Бактерии изменят будущее безмолочных молочных продуктов. Учёные успешно модифицировали кишечную палочку (Escherichia coli) для производства ключевых молочных белков, необходимых для изготовления сыра и йогурта, не используя при этом ингредиенты животного происхождения. Это открывает путь для создания альтернатив молочным продуктам на растительной основе, которые имитируют традиционные молочные продукты на молекулярном уровне, но являются экологичными и не допускают жестокого обращения с животными.
Недавнее исследование
В статье, опубликованной в журнале «Trends in Biotechnology», описаны два метода производства казеина (молочного белка), которые по питательности и функциональности схожи с казеином крупного рогатого скота. Исследование доступно по ссылке: [Trends in Biotechnology](https://www.cell.com/trends/biotechnology/fulltext/S0167-7799(25)00181-7).
Казеин — востребованный компонент
Казеин является высоко ценимым компонентом как в детском, так и во взрослом питании, поскольку он легко усваивается, имеет высокое качество и содержит несколько незаменимых аминокислот, необходимых нашему организму. Мировой рынок казеина, оцениваемый в 2,7 миллиарда долларов США в 2023 году, связан с жестоким обращением с животными и оказывает значительное воздействие на окружающую среду. Рост спроса на устойчивые и безмолочные продукты привёл исследователей к поиску альтернативных методов производства казеина.
Использование микроорганизмов в пищевой и фармацевтической промышленности
Пищевая и фармацевтическая промышленность уже давно использует микроорганизмы в качестве клеточных фабрик для крупномасштабного производства биомолекул, пищевых добавок и ферментов. Учёные задались вопросом, можно ли использовать тот же подход для производства рекомбинантных белков казеина с помощью генной инженерии в микробных клеточных фабриках. Однако эти методы часто не позволяют воспроизвести ключевой фактор, придающий казеину уникальные свойства — фосфорилирование, биологический процесс, при котором к белку добавляется фосфатная группа.
Фосфорилирование и свойства казеина
Фосфорилирование остатков серина (компонентов аминокислот) имеет решающее значение для способности казеина связывать кальций, что делает молоко стабильным и придаёт ему питательные свойства. Связывание кальция также обеспечивает формирование наноразмерных белковых структур, называемых казеиновыми мицеллами, которые действуют как агенты доставки биодоступного кальция и фосфата.
Для решения этой проблемы исследователи применили две основные стратегии. Во-первых, они сконструировали бактерии для совместной экспрессии трёх протеинкиназ Bacillus subtilis, ферментов, катализирующих добавление фосфатных групп к белкам. Во-вторых, они разработали фосфомиметическую версию αs1-казеина, в которой остатки серина, обычно фосфорилированные в природном белке, были заменены на аспарагиновую кислоту для имитации отрицательного заряда и функциональных эффектов фосфорилирования.
Результаты исследования
Команда провела структурный анализ, тесты на связывание кальция и моделирование желудочно-кишечного переваривания полученного αs1-казеина. Результаты показали, что как фосфорилированный, так и фосфомиметический казеины бактериального происхождения имеют высокую способность связывать кальций, а их усвояемость и структура сопоставимы с казеином крупного рогатого скота.
Исследователи подчеркнули, что, хотя фосфорилирование, опосредованное киназой, позволяет точно имитировать нативный казеин, фосфомиметический казеин предлагает более простой путь для производства функционально сходных белков. Они также предположили, что для полного раскрытия потенциала микробного производства казеинов для устойчивых и не допускающих жестокого обращения с животными молочных и пищевых продуктов потребуется дальнейший количественный анализ.
© 2025 Science X Network
Больше из раздела [Biology and Medical](https://www.physicsforums.com/forums/biology-and-medical.82/)