Настоящие молочные белки без коров: модифицированные бактерии прокладывают путь веганскому сыру и йогурту
Бактерии могут изменить будущее безмолочных продуктов. Учёные успешно модифицировали E. coli для производства ключевых молочных белков, необходимых для сыра и йогурта, без использования ингредиентов животного происхождения. Это открывает путь для растительных альтернатив, имитирующих традиционные молочные продукты на молекулярном уровне, но при этом устойчивых и не связанных с жестокостью.
Недавнее исследование, опубликованное в Trends in Biotechnology, сообщило о двух методах производства казеина (молочного белка), которые по питательным и функциональным свойствам схожи с бычьим казеином.
Казеин — востребованный компонент питания, так как он легко усваивается, имеет высокое качество и содержит несколько незаменимых аминокислот. Мировой рынок казеина, оценённый в 2,7 млрд долларов США в 2023 году, связан с жестоким обращением с животными и высоким воздействием на окружающую среду. Это стимулировало поиск альтернативных методов производства казеина.
Пищевая и фармацевтическая промышленность давно используют микроорганизмы как «клеточные фабрики» для крупномасштабного производства биомолекул. Учёные задались вопросом, можно ли применить этот подход для рекомбинантных казеиновых белков, производимых методами генной инженерии. Однако эти методы часто не могут воспроизвести ключевой фактор, придающий казеину уникальные свойства — фосфорилирование (биологический процесс добавления фосфатной группы к белку).
Фосфорилирование остатков серина критически важно для способности казеина связывать кальций, что стабилизирует молоко и обеспечивает его питательные свойства. Связывание кальция также обеспечивает формирование наноразмерных белковых структур — казеиновых мицелл, которые выступают переносчиками биодоступного кальция и фосфата.
Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали две основные стратегии:
- Они модифицировали бактерии для совместной экспрессии трёх протеинкиназ Bacillus subtilis — ферментов, катализирующих добавление фосфатных групп к белкам.
- Они создали фосфомиметическую версию αs1-казеина, в которой обычно фосфорилируемые остатки серина были заменены на аспарагиновую кислоту, чтобы имитировать отрицательный заряд и функциональные эффекты фосфорилирования.
Команда провела структурный анализ, тесты на связывание кальция и моделирование желудочно-кишечного переваривания полученного αs1-казеина. Результаты показали, что как фосфорилированный, так и фосфомиметический казеин бактериального происхождения обладают высокой способностью связывать кальций, а их усвояемость и структура сопоставимы с казеином, полученным от крупного рогатого скота.
Исследователи отметили, что хотя киназное фосфорилирование позволяет более точно имитировать нативный казеин, фосфомиметический казеин предлагает более простой путь для производства функционально схожих белков. Для полного раскрытия потенциала микробного производства казеинов для устойчивых и этичных пищевых продуктов потребуются дальнейшие количественные анализы.