Бактерии производят молочные белки без коров: прорыв в создании веганских сыров и йогуртов

Исследование демонстрирует две стратегии: фосфорилирование αs1-казеина с использованием киназ Bacillus subtilis и фосфомиметическую замену αs1-казеина. Автор: Trends in Biotechnology (2025). DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2025.05.015

Бактерии могут изменить будущее молочных продуктов без использования животных. Учёные успешно модифицировали кишечную палочку (E. coli) для производства ключевых молочных белков, необходимых для создания сыра и йогурта, без применения ингредиентов животного происхождения. Это открывает путь к растительным альтернативам молочным продуктам, которые на молекулярном уровне имитируют традиционные, но при этом являются экологичными и этичными.

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Trends in Biotechnology, описывает два метода производства казеина (молочного белка), который по питательным и функциональным свойствам аналогичен коровьему казеину.

Казеин — важный компонент как детского, так и взрослого питания, поскольку он легко усваивается, обладает высокой биологической ценностью и содержит несколько незаменимых аминокислот. Мировой рынок казеина оценивался в $2.7 млрд (~216 млрд рублей) в 2023 году, но его производство связано с жестоким обращением с животными и высоким воздействием на окружающую среду. Рост спроса на устойчивые и безмолочные альтернативы заставил учёных искать новые способы получения казеина.

Имитация переваривания казеинов в желудочно-кишечном тракте. Автор: Trends in Biotechnology (2025). DOI: 10.1016/j.tibtech.2025.05.015

Фосфорилирование остатков серина (компонентов аминокислот) критически важно для способности казеина связывать кальций, что делает молоко стабильным и обеспечивает его питательные свойства. Связывание кальция также способствует образованию наноразмерных белковых структур — казеиновых мицелл, которые выступают переносчиками биодоступного кальция и фосфата.

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали две стратегии. Во-первых, они модифицировали бактерии для совместной экспрессии трёх киназ Bacillus subtilis — ферментов, катализирующих добавление фосфатных групп к белкам. Во-вторых, они создали фосфомиметическую версию αs1-казеина, в которой фосфорилированные в природном белке остатки серина заменили на аспарагиновую кислоту, имитируя отрицательный заряд и функциональные эффекты фосфорилирования.

Структурная характеристика бычьего α-казеина, фосфорилированного in vivo и фосфомиметического αs1-казеина. Автор: Trends in Biotechnology (2025). DOI: 10.1016/j.tibtech.2025.05.015

Команда провела структурный анализ, тесты на связывание кальция и имитацию переваривания в ЖКТ полученного αs1-казеина. Результаты показали, что как фосфорилированный, так и фосфомиметический казеин бактериального происхождения обладают высокой способностью связывать кальций, а их усвояемость и структура сопоставимы с коровьим казеином.

Исследователи отметили, что хотя киназное фосфорилирование позволяет точнее имитировать природный казеин, фосфомиметический вариант упрощает производство функционально схожих белков. Однако для полного раскрытия потенциала микробного производства казеина потребуются дополнительные количественные исследования.

Интересный факт: в 2024 году мировой рынок растительных альтернатив молочным продуктам превысил $50 млрд (~4 трлн рублей), а к 2030 году ожидается его рост до $100 млрд (~8 трлн рублей).