Группа исследователей из Технического университета Дании и Технического университета Чалмерса в Швеции совершила прорыв в производстве молочных белков без привлечения животных. Ученые научили бактерии кишечной палочки синтезировать αs1-казеин — ключевой белок, который содержится в коровьем молоке и является основой для производства сыра и других молочных продуктов.
Об этом сообщает ProIT
Как бактерии производят молочный белок
Казеины — это белки, которые определяют физические свойства молока, формируя микроскопические глобулы (мицели), которые переносят кальций. Мицели придают сыру эластичность, а йогурту — кремообразную текстуру. Однако для полноценности казеинового белка необходима постсинтетическая модификация, в частности добавление фосфатных групп (фосфорилирование), которые обеспечивают способность белка связывать кальций и формировать стабильные мицели. Без такого процесса казеины теряют свои необходимые питательные и функциональные свойства.
Эта проблема долгое время усложняла развитие клеточного сельского хозяйства. Датские исследователи предложили два инновационных подхода для решения вопроса модификации казеина.
- Первый метод заключался в том, чтобы генетически модифицировать бактерии E. coli, добавив к ним три фермента, заимствованные у почвенной бактерии. Эти ферменты позволили бактериям присоединять фосфатные группы к казеину во время его синтеза, что сделало белок идентичным натуральному.
- Второй подход предусматривал замену участков белка на аспарагиновую кислоту — аминокислоту, которая имитирует действие фосфатов. Это дало возможность создать полноценный аналог молочного белка без классического фосфорилирования.
Оба метода продемонстрировали высокую эффективность: лабораторно полученные белки хорошо связывали кальций и были биологически совместимыми с натуральными молочными белками. По словам исследователей, с такими белками уже можно создавать настоящий сыр.
Экологический потенциал и дальнейшие исследования
После получения натуральных казеинов из микроорганизмов команда планирует масштабировать производство в биореакторах, используя различные источники сырья, включая сахара из люцерны. Такой подход может существенно снизить экологическую нагрузку на планету, ведь традиционное производство 1 кг сыра сопровождается выбросом около 24 кг углерода — больше, чем в случае с многими растительными продуктами. Использование бактерий, которые потребляют низкоуглеродное сырье и питаются энергией из возобновляемых источников, делает новую технологию еще более перспективной для устойчивого сельского хозяйства.
«Это может сработать. Или может оказаться, что нужны другие типы казеина. К-казеин, еще один вариант, который участвует в стабилизации мицел казеина и модифицирован не фосфатом, а молекулами сахара», — объясняет ведущий автор исследования Сувасини Баласубраманян.
Мировой рынок казеина в 2023 году оценивался в 2,7 миллиарда долларов США, и к 2033 году эта сумма может вырасти более чем вдвое. Удовлетворение спроса на молочные белки без увеличения поголовья коров, выбросов метана и интенсивного использования земель — одна из ключевых экологических задач современности.
Исследователи отмечают, что впереди еще много вопросов. В частности, нужно проверить, смогут ли такие казеины формировать мицели в реальных пищевых продуктах, будут ли они работать в промышленном производстве сыра и как к новой технологии отнесутся потребители.
Результаты этой работы опубликованы в журнале Trends in Biotechnology.