Прорив у виробництві веганського сиру та йогурту: модифіковані бактерії відкривають новий шлях

У новому дослідженні, результати якого були опубліковані в журналі Trends in Biotechnology, вчені виявили, що бактерії готові змінити майбутнє безмолочних "молочних продуктів". Вченим вдалося успішно модифікувати кишкову паличку (E. coli) для виробництва ключових молочних білків, необхідних для виробництва сиру і йогурту, без використання інгредієнтів тваринного походження, пише PHYS.org.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Майбутнє безмолочних молочних продуктів

Під час дослідження вченим вдалося модифікувати кишкову паличку для виробництва сиру та йогурту. Це відкриває шлях до створення рослинних альтернатив молочним продуктам, що імітують традиційні молочні продукти на молекулярному рівні, але є екологічними та не тестуються на тваринах.

У своїй роботі вчені описали одразу два методи виробництва казеїну, які за поживною цінністю і функціональними властивостями аналогічні бичачому казеїну. Зазначимо, що казеїн — жаданий компонент у раціоні як дітей, так і дорослих, оскільки він легкозасвоюваний. Він також відрізняється високою якістю і містить низку незамінних амінокислот, необхідних нашому організму.

Світовий ринок казеїну у 2023 році оцінювався у 2,7 мільярда доларів США. Однак він розвивається шляхом жорстокого поводження з тваринами та високого впливу на навколишнє середовище. Зростання попиту на екологічні продукти без вмісту молочних продуктів спонукало дослідників шукати альтернативні методи виробництва казеїну.

Виробництво казеїнових білків

Харчова і фармацевтична промисловість вже давно використовують мікроорганізми як клітинні фабрики для великомасштабного виробництва біомолекул, харчових добавок і ферментів. Але тепер вченим було цікаво дізнатися, чи можна використовувати той самий підхід для рекомбінантних казеїнових білків за допомогою методу генної інженерії на мікробних клітинних фабриках. Однак ці методи часто не дають змоги відтворити ключовий фактор, що забезпечує казеїну його унікальні властивості — фосфорилювання, біологічний процес приєднання фосфатної групи до білка.

Фосфорилювання залишків серину критично важливе для здатності казеїну зв'язувати кальцій, що забезпечує стабільність молока та його поживні властивості. Зв'язування кальцію також забезпечує утворення нанорозмірних білкових структур, званих міцелами казеїну, що слугують агентами доставки біодоступного кальцію та фосфату.

Стратегії виробництва казеїнових білків

Щоб розв'язати цю проблему, вчені застосували дві основні стратегії. По-перше, сконструювали бактерії для спільної експресії трьох протеїнкіназ Bacillus subtilis — ферментів, що каталізують додавання фосфатних груп до білків. По-друге, розробили фосфоміметичну версію αs1-казеїну, в якій серинові залишки, зазвичай фосфорильовані в природному білку, були замінені аспарагіновою кислотою для імітації негативного заряду і функціональних ефектів фосфорилювання.

Далі було проведено структурний аналіз і тести на зв'язування кальцію та змоделювали шлунково-кишкове травлення отриманого αs1-казеїну. Результати також показали, що фосфорильований і фосфоміметичний казеїни бактеріального походження володіли високою кальційзв'язувальною здатністю, а їх засвоюваність і структура були порівнянними з такими у казеїну великої рогатої худоби.

Автори дослідження також зазначають, що їхня робота забезпечує простіший шлях для отримання функціонально схожих білків. Утім, команда визнає, що знадобиться додатковий кількісний аналіз, щоб повністю розкрити нашу здатність використовувати мікробне виробництво казеїнів для екологічно стійкого виробництва молочних продуктів без необхідності тестування на тваринах.

Раніше Фокус писав про те, що чи можуть кішки пити молоко і чи потрібно їм це: вчені дали відповідь.