Данські науковці навчили бактерії звичайної кишкової палички виробляти ключовий молочний білок αs1-казеїн, аналогічний тому, що міститься у коров’ячому молоці. 

Досягнення дослідників з Технічного університету Данії та Технічного університету Чалмерса у Швеції може перевернути наше уявлення про молочні продукти. Казеїни — білки, що роблять молоко молоком. Вони зліпаються у мікроскопічні глобули, що називаються міцелами і переносять кальцій. Міцели роблять сир еластичним і допомогають йогурту зберігати кремоподібну структуру. 

Однак клітини тварин модифікують казеїнові білки після їхнього виробництва. Окрім цього такий процес, як фосфорилювання, включає додавання фосфатних груп, які допомагають білку зв’язувати кальцій і утворювати стабільні міцели. Без цього казеїни залишатимуться неповноцінними у харчовому та функціональному значенні. 

Це стало великою проблемою для стартапів, які займаються сільським господарством на клітинному рівні. Нове дослідження данських науковців пропонує два шляхи вирішення проблеми.

Один з них передбачає створення бактерій, що самостійно додаватимуть фосфати. Інший за рахунок невеликих молекулярних хитрощів повністю імітує процес модифікації козеїнових білків. Дослідники випробували два різних способи отримання молочного білка від бактерій кишкової палички.

У першому випадку вони дали бактеріям E. coli додаткові інструкції, додавши три ферменти, позичені в звичайної грунтової бактерії. Ці ферменти допомогли бактеріям прикріпити фосфатні групи до казеїну у процесі його синтезу. Ця деталь важлива: фосфатні групи допомагають білку поводитися так само, як і той, що міститься в молоці.

За результатами досліджень, метод виявився успішним. У вирощеному в лабораторії казеїні фосфатні групи опинилися в тих же місцях, що й у коров’ячому казеїні.

У другому методі етап додавання фосфату пропустили. Замість цього дослідники замінили казеїн на аспарагінову кислоту, які діє подібно до фосфату. Це дозволило створити аналог казеїна, який повністю імітує його дію. Було протестовано обидві версії казеїну, створені в лабораторії: одна з додаванням фосфатів, а інша з хімічним аналогом. Результати показали, що вони добре зв’язують кальцій та легко засвоюються, як і натуральний білок у молочних продуктах.

Казеїни складають основу сиру. Без них цей продукт не мав би своїх, добре відомих усім, властивостей. Після того, як дослідникам вдалось отримати натуральні казеїни від мікробів, вони готуються створити з них сир. 

В даний час дослідники розширюють масштаб свого процесу, використовуючи біореактори та тестуючи різну сировину, включаючи цукри, отримані з люцерни.

Виробництво 1 кг сиру традиційними способами призводить до викидів в атмосферу 24 кг вуглецю. Це більш ніж удвічі перевищує викиди від виробництва інших продуктів рослинного походження. Однак вирощені у лабораторії молочні білки можуть зробити виробництво сиру набагато екологічнішим. Особливо якщо бактерії живляться низьковуглецевими джерелами та отримують енергію від відновлюваних джерел. 

Станом на 2023 рік світовий ринок казеїну оцінювався у $2,7 млрд. Ця цифра, як очікується, зросте більш ніж удвічі до 2033 року. Задоволення цього попиту без збільшення поголів’я корів, викидів метану та збільшення використання земель стає найважливішим екологічним завданням.

Однак все ще залишається багато питань. Чи можуть ці казеїни утворювати міцели в реальних харчових системах. Чи поводитимуться вони у сироварених чанах так само, як у пробірках? І чи люди вживатимуть молочні продукти з білків, які були вироблені, наприклад, кишковою паличкою? 

Результати дослідження опубліковані у журналі  Trends in Biotechnology

Джерело:  New Scientist; ZME Science