Uměle vytvořené bakterie dláždí cestu pro veganský sýr a jogurt. Na snímku je shluk buněk střevní bakterie Escherichia coli. Zvětšeno 10 000×Kredit: Eric Erbe, volné dílo.

Dánsko-švédsko-francouzký kolektiv vědců v preambuli své práce uveřejněné v odborném časopisu Trends in biotechnology uvádí, že motivem jejich počinu byly obavy o udržitelnost zemědělství a rostoucí poptávka po mléčných bílkovinách. Takové „zaklínadlo“ se praktikuje v žádostech o udělení grantu, a když je pak výzkum dokončen, formulka se musí objevit i v odborné publikaci. My v Česku máme s udržitelností chovu skotu a dostatkem živočišných proteinů jiné zkušenosti. V porovnání s rokem 1987 stavy skotu jsou nyní sotva na 40 procentech původního počtu a v případě změny zemědělské politiky jsme místo nesmyslného sekání neobhospodařovaných ploch schopni produkci proteinů o sto procent zvýšit a to i udržitelně.

Bacillus subtilis se stal zdrojem genetického kódu pro tvorbu enzymu zvaného kináza. Kredit: Wikipedia, volné dílo.

Noticka ohledně udržitelnosti, kterou jsem si zde dovolil zpochybnit, ale nikterak nesnižuje vědecký pokrok, kterého se autorům při převádění tvorby kaseinu z krav na bakterie podařilo dosáhnout. Využili k tomu bakterii E. Coli. Upravili ji tak, aby produkovala kasein. Kasein je lehce stravitelný a kvalitní protein obsahující pro naše tělo několik esenciálních aminokyselin. Jak už tušíte, jde produkci proteinu nutričně a funkčně podobného tomu bovinnímu.

Mléčný kasein pohled mikroskopem. Kredit: Jhon Matthew O. Leron CC BY-SA 4.0

Snaha produkovat rekombinantní proteiny pomocí mikroorganismů není nová. Proč o tom tedy nyní píšeme? Inu proto, že i když se to genetickým inženýrům již nějakou dobu daří, jejich „umělému“ kaseinu se zatím nedařilo vtisknout takové vlastnosti, aby takříkajíc z oka vypadl tomu, na který je naše tělo zvyklé a nemá s jeho využitím problém.

Jak už to tak bývá, problém spočívá v detailu. To, co kráva tvoří, není jen dlouhá molekula a obyčejný řetězec z  aminokyselinových zbytků. V našem případě svou úlohu hraje replikace klíčového faktoru, který kaseinu propůjčuje jedinečné vlastnosti. Chemik by to popsal jako připojování fosfátových skupin. Biolog jako úpravu serinových složek aminokyselin, které kaseinu dovolí vázat vápník. V podstatě jde o to, že teprve až správná modifikace učiní strukturu proteinu stabilní a současně jí dodají i žádoucí nutriční vlastnosti. Potravináři zabývající se kvalitou mléka a mléčných produktů nazývají takovou strukturu micelami a kvalitu posuzují pohledem do mikroskopu. Fyziologicky jsou micely transportní činidlem pro biologicky dostupný vápník a fosfát.

Mléko lze považovat především za suspenzí micel, v nichž molekuly proteinu jsou orientovány tak, aby povrch se choval hydrofilně a směrem dovnitř byly hydrofobní kaseinové struktury chráněny. Stabilitu tohoto výtvoru přírody jistí onen již dříve zmíněný vápník.

Pravdou je, že vytvořit kasein pomocí mikrobů problém nebyl. Genetici už nějaký ten pátek umí s genomem bakterií to zaonačit tak, že ty chuděry pak nemají na výběr a poslušně tvoří, co jim vpravený genetický kód velí. Problém spočíval v tom, že se z bakterií dařilo vymáčknout kasein hodný spíše na výrobu lepidla a knoflíků.

Suvasini Balasubramanian, první autorka studie, z níž čerpal tento článek. Kredit: ResearchGate.

Až nyní se týmu vedenému Peterem Ruhdalem Jensenem podařilo proteinové molekuly vylepšit tak, jak to zatím uměli jen savci. Vědci u rekombinantního kaseinu produkovaného mikrobem dosáhli toho, čemu říkají posttranslační modifikace, která vtiskne bílkovině takové nutriční vlastnosti, jaké má přirozený kravský produkt.

Schéma produkce funkčních rekombinantních kaseinů – systém kinázové koexprese (vlevo) a fosfomimetické modifikace (vpravo). Kredit: S. Balasubramanian, et al.,2025

Odbornou mluvou to vědci popisují tak, že mikrobem vytvořená molekula alfa s1 -kaseinu je fosforylována bakteriálními kinázami na všech nativních místech. V překladu do lidštiny to znamená, že přinutili běžnou bakterii tlustého střeva (Escherichia coli ) tvořit „kravský“ mléčný protein. A protože by jen to nestačilo, tak onu bakterii ještě pomocí dalšího genetického kódu (tentokrát vypůjčeného z půdního mikroba Bacillus subtilis) znásilnili k tvorbě kináz. Jejich přičiněním dojde nejen k dodání fosfátových skupin k proteinům, ale i ke změně prostorové konfigurace což přispěje k vlastnostem vyžadovaným pro zpracování na mléčné produkty, jaké známe z klasických mlékárenských a sýrařských provozů zásobovaných surovinou z živočišných farem.

Vědci dokonce testovali dva přístupy produkce funkčních kaseinů. Zjistili, že alternativní přístup zvaný fosfomimetická modifikace zvládá rovněž imitovat strukturu přirozeného kaseinu. Toto řešení spočívá v nahrazení fosforylovaných struktur kyselinou asparagovou. Ta, podobně jako fosfátové skupiny,  dodává molekule negativní náboj tolik potřebný k tomu, aby kasein byl metabolicky funkční. V některých parametrech se vědcům tento způsob úpravy kaseinu pozdával dokonce lepší. Kterému z popsaných způsobů dá praxe přednost, se teprve ukáže.

Závěr

O ekonomice výroby mléčného proteinu upravenými bakteriemi výzkumná zpráva nehovoří. Další neznámou je, jak se k výrobkům z mikroby produkovaného kaseinu postaví veřejnost. Nejspíš marketéři producentů pro takové výrobky vymyslí certifikáty ve smyslu, že výrobek je „košer“. Leccos v tom mohou napovědět produkty opatřené nálepkami „EKO“, „GMO free“, „Bio“,… Produkty něčím ozvláštněné si svou klientelu nachází snadněji.

Literatura

Suvasini Balasubramanian, et al.: Production of phosphorylated and functional αs1-casein in Escherichia coli. Trends in biotechnology, 2025