Поскольку глобальный спрос на продукты животноводства продолжает расти, а опасения по поводу выбросов парниковых газов, землепользования и потребления воды, связанных с животноводством, усиливаются, ученые ищут доступные и масштабируемые технологии производства животных белков.
Недавно ученые из Еврейского университета в Иерусалиме совместно с компанией Miruku доказали, что растения могут производить β-казеин.
Бета-казеин — главный белок молока (составляет около 30% всего казеина). В ходе исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Plant Science, ученые вырастили модифицированное модельное растений арабидобсис, который сформировал в семенах структуры, похожие на казеиновые мицеллы коровьего молока, не теряя всхожести. Как выяснили исследователи, молочный белок не накапливался в целевых вакуолях, а самоорганизовался вокруг масляных телец в клетках семян.
«Молочный белок образовал ранее неизвестные богатые белками структуры, напоминающие природные мицеллы казеина, тесно связанные с крошечными масляными тельцами внутри клеток семян. Эти неожиданные белково-масляные агрегаты успешно накапливались, поддерживая при этом здоровое прорастание семян, что позволяет предположить, что растения могут обладать альтернативным путем хранения сложных рекомбинантных белков. Наиболее успешные растения производили β-казеин в количестве приблизительно 1,26% от общего количества растворимого белка семян, что значительно выше, чем во многих предыдущих отчетах о производстве казеина в растениях, демонстрируя потенциал новой стратегии. Один из самых захватывающих аспектов науки — это когда природа удивляет. Мы хотели отправить белок в одно место внутри клетки, но вместо этого обнаружили, что растение фактически создало собственное хранилище. Понимание этого неожиданного поведения дает нам ценную информацию о том, как растения обрабатывают сложные белки, и может помочь нам разработать более эффективные системы для производства экологически чистых молочных белков в будущем», — сказал один из авторов открытия и статьи Одед Шосиов — известный израильский ученый, изобретатель и предприниматель, профессор в области белковой инженерии и нанобиотехнологии Еврейского университета в Иерусалиме.
Технология уже перенесена на сафлор — засухоустойчивую масличную культуру, которая оптимально подходит для выращивания в жарком климате. Полученный из семян белок и жир (так называемый «крем Мируку») демонстрируют отличные свойства для плавления и создания текстуры, что крайне важно для веганских сыров и йогуртов.
Таких исследований и коммерческих проектов сейчас множество, так как это направление, называемое молекулярным фермерством (Plant Molecular Farming), переживает настоящий бум. Ученые и биотехнологические компании по всему миру успешно модифицируют сельскохозяйственные культуры для производства животных белков — от казеина до яичного альбумина и мясного миоглобина.
Производство молочных и других животных белков в растениях
Казеин из сои (Nobell Foods / Alpine Bio, США). Компания успешно модифицировала соевые бобы для производства казеина. Их соевый казеин идентичен коровьему и разработан специально для создания растительного сыра, который плавится и тянется как настоящий.
Готовая жидкая «молочная» база из сои (NewMoo, Израиль). Этот стартап вырастил сою, которая производит сразу несколько видов казеина. На выходе из семян получают жидкую основу, полностью готовую для закваски традиционного сыра.
Молочные белки в люцерне (Mozza Foods, США). Ученые используют травянистые растения, например, люцерну, для экспрессии молочных белков. Плюс этого подхода — огромная зеленая масса, которую можно собирать несколько раз за сезон.
Яичный белок в картофеле (PoLoPo, Израиль). Исследователи научили обычный картофель накапливать в клубнях овальбумин — ключевой белок куриного яйца. Это позволяет получать яичный протеин в промышленных масштабах без птицефабрик.
Мясной белок в сое («Piggy Sooy» от Moolec Science, Люксембург/Аргентина). Ученые внедрили в сою гены свинины. В результате бобы внутри окрасились в розовый цвет и стали содержать животный миоглобин, придающий растительному мясу подлинный вкус, цвет и текстуру.
Гем и миоглобин в кукурузе (IngredientWerks, США). Разработка позволяет выращивать кукурузу, обогащенную животным железосодержащим белком, для улучшения питательности альтернативных продуктов.
Насколько эти животные белки из растений соответствуют настоящим животным белкам
Животные белки, выращенные в растительных клетках, структурно и химически идентичны настоящим белкам животного происхождения.
Молекулярные биологи внедряют в ДНК растений точно такие же генетические последовательности, какими обладают коровы или куры. В результате растительные клетки считывают этот код и синтезируют белок, который по своей аминокислотной последовательности абсолютно ничем не отличается от оригинала.
Такой белок не просто похож на животный, он выполняет абсолютно те же биологические и технологические функции. Например, растительный белок бета-казеин точно так же связывается с кальцием и фосфором, формируя сложные молекулярные структуры — мицеллы. Именно благодаря этому свойству полученное из растений молоко способно сворачиваться в сырный сгусток, а готовый веганский сыр плавится, тянется и запекается до золотистой корочки точно так же, как традиционный сыр из коровьего молока.
Аналогичная ситуация складывается и с другими протеинами. Растительный яичный овальбумин при нагревании демонстрирует те же свойства пенообразования и гелеобразования, что и обычный яичный белок, что критически важно для кондитерской промышленности.
Молекулярный миоглобин свинины или говядины, выращенный в бобах сои, содержит в своей структуре железо и полностью воспроизводит мясной вкус, металлический аромат и характерный розово-красный цвет.
Единственное важное различие, над которым сейчас активно работают ученые, заключается в процессах посттрансляционной модификации белков внутри растительной клетки, например, в гликозилировании (прикреплении остатков сахаров). В редких случаях растительные сахара могут незначительно отличаться от животных, что теоретически способно повлиять на скорость усвоения или аллергенность белка. Однако современные биотехнологии позволяют корректировать и эти тонкие механизмы, добиваясь практически абсолютной биоэквивалентности. Для людей с аллергией на традиционное молоко или яйца такие продукты будут нести точно такие же риски, поскольку иммунная система человека распознает их как полноценные животные аллергены.
На сегодня, 2026 год, технология уже вышла из теоретической плоскости и идет первая волна коммерциализации инноваций. Стартапы по всему миру (такие как PoLoPo, Miruku, Moolec Science) уже получают первые разрешения на выращивание растений, синтезирующих животные белки.
Через 3–5 лет (2029–2031 гг.) ожидается массовое прохождение регуляторных проверок (FDA в США, EFSA в Европе) для продуктов питания. Рынок растительного молекулярного фермерства к этому моменту удвоится. На полках магазинов появятся гибридные продукты: растительные сыры, йогурты и колбасы, которые содержат настоящие животные белки (казеин, миоглобин), выращенные внутри сои, гороха или сафлора.
Через 7–10 лет (к 2033–2036 годам) наступит эра масштаба. По прогнозам аналитиков, к 2034–2036 годам мировой рынок вырастет в несколько раз (достигнув миллиардов долларов), полноценная коммерческая ниша сформируется со своими ведущими игроками. К тому времени потребители привыкнут к идее «молока из сафлора» или «мясного белка из сои».
