Учёные научили салат производить «животный» белок для растительного мяса

Учёные впервые добились стабильного производства животного миоглобина в хлоропластах высших растений. Белок удалось получить в листьях табака и салата, что в перспективе может помочь улучшить вкус, цвет и питательную ценность растительных заменителей мяса.

Работу провела международная группа специалистов из Имперского колледжа Лондона, компании Kyomei, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Наньчанского университета. Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Plant Science.

Миоглобин содержится в сердечной и скелетной мускулатуре позвоночных. Он связывает кислород, придаёт мясу красный цвет и участвует в формировании характерного металлического и мясного вкуса. Белок также содержит гем — соединение железа, важное для питательной ценности продукта.

Именно отсутствие полноценного миоглобина остаётся одной из причин, по которой растительные аналоги отличаются от обычного мяса по вкусу, цвету и поведению при приготовлении.

Белок встроили в растительные «энергостанции»

Исследователи использовали гены свиного и коровьего миоглобина. Копии генов внедряли в хлоропласты — клеточные структуры, в которых происходит фотосинтез.

В опытах с табаком и салатом применяли так называемую генную пушку: микроскопические частицы с генетическим материалом направляли в клетки молодых растений. Часть растений встроила ген миоглобина в собственный геном хлоропластов.

Модифицированные растения выросли, зацвели и дали семена. Потомство также унаследовало новую генетическую конструкцию. Это означает, что исследователи получили не временный эффект, а устойчивую линию растений, способных производить животный белок.

Хлоропласты выбрали не случайно. В каждой растительной клетке содержится большое количество этих структур, а в каждом хлоропласте — несколько копий собственного небольшого генома. Поэтому они способны производить больше заданного белка, чем при внедрении гена только в ядро клетки.

Салат оказался почти таким же продуктивным, как табак

Выход миоглобина составил около 800 мг на килограмм сухой массы табака и 810 мг на килограмм сухой массы салата. В табаке с геном, встроенным в хлоропласты, белка образовывалось как минимум втрое больше, чем при обычной модификации ядерного генома.

При оценке доли общего растворимого белка миоглобин составлял около 2,7% в табаке и 1,5% в салате. В генетически модифицированной одноклеточной водоросли Chlamydomonas reinhardtii результат оказался ниже 0,25%.

При этом натуральное мясо содержит значительно больше миоглобина — примерно 8,1–11,2 г на килограмм сухой массы. Поэтому растения пока не могут напрямую заменить животную мышечную ткань по содержанию этого белка.

Авторы считают, что более высокая эффективность растениеводства может частично компенсировать разницу. При выращивании растений требуется меньше земли и воды, чем при производстве мяса, а выход белка в пересчёте на гектар потенциально может приблизиться к животноводству.

Пока это предположение, а не подтверждённый промышленный расчёт: исследование было лабораторным и не включало полноценную оценку жизненного цикла, стоимости масштабного выращивания, извлечения и очистки белка.

Главным ограничением оказался гем

Миоглобин должен связываться с гемом, чтобы выполнять свои основные функции. У полученного из табака белка доля связанного гема составила около 35%. Для сравнения, у миоглобина, произведённого с помощью кишечной палочки, этот показатель достигал примерно 80%.

Сам белок при этом имел правильную пространственную структуру. Учёные предполагают, что узким местом стала именно доступность гема внутри растительной клетки.

Это важное ограничение. Без достаточного количества гема растительный миоглобин не сможет в полной мере обеспечить требуемые цвет, вкус и содержание биодоступного железа.

Дальнейшие работы должны быть направлены на повышение синтеза гема, увеличение выхода белка и проверку того, как он ведёт себя в составе готовых пищевых продуктов.

Как белок могут использовать

Наиболее реалистичный вариант — извлекать миоглобин из листьев, очищать его и добавлять в растительное мясо как отдельный ингредиент. Такой подход уже используется в отрасли с другими белками, производимыми микроорганизмами.

Исследователи также допускают, что модифицированный салат в будущем сможет использоваться как продукт, обогащённый гемовым железом. Однако для этого потребуется подтвердить безопасность, пищевую ценность и получить разрешение регуляторов.

Салат был выбран именно как съедобная культура. Табак использовался как стандартная модель для отработки технологии и не рассматривается в качестве непосредственного пищевого сырья.

Это пока не готовое «мясо из салата»

Исследование не означает, что из листьев уже можно производить полноценный заменитель мяса. Учёные получили только один животный белок, который может улучшить отдельные свойства растительных продуктов.

Структура, сочность и питательная ценность мяса зависят от целого комплекса компонентов — мышечных волокон, жира, соединительной ткани, аминокислотного состава и способа приготовления. Миоглобин отвечает лишь за часть этих характеристик.

Кроме того, технология основана на генетически модифицированных растениях. Их выращивание и использование в пищевой промышленности потребуют отдельного регулирования, контроля распространения и оценки экологических рисков.

Тем не менее работа показывает альтернативу производству животных белков в бактериальных или дрожжевых биореакторах. В перспективе необходимые ингредиенты для растительного мяса можно будет получать непосредственно в сельскохозяйственных культурах.

Основной вопрос теперь заключается в том, удастся ли повысить содержание миоглобина и гема, а также сделать его выделение экономически выгоднее существующих методов.