Z powodu stale zwiększającej się globalnej populacji (z obecnych 8,2 mld do szczytowej wartości 10,3 mld w latach 80. XXI w. – prognozuje ONZ w raporcie „World Population Prospects 2024”) zapotrzebowanie na zrównoważone źródła żywności staje się coraz bardziej krytyczne. Tradycyjna hodowla zwierząt wymaga dużej ilości zasobów, przyczyniając się do emisji gazów cieplarnianych, degradacji gruntów i niedoboru wody. W kontrze do tego ostatnie postępy w biotechnologii doprowadziły do powstania innowacyjnych metod produkcji białka z drobnoustrojów wykorzystujących dwutlenek węgla (CO₂), wodór i tlen jako podstawowe składniki. Produkcja białka pochodzenia mikrobiologicznego obejmuje hodowlę mikroorganizmów, takich jak bakterie, drożdże i grzyby, w bioreaktorach. Mikroorganizmy te przekształcają CO₂, wodór i tlen w biomasę bogatą w białko i niezbędne składniki odżywcze. Godnym uwagi przykładem jest dwustopniowy system bioreaktorów opracowany przez naukowców z Uniwersytetu w Tybindze w Niemczech. System ten używa bakterii Thermoanaerobacter kivui do przekształcania wodoru i CO₂ w octan, który jest następnie wykorzystywany przez Saccharomyces cerevisiae (drożdże piekarskie) do produkcji białka i witaminy B9 (kwasu foliowego). Proces fermentacji jest podobny do warzenia piwa, ale zastępuje cukry gazami, umożliwiając wydajną konwersję składników odżywczych. Wodór i tlen wykorzystywane w tym procesie mogą być generowane poprzez elektrolizę wody zasilaną odnawialnymi źródłami energii, takimi jak wiatr lub energia słoneczna. Metoda ta pozwala nie tylko na produkcję białka, ale także rozwiązuje problemy środowiskowe, zmniejszając zależność od rolnictwa intensywnie wykorzystującego grunty. – Fakt, że możemy wytwarzać witaminy i białko w tym samym czasie przy dość wysokim tempie produkcji bez użycia ziemi jest ekscytujący. Produkt końcowy jest wegetariański/wegański, nie zawiera GMO i jest zrównoważony, co może spodobać się konsumentom – mówi kierownik badania Largus Angenent z Uniwersytetu w Tybindze w Niemczech.

Białko mikrobiologiczne oferuje atrakcyjny profil odżywczy, który konkuruje z tradycyjnymi jego źródłami. Przykładowo, białko pochodzące z drobnoustrojów może zawierać do 80% białka wagowo, czyli znacznie więcej niż wołowina czy ryby. Ponadto białko drobnoustrojów jest bogate w niezbędne aminokwasy i witaminy, w tym witaminę B12, której zwykle brakuje w dietach roślinnych. Dla porównania, wołowina zawiera ok. 26% białka, podczas gdy ryby – między 20-25%, w zależności od gatunku. Profile aminokwasowe białek drobnoustrojów spełniają również wymagania Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) i Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) dotyczące żywienia ludzi, dzięki czemu nadają się do bezpośredniego spożycia przez ludzi. Co więcej, produkcja białek mikrobiologicznych nie jest ograniczona warunkami klimatycznymi, co pozwala na całoroczną uprawę w kontrolowanych środowiskach. Cecha ta jest szczególnie korzystna, biorąc pod uwagę rosnącą nieprzewidywalność wzorców pogodowych z powodu zmian klimatycznych. Korzyści środowiskowe płynące z produkcji białka mikrobiologicznego są znaczące. Tradycyjna hodowla zwierząt wiąże się ze znaczną emisją gazów cieplarnianych, wylesianiem i wysokim zużyciem wody. W przeciwieństwie do tego szacuje się, że produkcja białka drobnoustrojowego wymaga tylko 1 litra wody na kilogram białka, czyli 112 tys. razy mniej niż produkcja wołowiny i znacznie mniej niż roślin strączkowych oraz soi. Dodatkowo produkcja białka mikrobiologicznego może być ujemna pod względem emisji CO₂, co oznacza, że może potencjalnie zmniejszyć jego poziom w atmosferze. Proces ten wychwytuje CO₂ z atmosfery i przekształca go w białko, przyczyniając się tym samym do łagodzenia zmian klimatycznych.

W miarę jak technologia produkcji białka mikrobiologicznego dojrzewa, jej opłacalność ekonomiczna staje się coraz bardziej widoczna. Globalny rynek białka zwierzęcego jest wyceniany na kilkaset milionów ton rocznie, podczas gdy białko roślinne przekracza kilka miliardów ton. Włączenie białka mikrobiologicznego do łańcucha dostaw żywności mogłoby zapewnić dodatkowe źródło pożywienia bez zakłócania istniejących praktyk rolniczych. Firmy takie jak Air Protein są pionierami w komercjalizacji białka mikrobiologicznego, dążąc do produkcji analogów mięsa, które naśladują smak i konsystencję tradycyjnych produktów mięsnych. Ich proces, określany jako fermentacja powietrzna, wykorzystuje mikroby hydrogenotroficzne do przekształcania atmosferycznego CO₂ w bogatą w białko mąkę, która może być stosowana w różnych produktach spożywczych. Pomimo obiecującego potencjału białka mikrobiologicznego, zanim stanie się ono głównym źródłem żywności, należy stawić czoła kilku wyzwaniom. Obejmują one: optymalizację procesów produkcyjnych, zapewnienie bezpieczeństwa żywności i przeprowadzenie kompleksowych analiz rynkowych w celu oceny akceptacji konsumentów. Ponadto obecne produkty białkowe pochodzenia mikrobiologicznego mogą zawierać związki, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia, jeśli są spożywane w nadmiernych ilościach, takich jak te związane z dną moczanową. Przyszłe badania powinny koncentrować się na poprawie profilu odżywczego białka drobnoustrojów, jego właściwości sensorycznych i badaniu jego zastosowań w różnych produktach spożywczych. Opracowanie ram regulacyjnych będzie również miało zasadnicze znaczenie dla ułatwienia bezpiecznego wprowadzenia białka pochodzącego od drobnoustrojów na rynek spożywczy. Wraz z dalszym rozwojem badań i technologii białko mikrobiologiczne może odegrać kluczową rolę w zrównoważonym żywieniu rosnącej światowej populacji.