מאמר סקירה שפורסם לאחרונה בכתב העת תקשורת טבע דן בצורך לתרגם מאמצי אבטחת מזון ליישומים מסחריים, תוך הדגשת תפקידם של חברות סטארט-אפ חדשניות בקידום מקורות חלבון חלופיים.
פרספקטיבה: מקורות חלבון חלופיים: סטארט-אפים מונעים על ידי מדע כדי לתדלק חדשנות במזון. קרדיט תמונה: ציפורני הדרקון / Shutterstock
רקע כללי
האתגר העולמי להאכיל 10 מיליארד בני אדם צפויים עד 2050 בתוך שינויי אקלים ומחלות יבול מחייב הגדלת ייצור המזון ב-50% במהלך 25 השנים הבאות.
מחקרים קודמים, כולל דו"ח המשאבים העולמי, זיהו מספר פתרונות, כולל הפחתת גידול בביקוש למזון, הגדלת ייצור מבלי להרחיב קרקע חקלאית, הגנה על מערכות אקולוגיות, הגברת אספקת הדגים והפחתת פליטת גזי חממה חקלאיים.
טיפול בנושאים אלו דורש טכנולוגיות חדשניות כגון חקלאות מדויקת, שינויים גנטיים ומקורות חלבון חלופיים.
עם זאת, תרגום ההתקדמות הטכנולוגית הללו ליישומים מסחריים הוא חיוני ולעתים קרובות בראשות חברות סטארט-אפ וספין-אאוט של אוניברסיטאות.
למרות מאמצים משמעותיים, נותר פער בקנה מידה יעיל של חידושים אלה, במיוחד בפיתוח ומסחור של מקורות חלבון חלופיים כדי לעמוד בדרישות החלבון המונעות על ידי מגמות תזונתיות שונות באוכלוסיות בעלות הכנסה נמוכה וגבוהה.
סקירה זו התמקדה בהתקדמות האחרונה וביישום המסחרי של מקורות חלבון חלופיים כדי להתמודד עם אתגר אבטחת המזון.
מערכת אקולוגית של סטארטאפים
מחברת זו, אלנה לוריא-לוק מהמחלקה למדעי הביו, אוניברסיטת דורהאם, בריטניה, השתמשה בסטארט-אפים כמקור נתונים כדי לאמוד התקדמות בחלבונים חלופיים בשל הזריזות והחדשנות שלהם.
שלא כמו ביקורות מסורתיות המתמקדות בשיטות ייצור או במקורות חלבון ספציפיים, גישה זו מתייחסת לחלופות לחלבונים מבוססי בעלי חיים/דגים באמצעות שלוש אסטרטגיות: החלפת פריטים קיימים בתחליפים זמינים, שינוי חלבונים קיימים שאינם מהחי ויצירת חלבונים חדשים באמצעות טכנולוגיות כמו שלוש- הדפסה ביולוגית ממדית (3D) ותסיסה מדויקת.
חדירה לשוק של חלופות אלה תלויה בהרחבה ובעלות. כדי להמחיש זאת, סטארט-אפים נבחרו על סמך היצע החלבון, הגישות הטכנולוגיות והסטטוס הפעיל שלהם, וסווגגו לעמודי ה-Replace, Change ו-Make.
סטארט-אפים אלה נותחו על הבסיס המדעי שלהם, שלבי פיתוח המוצר והאתגרים המרכזיים, וסיפקו מבט מקיף על מערכת החלבון האקולוגית.
נעשה שימוש בגישת אסטרטגיית חדשנות לפתרון בעיות כדי לעצב את המערכת האקולוגית של סטארט-אפים. הבעיה שיש לפתור היא למצוא אלטרנטיבה לחלבונים מבוססי בעלי חיים/דגים וכאשר מדובר במציאת אלטרנטיבה, ישנן שלוש אפשרויות עיקריות שיש לשקול: (1) שימוש בתחליף, (2) שינוי קיים שאינו מהחי/לא. -מקורות דגים לחלבונים, ו-(3) יצירת מקור חלופי לחלבונים. (1) החלף: אפשרות זו כוללת שימוש בתחליף זמין לתרכובת היעד, למשל, אפשרויות דיאטה צמחוניות נוכחיות. (2) שנה: אפשרות זו בוחנת שינוי מקורות קיימים של חלבונים שאינם מהחי/לא דגים כדי להחליף את תרכובת המטרה, למשל חלבון מבוסס חרקים. (3) ייצור: אפשרות זו מגיעה מנקודת מבט של חדשנות במוצר, מספקת את מירב הפוטנציאל, תוך כדי האתגרים הגדולים ביותר. זה כולל שימוש בתהליכים טכנולוגיים חדשים לייצור חלבונים, למשל הדפסה ביולוגית תלת מימדית, מוצרים בתרבית תאים, תסיסה מדויקת וכו'.
החלפת חלבוני בשר
אסטרטגיית ה"החלפה" כוללת שימוש במרכיבים קיימים שאינם מבעלי חיים שיכולים להחליף חלבונים מהחי ודגים. למרות שגישה זו אולי לא נראית חדשנית במיוחד, היא ממנפת התקדמות מודרנית בלמידת מכונה ומסדי נתונים דיגיטליים.
אלגוריתמים של למידת מכונה יכולים לעצב תחליפי מזון מהצומח על ידי ניתוח נתונים נרחבים על הרכב מזון, תזונה ומתכונים. לדוגמה, כמה סטארטאפים פיתחו כלים הממנפים בינה מלאכותית (AI) כדי להמיר כל מתכון לגרסה מבוססת צמחים פשוט על ידי הזנתו לתיבת חיפוש באתר.
בהנחה שאותה תפיסה צרכנית לגבי מוצרי חלבונים חלופיים שונים, חדירתם לשוק תהיה תלויה בעיקר ביכולת המדרגיות שלהם (היכולת לעבור מנישה לשוק המוני מבלי לפגוע באיכות) ובעלות (לפחות שוויון למוצרי החלבון מהחי/דגים). שני פרמטרים אלו שימשו כדי למפות את פוטנציאל החדירה של אפשרויות חלבון חלופיות שונות באמצעות דוגמאות שוק עדכניות. הערה: דוגמאות למוצרים נועדו להמחיש עמדה יחסית ומוצגות בפורמט לא בקנה מידה.
ניצול מקורות חלבון שאינם מהחי
אסטרטגיית "השינוי" משתמשת במקורות חלבון קיימים שאינם מן החי, כגון צמחים וחרקים.
חרקים, הנצרכים על ידי כשני מיליארד אנשים ברחבי העולם, הם מקור חלבון בר קיימא מכיוון שהם דורשים פחות משאבים ויש להם פחות השפעה סביבתית. מזונות מבוססי חרקים תופסים תאוצה בשווקים המערביים, ושוק חרקי המאכל צפוי לגדול באופן משמעותי.
חברות מסוימות מתרחבות באמצעות שותפויות אסטרטגיות וחידושים כמו חקלאות אנכית וטכנולוגיית CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). תמיכה ממשלתית גם עוזרת להרחיב את הענף הזה. למרות היתרונות, נותרו אתגרים בקבלת הצרכנים ובהבטחת בטיחות המזון.
בני אדם צרכו זה מכבר חלבונים מהצומח, וטכנולוגיות עיבוד מודרניות שיפרו את כוח המשיכה שלהם כחלופות בשר וחלב. השוק של אנלוגים לבשר מהצומח (PBMAs) וחלופות חלב (PBDAs) מתרחב, מונע על ידי סטארט-אפים וחברות מזון גדולות.
חידושים כמו הדפסה ביולוגית תלת-ממדית וטכניקות לשיפור מרקם עוסקות באתגרים התחושתיים והמבניים של מזונות צמחיים. למרות ההתקדמות, האתגרים כוללים חששות מאלרגנים, שיפורי טעם והצורך בנתוני בטיחות מקיפים.
פיתוח בשר שגדל במעבדה
אסטרטגיית ה-"Make" מתמקדת בייצור בשר שגדל במעבדה, הכולל טיפוח תאי בעלי חיים בביוריאקטורים. שיטה זו התקדמה בצורה משמעותית, כאשר מספר חברות מפתחות מוצרי בשר מתורבתים כמו עוף או בקר.
עם זאת, בשר שגדל במעבדה עומד בפני מכשולים כמו אישור רגולטורי, עלויות ייצור גבוהות וקבלה חושית. חידושים בהדפסה ביולוגית תלת מימדית ותסיסה מדויקת מטרתם להתגבר על אתגרים אלה.
טכנולוגיות אלו מבטיחות להפחית את ההשפעה הסביבתית ולשפר את הקיימות אך דורשות השקעה ופיתוח תשתיות משמעותיים.
מסקנות
טכנולוגיות חדשות מקדמות מקורות חלבון חלופיים כדי להתמודד עם אתגרי ביטחון תזונתי וסביבה על ידי הפחתת פליטות ושימוש בקרקע. מערכת החלבון האקולוגית מתפתחת באמצעות גישות חדשניות להחלפה, שינוי וייצור מקורות חלבון.
לכל אסטרטגיה יש יתרונות ואתגרים ייחודיים, ממינוף בינה מלאכותית לתחליפים על בסיס צמחי ועד לטכנולוגיות בשר שגודלו במעבדה. הצלחתן של חלופות אלו תהיה תלויה בהתגברות על חסמי קבלה טכניים, רגולטוריים וצרכניים.
חלבונים אלטרנטיביים, כולל חלבונים על בסיס חרקים, פטריות, צמחים וחלבונים מבוססי תאים (בשר ודגים מתורבתים), זכו לצמיחה משמעותית, כאשר מוצרים זמינים כעת בחנויות ובמסעדות.
עם זאת, נותרו אתגרים בקבלת הצרכנים, במחיר סביר ובנגישות לשוק עקב עלויות ייצור גבוהות, בעיות מדרגיות ומכשולים רגולטוריים.
התמודדות עם אתגרים אלה כרוכה במחקר בין-תחומי, שותפויות חדשות, בריתות גלובליות והשקעה מתמשכת. ארגונים ממשלתיים ובלתי ממשלתיים יוצרים שיתופי פעולה כדי לתמוך בחדשנות ובעבודה רגולטורית, מטפחים צמיחת סטארטאפים וחידושים פורצי דרך.
