Vores fødevareproduktion er alt for klimabelastende, og én af løsningerne findes i mælkeprotein produceret af svampe med en teknologi, der kaldes præcisionsfermentering.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder
(læs originalartiklen her)
Af Christian E. Rusbjerg-Weberskov, Mikael Terp og Mette Lübeck, Institut for Kemi og Biovidenskab, Aalborg Universitet
Proteiner er en essentiel del af vores kost, og størstedelen af de proteiner, vi spiser, kommer fra kød og animalske kilder. Disse animalske proteinkilder har en stor klimabelastning, og derfor er det nødvendigt at finde alternative proteinkilder. Ved at kombinere svampe, moderne genteknologi og store ståltanke kan man ved præcisionsfermentering producere animalske proteiner uden dyr og med mindre klimaaftryk.
Fødevareproduktionen står over for en transition
Vi ser ind i en stigende befolkningstilvækst på kloden og dermed en stigende efterspørgsel på fødevarer. Vores nuværende fødevareproduktion har i forvejen et markant klimaaftryk, idet det bidrager med 30 procent af den totale drivhusgasudledning på verdensplan [1].
Læg dertil, at kødforbruget er stigende på verdensplan, hvilket øger klimabelastningen fra fødevaresektoren yderligere, samtidig med at dyrkbart landbrugsareal reduceres på grund af klimaforandringer. For at lykkes med den grønne omstilling skal der derfor foretages nogle markante ændringer i vores fødevareproduktion. Én af disse ændringer vil formentlig være, at proteiningredienser i fremtiden fremstilles af mikroorganismer i ståltanke ved præcisionsfermentering fremfor at komme fra mælk og æg.
Den rigtige slags protein
I fødevareindustrien har man ofte valleproteiner og æggehvideproteiner stående på hylderne som vigtige ingredienser i en lang række fødevarer. Disse ingredienser bidrager til at give den rette tekstur i form af emulsion (for eksempel i pølser, ost og dressinger) samt skum og gelering (for eksempel i desserter, kager og bagværk). Dette er altså to typer protein med meget eftertragtede funktionelle egenskaber, som langtfra findes hos alle proteiner. Udover de funktionelle egenskaber har både valleproteiner og æggehvideproteiner en høj næringsværdi, da de både er let fordøjelige og har et højt indhold af essentielle aminosyrer. Med andre ord er det ikke tilfældigt, at det netop er disse proteiner, der står på hylderne i fødevareindustrien. Da begge proteiner – indtil nu – er af animalsk oprindelse, har de et stort klimaaftryk. I fremtiden vil de samme proteiner dog kunne produceres med et meget lavere klimaaftryk af mikroorganismer ved hjælp af præcisionsfermentering.
Svampe bliver de nye ”produktionsdyr”
Den ideelle mikroorganisme til præcisionsfermentering skal kunne trives i en flydende kultur i en bioreaktor, kunne producere en stor mængde protein og skal kunne modificeres med moderne genteknologi. Disse kriterier opfyldes af filamentøse svampe, også kaldet skimmelsvampe, som allerede i dag bruges industrielt til produktion af blandt andet enzymer, citronsyre og lægemidler [2]. Også til proteinproduktion præsterer bestemte typer af filamentøse svampe bedre end bakterie og gær, som også er under lup som ”produktionsdyr” til præcisionsfermentering.
For at få svampen til at producere et bestemt protein, som for eksempel valleproteinet beta-lactoglobulin fra ko, skal genet kodende for dette protein indsættes i svampens genom (figur 1). Det elegante ved biologien er, at gener er skrevet med det samme sprog, uanset om det kommer fra ko, svampe eller noget helt tredje, og derfor kan et gen fra en ko oversættes af svampen til et protein identisk med det, vi finder i mælk – det er, hvad der i biologien er døbt det centrale dogme.
Mange knapper at skrue på
Selvom det lyder avanceret at indsætte et gen fra en ko i svampens genom, så er den største opgave i selve konstrueringen af en produktionsstamme. Det er nemlig en umådelig kompleks opgave at instruere svampen i og tilpasse den til at producere proteinet i store mængder. De knapper, der skal skrues på, består blandt andet af indsættelse af flere kopier af genet, korrekt valg af promoter til at styre udtrykket af proteinet, og fjerne svampens ekstracellulære proteaser, som er enzymer, der nedbryder proteiner, for netop at forhindre nedbrydelse af proteinet. Derudover skal der slukkes for svampens produktion af irrelevante ekstracellulære proteiner og tilpasse svampens morfologi til optimal ydeevne i bioreaktorer, som er ståltanke, hvori selve proteinproduktionen foregår [2,3].
Flere kopier af genet vil tillade et højere udtryk, simpelthen fordi genet fysisk skal tilgås af transkriptionsfaktorer og RNA polymerase for at lave mRNA-kopier af genet, som kan oversættes af ribosomerne til proteinet.
Promoteren er det DNA-element, der styrer, hvornår og hvor meget et gen bliver udtrykt og er placeret lige foran selve genet. Ved præcisionsfermentering ønskes typisk en promoter, der enten giver et konstant højt genudtryk eller inducerer højt genudtryk under kontrollérbare betingelser. Hvor finder man så sådan en promoter? Der findes biblioteker over kendte promotere med højt genudtryk fra de mest studerede svampe, for eksempel glaA promoteren fra Aspergillus niger, der dirigerer en høj produktion af det stivelsesnedbrydende enzym glucoamylase A. Alternativt leder man efter højt udtrykte gener i den valgte produktionssvamp under de ønskede betingelser, identificerer genet, lokaliserer promoteren og låner promoteren til at styre udtrykket af det protein, der skal produceres. Genomsekventering, bioinformatiske værktøjer og moderne genteknologi tillader, at man kan kopiere og indsætte stykker af DNA for at opnå de egenskaber, man ønsker.
Filamentøse svampe får deres næring ved at optage sukker og nitrogen, hvis det er tilgængeligt i en form, der kan optages. Hvis det ikke er tilfældet, udskiller svampene proteaser, amylaser, cellulaser og andre hydrolytiske enzymer for at nedbryde hhv. proteiner, kulhydrater, fibre og andre makromolekyler i omgivende substrater til aminosyrer og sukker, som derefter kan optages som næring. Ved præcisionsfermentering er det et problem at have ekstracellulære proteaser side om side med det protein, man ønsker at producere – proteinet ender simpelthen med at blive klippet i stykker. De øvrige enzymer er overflødige for svampen i bioreaktoren og produceres ofte i store mængder, hvorved de optager for meget af svampens totale produktionskapacitet. Derfor bruger man moderne genteknologi til at forhindre produktion af proteaser og andre højt udtrykte enzymer – man udfører gen knockout [4].
I en bioreaktor vokser forskellige filamentøse svampe med forskellig morfologi. Nogle vokser som små bolde og andre som heterogene filamentøse klumper (figur 2). Knockout af gener involveret i syntese af cellevæggen kan bruges til at ændre svampens morfologi og tilpasse den til optimal proteinproduktion [5].
En generel udfordring er derudover at reproducere størrelsen af det udbytte, man opnår i laboratorieskala, når man skalerer fermenteringen fra rystekolber og mindre bioreaktorer på milliliter- og literniveau til industriel skala på hundredvis af liter (figur 3).
Præcisionsfermentering nu og i fremtiden
Allerede i dag findes der virksomheder, som anvender filamentøse svampe til at producere præcisionsfermenterede proteiner. Franske Verley anvender Aspergillus oryzae til produktion af valleproteinet beta-lactoglobulin1, og det finske Onego Bio anvender Trichoderma reseei til produktion af æggehvideproteinet ovalbumin2. Onego Bio er netop i gang med at opføre et anlæg i USA, der kan producere ovalbumin i en størrelsesorden svarende til æggehvider fra seks millioner høns. Vi kan altså forvente, at vi i fremtiden kommer til at spise svampeproduceret animalsk protein.
Ved at erstatte produktionsdyr med præcisionsfermentering opnås en enorm besparelse i både drivhusgasudledning og landbrugsareal, som der i dag i høj grad benyttes til produktion af dyrefoder. Der ligger dog en yderligere klimamæssig besparelse og venter i en kommende generation af præcisionsfermentering, hvor svampenes foder bliver mere bæredygtigt. For hvad fodres svampene egentlig med, når de vokser i bioreaktoren og producerer fremtidens ikke-animalske proteiner? Sukker. Svampene spiser altså en fødevare, som vi kunne have spist, og optager dermed landbrugsareal, hvor der kunnet have været dyrket fødevarer.
De filamentøse svampe er kendte for deres evne til at kunne nedbryde stort set hvad som helst af biologisk art. Der arbejdes derfor i et dansk forskningsprojekt på at omdanne restprodukter, for eksempel havreskaller fra havregrynsproduktion og mask fra ølbrygning, til substrat til svampene og på at udvikle svampestammer, der kan formå både at gro på disse sidestrømme og producere protein3. Når dette lykkes, vil et hjul i den cirkulære bioøkonomi falde i hak ved at udnytte eksisterende restprodukter og frigøre landbrugsareal til fødevareproduktion.
Præcisionsfermentering er altså ved at etablere sig som én af løsningerne på den grønne omstilling og vil uden tvivl undergå videreudvikling i fremtiden.
E-mail:
Christian E. Rusbjerg-Weberskov: cerw@bio.aau.dk
Mette Lübeck: mel@bio.aau.dk
Referencer
1. FAO. 2024. Greenhouse gas emissions from agrifood systems – Global, regional and country trends, 2000-2022. FAOSTAT Analytical Brief Series, No. 94. Rome. https://openknowledge.fao.org/handle/20.500.14283/cd3167en.
2. Lübeck M, Lübeck PS. Fungal Cell Factories for Efficient and Sustainable Production of Proteins and Peptides. Microorganisms. 2022 Mar 30;10(4):753. doi: 10.3390/microorganisms10040753.
3. Nielsen MB, Meyer AS, Arnau J. The Next Food Revolution Is Here: Recombinant Microbial Production of Milk and Egg Proteins by Precision Fermentation. Annu Rev Food Sci Technol. 2024 Jun;15(1):173-187. doi: 10.1146/annurev-food-072023-034256.
4. Yoon J, Maruyama J, Kitamoto K. Disruption of ten protease genes in the filamentous fungus Aspergillus oryzae highly improves production of heterologous proteins. Appl Microbiol Biotechnol. 2011 Feb;89(3):747-59. doi: 10.1007/s00253-010-2937-0.
5. Zhou Y, Duan Y, Chen L, Yang Y, Ma L, Chen W, Liao Z, Cai J, Li D. Engineering dispersed mycelium morphology in Aspergillus niger for enhanced mycoprotein production via CRISPR/Cas9-mediated genome editing. Bioresour Technol. 2025 Sep;432:132652. doi: 10.1016/j.biortech.2025.132652.
3 https://innovationsfonden.dk/en/news/microbes-create-sustainable-proteins
