חוקרים מהאוניברסיטה העברית הצליחו לגרום לצמחים לייצר בטא־קזאין – אחד החלבונים המרכזיים בחלב פרה. לאחר ההצלחה בצמח מודל, הטכנולוגיה כבר הועברה לחריע, גידול שמסתדר היטב גם בתנאי חום ויובש. אם הדרך למסחור תצלח, חומרי גלם לתעשיית החלב עשויים בעתיד להגיע לא רק מרפתות וממתקני תסיסה – אלא גם משדות חקלאיים.
מאת : סמואל איתן
הגבול שבין חקלאות לתעשיית המזון הולך ומיטשטש. מחקר ישראלי חדש מציג אפשרות שבעבר הייתה נשמעת כמעט דמיונית: לגדל בשדה צמח שהזרעים שלו משמשים לא רק מקור לשמן או לחלבון צמחי, אלא גם כמעין "מפעל ביולוגי" לייצור חלבון שמקורו בחלב פרה.
צוות חוקרים מהפקולטה לחקלאות, מזון וסביבה של האוניברסיטה העברית הצליח להנדס צמחים כך שייצרו בטא־קזאין – β-casein – אחד מחלבוני הקזאין המרכזיים בחלב.
לקזאין תפקיד חשוב במיוחד בתעשיית החלב. מעבר לערכו התזונתי, הוא משפיע על המבנה, המרקם, האמולסיה ותכונות ההיתוך של מוצרי חלב וגבינות. לכן האפשרות לייצר אותו ללא תלות בפרה אינה רק הישג מחקרי – היא עשויה להפוך בעתיד לטכנולוגיית ייצור בעלת משמעות כלכלית עבור יצרני מזון וחומרי גלם.
הצמח הפתיע את החוקרים
בשלב הראשון השתמשו החוקרים ב־Arabidopsis, צמח מודל נפוץ במחקר.
המטרה הייתה לגרום לזרעים לייצר בטא־קזאין ולהכווין את החלבון לאזורי אחסון מוגדרים בתוך תא הצמח. אלא שהתוצאה הייתה שונה מהמתוכנן.
במקום להגיע לאזור האחסון שאליו כוונו החוקרים, החלבון הצטבר במבנים חדשים, בסמוך לגופיפי השמן המצויים בתאי הזרע. אותם מבנים הזכירו במאפייניהם את המבנים שבהם מאורגנים חלבוני הקזאין בחלב.
בקו הצמחי המוצלח ביותר הגיע החלבון המהונדס לכ־1.26% מכלל החלבון המסיס בזרע – נתון משמעותי למחקר הנמצא בשלב זה של הפיתוח.
חשוב לא פחות: הצטברות החלבון לא מנעה מהזרעים לנבוט באופן תקין.
השלב הבא כבר נמצא בשדה: חריע
הפריצה המסקרנת יותר מבחינת החקלאות והתעשייה היא שהעבודה כבר אינה מוגבלת לצמח מעבדה.
החוקרים הצליחו להעביר את הטכנולוגיה גם לחריע – גידול שמן ותיק, המוכר בזכות יכולתו להתמודד עם חום ועם תנאי יובש יחסיים.
לבחירה בחריע יש משמעות מסחרית. כדי שטכנולוגיית "חקלאות מולקולרית" תהפוך מתגלית מדעית למודל ייצור, דרוש גידול שאפשר לזרוע, לקצור ולעבד בהיקפים גדולים ובעלות חקלאית סבירה.
במקום לבנות מפעל ביוטכנולוגי שכל פעילותו מתרחשת בתוך מכלי תסיסה, חלק מתהליך הייצור עובר למעשה אל הצמח ואל השדה.
כשהשדה הופך למפעל ייצור
זהו בדיוק הרעיון העומד מאחורי Molecular Farming – חקלאות מולקולרית.
בחקלאות המסורתית מגדלים צמח כדי לקבל גרעינים, שמן, סוכר, עמילן, פרי או מספוא. בחקלאות מולקולרית הצמח מתוכנן לייצר גם מולקולה בעלת ערך גבוה – למשל חלבון המשמש מזון, תרופה או חומר גלם לתעשייה.
המשמעות עבור שרשרת האספקה עשויה להיות עמוקה.
אם הטכנולוגיה תגיע לכדאיות כלכלית, ניתן יהיה לגדל חומר גלם לתעשיית המזון בשדות, לקצור אותו באמצעות ציוד חקלאי מוכר, לאחסן את הזרעים ולהוביל אותם למפעל שבו יופרדו החלבון והשמן.
במקרה של זרעי שמן כמו חריע, האפשרות לייצר באותו חומר גלם גם רכיב חלבוני וגם רכיב שומני עשויה להיות בעלת חשיבות מיוחדת לתעשיית המזון.
לא "חלב צמחי" במובן המקובל
יש כאן גם הבדל מהותי לעומת משקאות סויה, שיבולת שועל או שקדים.
המטרה אינה לחקות חלב באמצעות חומרים צמחיים בלבד. הצמח מקבל הוראות גנטיות לייצר חלבון בעל מאפיינים של חלבון החלב עצמו.
מבחינת תעשיית המזון, ההבדל חשוב במיוחד כאשר נדרשות תכונות פונקציונליות שקשה לקבל מחלבונים צמחיים רגילים – למשל ביצירת מבנה, אמולסיה והיתוך של גבינות.
הזדמנות חדשה – אבל הדרך למסחור עדיין ארוכה
לצד הפוטנציאל, יש עוד שאלות משמעותיות לפני שנראה שדות גדולים המייצרים חלבוני חלב.
התהליך יצטרך להוכיח יבול חלבון גבוה ויציב בתנאי שדה, יעילות בהפרדה ובטיהור, כדאיות כלכלית, בטיחות מזון ועמידה בדרישות הרגולטוריות במדינות שבהן ישווקו המוצרים.
יהיה צורך גם לנהל את הגידולים המהונדסים באופן שימנע ערבוב בלתי רצוי עם שרשראות מזון אחרות.
לכן אין מדובר עדיין בתחליף מיידי לתעשיית החלב.
אבל עצם המעבר ממודל מעבדתי לצמח חקלאי כמו חריע ממחיש עד כמה הגבולות המסורתיים בין חקלאות, ביוטכנולוגיה ותעשיית המזון משתנים במהירות.
האם בעתיד גם חקלאים יהיו יצרני חלבון לתעשייה?
זו אולי השאלה המעניינת ביותר מבחינת המשק הישראלי.
אם חקלאות מולקולרית תגיע להיקפים מסחריים, חלק מהחקלאים לא ימכרו בעתיד רק חיטה, תירס, ירקות או זרעי שמן. הם עשויים להיות חלק משרשרת ייצור של חלבונים מתקדמים בעלי ערך גבוה לתעשיית המזון.
במקרה כזה, ערכו של דונם חקלאי כבר לא ייקבע רק לפי כמות היבול שניתן להפיק ממנו – אלא גם לפי המולקולות שאותו יבול יודע לייצר.
זהו שינוי שעשוי לחבר בין שלושה תחומים שעד לאחרונה פעלו במידה רבה בנפרד: חקלאות, ביוטכנולוגיה ותעשיית המזון.
והשדה, אם הטכנולוגיה תבשיל, עשוי להפוך לחלק ממפעל המזון של העתיד.
