Бактерии способны изменить будущее молочных продуктов - ученым удалось сконструировать E. coli для получения ключевых молочных белков, необходимых для производства сыра и йогурта, без использования каких-либо ингредиентов животного происхождения.
Это открывает путь к созданию альтернативных молочных продуктов на растительной основе, которые имитируют традиционные молочные продукты на молекулярном уровне, но при этом экологичны. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Trends in Biotechnology, сообщается о двух методах получения казеина (молочного белка), которые по питательным и функциональным свойствам аналогичны бычьему казеину.
Казеин является очень востребованным компонентом как в рационе детей, так и взрослых, поскольку он легко усваивается, отличается высоким качеством и содержит ряд незаменимых аминокислот, необходимых нашему организму. Мировой рынок казеина, который в 2023 году оценивался в 2,7 миллиарда долларов, основан на жестоком обращении с животными и вредном воздействии на окружающую среду. Растущий спрос на экологически чистые и безмолочные продукты заставил исследователей искать альтернативные методы производства казеина.
Пищевая и фармацевтическая промышленность уже довольно давно использует микроорганизмы в качестве клеточных фабрик для крупномасштабного производства биомолекул, пищевых добавок и ферментов. Авторы исследования решили изучить, можно ли применить такой же подход к рекомбинантным казеиновым белкам, получаемым с помощью генной инженерии на фабриках микробных клеток. Однако эти методы часто не позволяют воспроизвести ключевой фактор, который придает казеину его уникальные свойства — фосфорилирование, биологический процесс, при котором к белку добавляется фосфатная группа. Фосфорилирование остатков серина (аминокислотных компонентов) имеет решающее значение для способности казеина связывать кальций, что делает молоко стабильным и придает ему питательные свойства. Связывание кальция также обеспечивает образование наноразмерных белковых структур, называемых казеиновыми мицеллами, которые действуют как агенты доставки в организм биодоступного кальция и фосфата.
Чтобы решить эту проблему, исследователи применили две основные стратегии. Во-первых, они сконструировали бактерии для совместной экспрессии трех протеинкиназ Bacillus subtilis, которые являются ферментами, катализирующими добавление фосфатных групп к белкам. Во-вторых, они разработали фосфомиметическую версию as1-казеина, в которой остатки серина, обычно фосфорилируемые в природном белке, были заменены аспарагиновой кислотой, чтобы имитировать отрицательный заряд и функциональные эффекты фосфорилирования. Исследователи провели структурный анализ, тесты на связывание кальция и смоделировали переваривание полученного as1-казеина в желудочно-кишечном тракте. Результаты показали, что как фосфорилированные, так и фосфомиметические казеины бактериального происхождения обладают высокой кальций-связывающей способностью, а их усвояемость и структура сопоставимы с казеином крупного рогатого скота.
Авторы статьи подчеркнули, что в то время как фосфорилирование, опосредованное киназой, обеспечивает путь, близкий к имитации природного казеина, фосфомиметический казеин обеспечивает более простой путь для получения функционально сходных белков. Они также предположили, что необходим дальнейший количественный анализ, чтобы полностью раскрыть нашу способность использовать микробиологическое производство казеинов для производства экологически чистых молочных продуктов и продуктов питания без жестокой эксплуатации животных. Этот подход также имеет важное значение для разработки альтернативных источников белка, отвечающих как экологическим, так и функциональным требованиям пищевой промышленности.
