کشت اسپیرولینا توسط محققان: میزان ویتامین B۱۲ فعال آن با گوشت گاو برابر شد

به طور خلاصه، این یک پیروزی برای مهندسی زیستی است: یک تیم تحقیقاتی چندملیتی با موفقیت جلبک اسپیرولینا را وادار کرده است تا ویتامین B۱۲ فعال بیولوژیکی را در سطوحی معادل گوشت گاو، تنها با استفاده از نور کنترل‌شده، تولید کند.[1][3]

داده‌های این پروژه چشمگیر است. آزمایش‌های آزمایشگاهی این زیست‌توده تازه کشت‌شده نشان می‌دهد که حاوی ١/٦٤ میکروگرم ویتامین B۱۲ فعال در هر ١٠٠ گرم پودر خشک است.[1]

برای درک بهتر، برش‌های استاندارد گوشت گاو معمولاً بین ٠/٧ تا ١/٥ میکروگرم از این ویتامین را در هر ١٠٠ گرم تولید می‌کنند. جلبک مهندسی‌شده نه تنها با این خروجی برابری می‌کند، بلکه کمی از آن فراتر می‌رود و جایگزینی با ردپای کربن صفر برای یکی از پرمصرف‌ترین منابع غذایی سیاره ارائه می‌دهد.[1][4]

برای درک اهمیت این موضوع، باید به مکانیسم‌های تغذیه جهانی نگاه کرد. ویتامین B۱۲، یا کوبالامین، برای سنتز DNA، تشکیل گلبول‌های قرمز و عملکرد عصبی ضروری است.

از آنجایی که بدن انسان نمی‌تواند آن را تولید کند، ویتامین باید از طریق غذا مصرف شود. با این حال، این ویتامین تقریباً به طور انحصاری در محصولات حیوانی یافت می‌شود و گیاه‌خواران، وگان‌ها و جمعیت‌هایی که دسترسی محدودی به گوشت دارند را بسیار آسیب‌پذیر می‌کند.[2][4]

در حال حاضر بیش از یک میلیارد نفر در سراسر جهان از سطوح پایین ویتامین B۱۲ رنج می‌برند. کمبود شدید می‌تواند منجر به کم‌خونی، آسیب عصبی غیرقابل برگشت و تأخیر در رشد نوزادان شود.[1]

اسپیرولینا، یک سیانوباکتریوم آبی-سبز، مدت‌هاست که به عنوان یک ابرغذا با تراکم مواد مغذی بالا و قادر به پر کردن این شکاف به بازار عرضه می‌شود. اما شواهد به طور مداوم یک مشکل بیولوژیکی عمده را نشان داده‌اند.[3]

اسپیرولینای معمولی ترکیبی به نام شبه‌ویتامین B۱۲ یا کوبامید تولید می‌کند. در حالی که شبه-B۱۲ از نظر ساختاری شبیه به ویتامین فعال است، توسط سلول‌های انسانی قابل جذب یا متابولیزه شدن نیست.[2]

این محدودیت از لحاظ تاریخی اسپیرولینا را به عنوان یک منبع اصلی B۱۲، با وجود محتوای پروتئین و آهن بالا، بی‌فایده کرده بود. تحقیقات جدید، به رهبری دکتر آصف تزاخور در دانشگاه رایشمن، مستقیماً این مانع را از میان برمی‌دارد.[1]

این تیم از اصلاح ژنتیکی برای تغییر جلبک استفاده نکرد. در عوض، آن‌ها به فرآیندی به نام مدیریت فوتونیک در داخل فتوبیوراکتورهای بسته در ایسلند متکی بودند.[3][4]

محققان با تنظیم دقیق طیف‌های نوری خاص LED، به سیانوباکتریوم فشار وارد کرده و مسیرهای متابولیک بومی آن را تغییر دادند. این فشار محیطی جلبک را مجبور کرد تا متیل‌کوبالامین را سنتز کند—شکل فعال ویتامین که انسان‌ها به راحتی می‌توانند جذب کنند.[2]

خلوص محصول مهم‌ترین یافته این مطالعه است. بیش از ٩٨ درصد از ویتامین B۱۲ اندازه‌گیری شده در اسپیرولینای کشت‌شده در شکل فعال آن بود و به طور مؤثری مشکل شبه-B۱۲ را که سویه‌های معمولی را آزار می‌دهد، از بین برد.[2]

علاوه بر این، تغییر متابولیک بسیار پایدار بود. تیم تحقیقاتی فتوبیوراکتورها را به مدت نُه ماه به طور مداوم اداره کرد و نشان داد که مشخصات تغذیه‌ای تغییر یافته جلبک در طول زمان ثابت باقی می‌ماند.[2]

ردپای زیست‌محیطی این روش تولید عملاً صفر است. تأسیسات ایسلندی به طور کامل توسط انرژی زمین‌گرمایی و برق‌آبی تأمین می‌شود و جلبک در حال رشد به همان اندازه که فرآیند کشت دی‌اکسید کربن منتشر می‌کند، آن را به دام می‌اندازد.[4]

با این حال، بسته شواهد محدودیت‌های مشخصی دارد. داده‌های فعلی کاملاً متکی بر آزمایش‌های آزمایشگاهی زیست‌توده خام است و تنها ثابت می‌کند که ویتامین فعال در جلبک وجود دارد.[3]

آنچه ثابت نشده باقی مانده، نرخ واقعی جذب انسانی است. محققان هنوز آزمایش‌های بالینی در مقیاس بزرگ را منتشر نکرده‌اند که نشان دهد روده انسان این B۱۲ متصل به جلبک را در مقایسه با خوردن گوشت یا مصرف مکمل‌های مصنوعی با چه کارایی استخراج و استفاده می‌کند.[1][3]

همچنین بحث توجیه اقتصادی مطرح است. در حالی که محققان مدل‌سازی می‌کنند که تخصیص مجدد بخشی از برق صنایع سنگین به این بیوراکتورها می‌تواند نیازهای B۱۲ میلیون‌ها نفر را برآورده کند، فتوبیوراکتورها به سرمایه‌گذاری اولیه قابل توجهی نیاز دارند.[2][4]

نگهداری نورپردازی دقیق LED و کنترل دما پرهزینه است. هنوز مشخص نیست که آیا این اسپیرولینای با فناوری پیشرفته می‌تواند در برابر قرص‌های B۱۲ مصنوعی ارزان قیمت و تولید انبوه، به ویژه در کشورهای در حال توسعه که نرخ کمبود در آن‌ها بالاترین است، رقابتی باشد یا خیر.

با وجود این ناشناخته‌ها، این پیشرفت نشان‌دهنده یک تغییر اساسی در بیوتکنولوژی است. این امر ثابت می‌کند که مشخصات تغذیه‌ای میکروارگانیسم‌ها را می‌توان صرفاً از طریق ورودی‌های محیطی به طور ریشه‌ای ارتقا داد.[1]

با تبدیل یک مکمل محبوب اما ناقص به یک منبع واقعی از یک ماده مغذی کمیاب، این تحقیق یک طرح اولیه عملی و با ردپای کربن صفر برای پر کردن شکاف بین رژیم‌های غذایی گیاهی و زیست‌شناسی ضروری انسان ارائه می‌دهد.[2][4]