen ble for kostbar sammenlignet med billigere proteinkilder som soya.

I dag er det større oppmerksomhet rundt behovet for en mer miljøvennlig måte å produsere proteiner. Forskningsmiljøer over hele verden forsøker å finne nye løsninger for å redusere belastningen av matproduksjon.

– En av de største utfordringene med dagens metoder for lab-dyrking av mikroorganismer, er avhengigheten av oksygen. Det er mange utfordringer knyttet til det, sier Marte.

Når bakteriene «puster» oksygen, må oksygenet tilføres som gass til beholderen hvor bakteriene dyrkes i væske. Det er kostbart og utfordrende å tilføre oksygengassen til væsken. Denne metoden kan også føre til at bakteriene produserer uønskede biprodukter.  

NMBU-forskerne har derfor utviklet en metode hvor de bruker bakterier som ikke er avhengig av oksygen for å vokse. Det er første gang man har lykkes i å dyrke bakterier til veldig høy tetthet uten oksygen.

– Metoden baserer seg på noe som kalles denitrifikasjon. Dette er en prosess hvor bakteriene «puster» nitrogenforbindelser i stedet for oksygen. Nitrogenet kan tilføres løst i væske og vi unngår derfor utfordringene og kostnadene knyttet til oksygentilførsel, sier Maråk.

Ved hjelp av en bioreaktor klarte forskerne å dyrke opp bakterien Paracoccus pantotrophus til høy tetthet uten tilførsel av oksygen. Omtrent 75 prosent av biomassen som ble produsert i forsøkene bestod av protein.

– Denne metoden kan derfor brukes til produksjonen av mikrobielt protein fordi høytetthetsdyrkning er viktig for å få en økonomisk gunstig prosess, sier hun.

Fredagstaco med bakterie-proteiner?

NMBU-forskerne publiserte høsten 2024 en såkalt proof of concept-artikkel som viser at den oksygen-frie metoden fungerer. De jobber nå med å forbedre prosessen videre og å finne fram til nye typer bakterier og vekstmedier som kan brukes.

I første omgang ser de for seg at det mikrobielle proteinet kan brukes i dyrefôr. I så fall vil det kunne erstatte noe av soyaen som i dag importeres fra Brasil.

– Vi har gjort tester med fiskefôr, og det har fungert veldig bra, sier Maråk.

Metoden kan også brukes til å produsere menneskemat. Forskerne har sendt inn biomasse til testing hos Nofima for å se om det kan brukes i dyrket kjøttproduksjon. Da skal det mikrobielle proteinet brukes som næring for muskelcellene som dyrkes fram og blir til det som kan kalles «lab-kjøtt».

– I teorien skal det være helt trygt å bruke dette som menneskemat. Vi bruker ikke sykdomsfremkallende bakterier og de produserer ingen farlige stoffer. Men det er nok en høyere terskel å venne seg til tanken på å skulle spise dette selv, til tross for at vi allerede spiser melkesyrebakterier gjennom yoghurt og ost, for eksempel.  

Maråk mener det først vil være snakk om mikrobielt protein i pulverform, som vil kunne brukes til baking eller til kosttilskudd som proteinpulver.

– Det er fortsatt tidlig i prosessen, men vi håper at den nye metoden vi har utviklet kan bidra til en mer bærekraftig matproduksjon i fremtiden, sier hun.

Kilder:

• High cell density cultivation by anaerobic respiration. Maråk, M.M., Kellermann, R., Bergaust, L.L. et al.  Microbial Cell Factories 23, 320 (2024). https://doi.org/10.1186/s12934-024-02595-8
• “Recent advances in single cell protein use as a feed ingredient in aquaculture,” Shawn W Jones, Alon Karpol, Sivan Friedman, Biniam T Maru, Bryan P Tracy, (2020), Current Opinion in Biotechnology, Science Direct

OM STIPENDIATEN:

Marte Mølsæter Maråk

• Marte Mølsæter Maråk har skrevet doktorgrad ved NMBUs fakultet for kjemi, bioteknologi og matvitenskap.
• Tittel på avhandlingen på norsk og engelsk: Utvikling av anaerob høytetthetsdyrking for bærekraftig produksjon av mikrobielt protein ved hjelp av denitrifikasjon, Development of anaerobic high cell density cultivation for sustainable single-cell protein production using denitrification
• Hovedveileder: Førsteamanuensis Linda Liberg Bergaust
• Tidligere utdanning: Industriell kjemi og bioteknologi – masterstudium 5-årig (sivilingeniør) på NTNU

Var medveileder for årets beste mastergrad på NMBU i 2023