Более здоровая замена сахару: модифицированные бактерии дают сладкое решение
Исследователи и пищевая промышленность давно ищут подсластитель, который даёт вкус сахара без его недостатков — лишних калорий, кариеса и повышенного риска ожирения, инсулинорезистентности и диабета.
Прорыв в производстве тагатозы
В исследовании, опубликованном в Cell Reports Physical Science, учёные из Университета Тафтса разработали способ биосинтетического производства редкого сахара — тагатозы. Она может обеспечить сладость и натуральный вкус столового сахара без его потенциального вреда и даже дать некоторые преимущества для здоровья.
Тагатоза встречается в природе в очень малых количествах по сравнению с обычными сахарами, такими как глюкоза, фруктоза или сахароза. Её можно найти в молоке и молочных продуктах, когда лактоза расщепляется под действием тепла или ферментов, например, при производстве йогурта, сыра и кефира. Некоторые фрукты, такие как яблоки, ананасы и апельсины, содержат следовые количества тагатозы. Поскольку её доля в природных источниках обычно менее 0,2%, для потребления её обычно производят, а не извлекают.
Конструирование бактерий для эффективного синтеза
«Существуют установленные процессы производства тагатозы, но они неэффективны и дороги», — говорит Ник Наир, доцент химической и биологической инженерии в Тафтсе.
«Мы разработали способ производства тагатозы, модифицировав бактерии Escherichia coli, чтобы они работали как крошечные фабрики, оснащённые нужными ферментами для переработки большого количества глюкозы в тагатозу. Это гораздо более экономически целесообразно, чем наш предыдущий подход, который использовал менее доступную и дорогую галактозу».
Бактерии были модифицированы для включения недавно открытого фермента из слизевика — галактозо-1-фосфат-селективной фосфатазы (Gal1P), которая помогает производить галактозу напрямую из глюкозы. Второй фермент, экспрессируемый бактериями, — арабинозоизомераза — завершает превращение галактозы в тагатозу.
Выход тагатозы из глюкозы, произведённой бактериями, может достигать 95%, что значительно больше и дешевле, чем при обычном производстве, где выход составляет лишь 40–77%.
Потенциальная польза для здоровья и применение
Тагатоза на 92% слаще сахарозы (столового сахара) и содержит примерно на 60% меньше калорий. FDA присвоило тагатозе статус «общепризнанной безопасной» (GRAS) для использования в пищевых продуктах — такой же, как у соли, уксуса и пищевой соды.
Её потенциальная польза для диабетиков связана с тем, что она лишь частично всасывается в тонком кишечнике, а большая часть ферментируется бактериями в толстой кишке. Из-за этого её влияние на уровень глюкозы и инсулина в крови намного меньше, чем у обычного сахара. Клинические исследования показывают очень низкое повышение уровня глюкозы или инсулина в плазме после приёма тагатозы.
В отличие от сахарозы, которая питает вызывающие кариес бактерии во рту, тагатоза, по-видимому, снижает рост некоторых из этих бактерий, и есть данные, что она оказывает пробиотическое действие, поддерживая здоровую микрофлору полости рта и кишечника.
Благодаря низкой калорийности и низкой усвояемости тагатоза является привлекательным «объёмным подсластителем». Это означает, что она не только может заменить сахар по сладости, но и обеспечивает аналогичную текстуру и объём при готовке, чего не могут сделать высокоинтенсивные подсластители. Она даже карамелизуется, как столовый сахар. При тестировании вкуса она оказалась наиболее похожей на столовый сахар по сравнению с другими сахарами и заменителями.
Ключевая инновация и будущие возможности
«Ключевой инновацией в биосинтезе тагатозы стало обнаружение фермента слизевика Gal1P и его встраивание в наши производственные бактерии», — сказал Наир. «Это позволило нам обратить вспять естественный биологический путь метаболизма галактозы в глюкозу и вместо этого генерировать галактозу из подаваемой в качестве сырья глюкозы. Тагатоза и, возможно, другие редкие сахара могут быть синтезированы на этой основе».