Сыр есть, коров нет: ученые научили бактерий производить молокопродукт с нуля

Датские ученые научили бактерии обычной кишечной палочки производить ключевой молочный белок αs1-казеин, аналогичный тому, что содержится в коровьем молоке. 

Достижения исследователей из Технического университета Дании и Технического университета Чалмерса в Швеции может перевернуть наше представление о молочных продуктах. Казеины — белки, делающие молоко молоком. Они слипаются в микроскопические глобулы, называемые мицеллами и переносят кальций. Мицеллы делают сыр эластичным и помогают йогурту сохранять кремообразную структуру. 

Однако клетки животных модифицируют казеиновые белки после их производства. Кроме этого такой процесс, как фосфорилирование, включает добавление фосфатных групп, которые помогают белку связывать кальций и образовывать стабильные мицеллы. Без этого казеины будут оставаться неполноценными в пищевом и функциональном смысле. 

Это стало большой проблемой для стартапов, которые занимаются сельским хозяйством на клеточном уровне. Новое исследование датских ученых предлагает два пути решения проблемы.

Один из них предусматривает создание бактерий, которые самостоятельно будут добавлять фосфаты. Другой за счет небольших молекулярных хитростей полностью имитирует процесс модификации казеиновых белков. Исследователи испытали два разных способа получения молочного белка от бактерий кишечной палочки.

В первом случае они дали бактериям E. coli дополнительные инструкции, добавив три фермента, полученные от обычной почвенной бактерии. Эти ферменты помогли бактериям прикрепить фосфатные группы к казеину в процессе его синтеза. Эта деталь важна: фосфатные группы помогают белку вести себя так же, как и тот, что содержится в молоке.

По результатам исследований, метод оказался успешным. В выращенном в лаборатории казеине фосфатные группы оказались в тех же местах, что и в коровьем казеине.

Во втором методе этап добавления фосфата пропустили. Вместо этого исследователи заменили казеин на аспарагиновую кислоту, которая действует подобно фосфату. Это позволило создать аналог казеина, который полностью имитирует его действие. Были протестированы обе версии казеина, созданные в лаборатории: одна с добавлением фосфатов, а другая с химическим аналогом. Результаты показали, что они хорошо связывают кальций и легко усваиваются, как и натуральный белок в молочных продуктах.

Казеины составляют основу сыра. Без них этот продукт не имел бы своих, хорошо известных всем, свойств. После того, как исследователям удалось получить натуральные казеины от микробов, они готовятся создать из них сыр. 

В настоящее время исследователи расширяют масштаб своего процесса, используя биореакторы и тестируя различное сырье, включая сахара, полученные из люцерны.

Производство 1 кг сыра традиционными способами приводит к выбросам в атмосферу 24 кг углерода. Это более чем вдвое превышает выбросы от производства других продуктов растительного происхождения. Однако выращенные в лаборатории молочные белки могут сделать производство сыра гораздо более экологичным. Особенно если бактерии питаются низкоуглеродными источниками и получают энергию от возобновляемых источников. 

По состоянию на 2023 год мировой рынок казеина оценивался в $2,7 млрд. Эта цифра, как ожидается, вырастет более чем вдвое к 2033 году. Удовлетворение этого спроса без увеличения поголовья коров, выбросов метана и увеличения использования земель становится важнейшей экологической задачей.

Однако все еще остается много вопросов. Могут ли эти казеины образовывать мицеллы в реальных пищевых системах? Будут ли они вести себя в сыроваренных чанах так же, как в пробирках? И будут ли люди употреблять молочные продукты из белков, которые были произведены, например, кишечной палочкой?

Результаты исследования опубликованы в журналеTrends in Biotechnology

Источник: New Scientist; ZME Science