Eu finalmente consegui encontrar uma resposta para mim mesmo. Eu posso usar o fusível para montar o arquivo ISO, existe até uma ferramenta para isso nos repositórios do Ubuntu:
sudo apt-get install fuseiso
Então eu posso fazer:
fuseiso -p file.iso mounted_iso/
rsync -ra mounted_iso/ copy/
fusermount -u mounted_iso
chmod -R +w copy/
edit copy/file
mkisofs <many options> -o remastered.iso copy/