پیشرفت زیست‌فناوری امکان تولید پایدار امگا۳ را بدون صید بی‌رویه فراهم می‌کند.

آیا تا به حال به هزینه زیست‌محیطی آن کپسول کوچک امگا-3 روی میز شام خود فکر کرده‌اید؟ پشت فواید سلامتی، بحران رو به رشدی در دریاها نهفته است—صید بی‌رویه و آلودگی منابع سنتی این اسیدهای چرب ضروری را تهدید می‌کند. اکنون، دانشمندان در حال پیشگامی در روش‌های تولید پایدار از طریق بیوتکنولوژی هستند.

اسیدهای چرب امگا-3، به‌ویژه EPA (اسید ایکوزاپنتانوئیک) و DHA (اسید دوکوزاهگزانوئیک)، به دلیل فواید قلبی عروقی، عصبی و ایمنی‌شناختی خود مورد ستایش قرار می‌گیرند. با این حال، انسان‌ها ظرفیت محدودی برای سنتز این ترکیبات دارند و عمدتاً به منابع غذایی متکی هستند. در حالی که ماهی‌های اعماق دریا مخزن سنتی بوده‌اند، این وابستگی اکوسیستم‌های دریایی را به لبه پرتگاه می‌کشاند.

ساختار مولکولی این اسیدهای چرب غیراشباع با زنجیره بلند، فعالیت بیولوژیکی منحصربه‌فردی را امکان‌پذیر می‌کند. تحقیقات نشان می‌دهد که EPA و DHA در لایه‌های فسفولیپیدی غشای سلولی ادغام می‌شوند و بر ساختار قایقک‌های لیپیدی، میزان اکسیداسیون و مسیرهای سیگنال‌دهی تأثیر می‌گذارند و در عین حال تجمع کلسترول را کاهش می‌دهند. این مکانیسم‌ها مزایای سلامتی گسترده‌ای را به همراه دارند:

• سلامت روان‌شناختی: تعدیل غشاهای سلول پینه‌آل برای تأثیرگذاری بر تولید ملاتونین، کیفیت خواب را بهبود می‌بخشد و در مدیریت اضطراب و افسردگی نیز پتانسیل نشان می‌دهد.
• فواید اسکلتی عضلانی: مقابله با آتروفی عضلانی، تسریع سازگاری عصبی عضلانی و افزایش مواد معدنی استخوان برای جلوگیری از پوکی استخوان.
• محافظت از چشم: اثربخشی اثبات شده در درمان سندرم خشکی چشم و کمک به کنترل نزدیک‌بینی.
• کاربردهای انکولوژیکی: مرتبط با کاهش خطر ابتلا به سرطان‌های روده بزرگ و پستان، در حالی که عوارض مرتبط با سرطان مانند کاشکسی و درد را از طریق تعاملات گیرنده جفت‌شده با پروتئین G کاهش می‌دهد.
• اثرات ضد التهابی: با اصلاح توزیع اسید فسفو-چرب و موقعیت قایقک‌های لیپیدی، این ترکیبات فاکتورهای رونویسی پیش‌التهابی را مهار می‌کنند و در عین حال میانجی‌های ضد التهابی را فعال می‌کنند. مطالعات اپیدمیولوژیک نرخ‌های پایین‌تر انفارکتوس میوکارد را در میان اینوئیت‌های گرینلند و جمعیت ژاپنی با مصرف بالای امگا-3 نشان می‌دهد.

محدودیت متابولیکی انسان—فاقد آنزیم‌های Δ-12 دساتوراز برای تبدیل اسیدهای پالمیتیک و اولئیک به اسیدهای لینولئیک و α-لینولنیک، همراه با سنتز ناکارآمد EPA/DHA از اسید α-لینولنیک—مکمل غذایی را ضروری می‌کند. انجمن قلب آمریکا مصرف روزانه 4 گرم EPA/DHA را توصیه می‌کند.

عرضه فعلی امگا-3 با چالش‌های دوگانه مواجه است. ماهی‌ها این اسیدهای چرب را با مصرف میکروجلبک‌های دریایی جمع‌آوری می‌کنند، اما صید بی‌رویه، غلظت‌های متغیر امگا-3 و آلودگی اقیانوسی هم تعادل اکولوژیکی و هم سازگاری محصول را به خطر می‌اندازد.

برای دور زدن این محدودیت‌ها، محققان در حال توسعه پلتفرم‌های تولید میکروبی با استفاده از جلبک‌ها و مخمرها از طریق فناوری تخمیر هستند:

• تخمیر ریزجلبک: Martek Biosciences تولید DHA از جلبک‌ها را برای شیر خشک نوزادان پیشگام کرد، اگرچه سویه‌های EPA با بازده بالا یا ترکیبی از EPA/DHA همچنان دست‌نیافتنی هستند.
• پلتفرم‌های مخمر: مهندسی متابولیک DuPont از Yarrowia lipolytica تولید EPA از قندهای کشاورزی را امکان‌پذیر می‌کند، اگرچه با نرخ تبدیل نامطلوب.
• مهندسی گیاهی: محصولات دانه‌های روغنی تراریخته مانند کلزا نویدبخش سنتز امگا-3 مبتنی بر دانه هستند، اگرچه دوره‌های کشت طولانی مدت محدودیت‌های لجستیکی را ایجاد می‌کنند.

افزایش تولید امگا-3 میکروبی نیازمند دستکاری مسیر پیچیده است:

• افزایش عرضه پیش‌سازهای استیل-CoA از طریق بیان بیش از حد آنزیمی
• بهینه‌سازی سینتیک آنزیم‌های سنتز اسید چرب و دساتوراز
• حذف گلوگاه‌های متابولیکی از طریق حذف ژن
• تنظیم کنترل‌کننده‌های رونویسی بیوسنتز لیپید
• طراحی مسیرهای متابولیکی مصنوعی که محدودیت‌های طبیعی را دور می‌زنند

نوآوری‌های نوظهور با هدف رفع محدودیت‌های فعلی هستند:

• ویرایش ژنوم مبتنی بر CRISPR برای بهینه‌سازی دقیق سویه
• ادغام چند-اومیکس برای نقشه‌برداری متابولیکی جامع
• سیستم‌های تخمیر پیوسته که توان عملیاتی را بهبود می‌بخشند
• مدل‌های پالایشگاه زیستی که چندین ترکیب با ارزش بالا را تولید می‌کنند
• خوراک‌های جایگزین از جمله جریان‌های زباله‌های کشاورزی

با بالغ شدن راه‌حل‌های بیوتکنولوژیکی، آنها نوید کاهش فشار بر اکوسیستم‌های دریایی را می‌دهند و در عین حال دسترسی مطمئن به این مواد مغذی حیاتی را تضمین می‌کنند. همگرایی زیست‌شناسی مصنوعی و تخمیر صنعتی ممکن است به زودی الگوهای تولید جهانی امگا-3 را دوباره تعریف کند.