Прорыв в производстве веганского сыра и йогурта: модифицированные бактерии открывают новый путь

В новом исследовании, результаты которого были опубликованы в журнале Trends in Biotechnology, ученые обнаружили, что бактерии готовы изменить будущее безмолочных "молочных продуктов". Ученым удалось успешно модифицировать кишечную палочку (E. coli) для производства ключевых молочных белков, необходимых для производства сыра и йогурта, без использования ингредиентов животного происхождения, пишет PHYS.org.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Будущее безмолочных молочных продуктов

В ходе исследования ученым удалось модифицировать кишечную палочку для производства сыра и йогурта. Это открывает путь к созданию растительных альтернатив молочным продуктам, имитирующим традиционные молочные продукты на молекулярном уровне, но является экологичным и не тестируются на животных.

В своей работе ученые описали сразу два метода производства казеина, которые по питательной ценности и функциональным свойствам аналогичны бычьему казеину. Отметим, что казеин — востребованный компонент в рационе питания как детей, так и взрослых, поскольку он легкоусвояемый. Он также отличается высоким качеством и содержит ряд незаменимых аминокислот, необходимых нашему организму.

Мировой рынок казеина в 2023 году оценивался в 2,7 миллиарда долларов США. Однако он развивается за счет жестокого обращения с животными и высокого воздействия на окружающую среду. Рост спроса на экологичные продукты без содержания молочных продуктов побудил исследователей искать альтернативные методы производства казеина.

Производство казеиновых белков

Пищевая и фармацевтическая промышленность уже давно используют микроорганизмы в качестве клеточных фабрик для крупномасштабного производства биомолекул, пищевых добавок и ферментов. Но теперь ученым было интересно узнать, можно ли использовать тот же подход для рекомбинантных казеиновых белков с помощью метода генной инженерии на микробных клеточных фабриках. Однако эти методы часто не позволяют воспроизвести ключевой фактор, обеспечивающий казеину его уникальные свойства — фосфорилирование, биологический процесс присоединения фосфатной группы к белку.

Фосфорилирование остатков серина критически важно для способности казеина связывать кальций, что обеспечивает стабильность молока и его питательные свойства. Связывание кальция также обеспечивает образование наноразмерных белковых структур, называемых мицеллами казеина, которые служат агентами доставки биодоступного кальция и фосфата.

Стратегии производства казеиновых белков

Чтобы решить эту проблему, ученые применили две основные стратегии. Во-первых, сконструиовали бактерии для совместной экспрессии трех протеинкиназ Bacillus subtilis – ферментов, катализирующих добавление фосфатных групп к белкам. Во-вторых, разработали фосфомиметическую версию αs1-казеина, в которой сериновые остатки, обычно фосфорилируемые в природном белке, были заменены аспарагиновой кислотой для имитации отрицательного заряда и функциональных эффектов фосфорилирования.

Далее был проведен структурный анализ и тесты на связывание кальция и смоделировали желудочно-кишечное пищеварение полученного αs1-казеина. Результаты также показали, что фосфорилированный и фосфомиметический казеины бактериального происхождения обладали высокой кальцийсвязывающей способностью, а их усвояемость и структура были сопоставимы с таковыми у казеина крупного рогатого скота.

Авторы исследования также отмечают, что их работа обеспечивает более простой путь для получения функционально схожих белков. Впрочем, команда признает, что потребуется дополнительный количественный анализ, чтобы полностью раскрыть нашу способность использовать микробное производство казеинов для экологически устойчивого производства молочных продуктов без необходимости тестирования на животных.