Впервые в салате удалось вырастить ключевой белок животного происхождения

Фото из открытых источников

Альтернативные пути производства животных белков имеют решающее значение для снижения зависимости от традиционного животноводства, которое вносит значительный вклад в выбросы парниковых газов, вырубку лесов и потребление воды. Миоглобин (Mb) — важный связывающий кислород гемопротеин, обнаруженный в мышцах позвоночных, который улучшает питательные и органолептические свойства мяса. Благодаря своей уникальной функциональности, Mb был гетерологически экспрессирован в различных организмах, хотя для высших растений сообщалось только о временной экспрессии в Nicotiana benthamiana.

В исследовании, результаты которого были опубликованы в журнале Frontiers in Plant Science, ученые генетически модифицировали растения салата и табака для выращивания животного белка миоглобина.

«Наше исследование впервые демонстрирует, что высшие растения способны стабильно производить миоглобин, один из ключевых белков, ответственных за многие желаемые свойства мяса», — говорит соавтор исследования Алексия Грофф из Имперского колледжа Лондона. «Это особенно актуально в наше время, когда спрос на платформы для устойчивого производства продуктов питания выше, чем когда-либо».

В своем исследовании Грофф и ее коллеги использовали метод, называемый биолистической трансформацией, применяя «генную пушку» для бомбардировки хлоропластов саженцев салата (Lactuca sativa) и табака (Nicotiana tabacum) оптимизированными версиями генов миоглобина свиньи.

После подтверждения правильности введения ДНК растения были выращены до взрослого состояния и дали семена, а тесты показали, что трансген передался их потомству.

«Одним из самых больших сюрпризов стало то, насколько хорошо растения перенесли производство миоглобина», — сказала Грофф. «Хотя миоглобин связывает гем, важную молекулу, участвующую во многих аспектах метаболизма растений, трансформированные растения оставались здоровыми, плодовитыми и не демонстрировали существенных нарушений фотосинтеза».

Результаты показали, что с помощью этой методики удалось получить приблизительно 810 мг миоглобина на килограмм сухого веса салата и 800 мг миоглобина на килограмм сухого веса табачных растений.

Это значительно меньше, чем количество миоглобина, вырабатываемого в мясе, но, если учесть экологические преимущества растениеводства, ситуация несколько иная.

«Разница в накоплении миоглобина в сухом весе примерно в 10 раз выше в мышцах животных по сравнению с урожайностью растений, описанной в этом отчете», — пишут исследователи в своей статье. «Несмотря на это, растениеводство гораздо более ресурсоэффективно, чем животноводство; следовательно, миоглобин растительного происхождения может обеспечить урожайность белка на гектар, сопоставимую – или даже потенциально превышающую – урожайность в животноводстве, а также существенно снизить потребление воды и выбросы парниковых газов».

Исследователи признают, что необходимы дальнейшие исследования для более точной оценки того, насколько производство миоглобина в растениях сопоставимо с существующими методами животноводства.

Если эта технология получит распространение, исследователи говорят, что белок можно будет извлекать из листьев растений и использовать в качестве компонента в продуктах из растительного мяса, или же люди смогут просто есть или готовить генетически модифицированный салат в качестве свежего ингредиента.

Однако еще одним фактором, который может склонить чашу весов в пользу использования растительных компонентов, является дальнейшее усовершенствование процесса.

В конце концов, описанный здесь метод — это всего лишь проверка принципа действия, и команда утверждает, что предстоит еще много работы для увеличения выхода белка, и не только миоглобина.

«Мы обнаружили, что белок правильно сворачивается, но включение гема происходит не полностью, что дает нам четкое направление для улучшения будущих поколений этих растений», — сказала Грофф.

Поскольку наши результаты показывают, что доступность гема является узким местом, в будущих исследованиях можно было бы сосредоточиться на модификации пути метаболизма гема или других аспектов метаболизма гема для увеличения доли полностью собранного миоглобина.

«Помимо миоглобина, мы с энтузиазмом изучаем другие ценные пищевые и функциональные белки, поскольку наши результаты показывают, что хлоропласты представляют собой перспективную платформу для устойчивого молекулярного земледелия», - отметили авторы исследования.