Менше калорій, той самий смак: вчені навчилися робити «розумний» цукор з глюкози
У пошуках корисніших альтернатив звичайному цукру науковці зробили важливий крок уперед. Дослідники з Університету Тафтса у США знайшли спосіб отримувати тагатозу — цукор, який містить приблизно на 60% менше калорій, ніж звичайний — із дешевої та доступної глюкози. Ключову роль у цьому відіграли генетично модифіковані бактерії.
Роботою керував професор Нікхіл У. Наїр, чия лабораторія спеціалізується на створенні мікроорганізмів для харчової промисловості. Мета команди — навчити клітини виробляти рідкісні цукри, які поводяться в приготуванні їжі так само, як і звичайний цукор.
Чому тагатоза досі була рідкістю
Харчовим компаніям потрібні підсолоджувачі, які не лише солодкі, а й карамелізуються, утримують вологу та надають випічці потрібної текстури. Більшість замінників із цим не справляються. Тагатоза ж майже ідеальна — за смаком вона близька до сахарози й добре «працює» в духовці.
Проблема в ціні. У природі тагатози вкрай мало — зазвичай менше 0,2% від загальної кількості цукрів у продуктах. Промислове виробництво зазвичай починається з галактози, яку отримують із лактози, але цей процес складний, неефективний і дорогий.
Як бактерії «перевчили» глюкозу
Ідея вчених полягала в тому, щоб замінити дорогу сировину дешевою глюкозою. Але є нюанс: клітини зазвичай використовують глюкозу як паливо для енергії, а не як матеріал для створення рідкісних цукрів.
Рішенням стало перепрограмування бактерій Escherichia coli. Дослідники внесли генетичні зміни, які блокують ключові етапи гліколізу — основного шляху «спалювання» глюкози. У результаті клітина змушена спрямовувати глюкозу в альтернативні біохімічні маршрути, де вона перетворюється на будівельні блоки для тагатози.
Весь процес відбувається всередині живих бактерій, без необхідності окремо очищати ферменти. Щоправда, після виробництва цукор все одно доведеться ретельно очищати від клітин та слідів генетичного матеріалу.
Неочікуваний помічник — слизовик
Ключовим відкриттям став фермент із доволі незвичного джерела — слизовика Dictyostelium discoideum. Цей фермент здатен «звільняти» галактозу, відщеплюючи від неї фосфатну групу. Саме його вбудували в бактерії для запуску нового біохімічного ланцюжка.
Комп’ютерне моделювання показало, що фермент має особливу структуру, яка дозволяє йому працювати з галактозою, але ігнорувати глюкозу. Це важливо, щоб процес не пішов у зворотний бік.
Хімія навпаки
Щоб отримати галактозу з глюкози, вчені фактично «перевернули» відомий клітинний шлях — так званий шлях Лелуара. Вони заблокували повторне фосфорилювання галактози, щоб вона не зникала в клітинному метаболізмі, а залишалася доступною для наступного етапу.
Далі інший фермент — арабінозоізомераза — змінює форму молекули галактози, перетворюючи її на тагатозу. При цьому кількість атомів не змінюється, лише їхнє розташування.
Що вдалося отримати
У лабораторних умовах бактерії, що росли на глюкозі, виробляли багато галактози й менші, але стабільні кількості тагатози. Збільшення активності «слизовикового» ферменту підвищувало вихід обох цукрів, що показало: саме цей етап обмежує продуктивність.
Теоретично процес може бути дуже ефективним — майже 95% від максимально можливого виходу, адже глюкоза не втрачає половину вуглецю, як це відбувається з лактозою. Поки що це лише доказ концепції, але потенціал виглядає багатообіцяльним.
Чому це важливо для випічки й здоров’я
Тагатоза не просто солодка. Вона надає тісту об’єму, утримує вологу та підрум’янюється під час випікання. За смаком вона досягає близько 92% солодкості звичайного цукру, тож різницю більшість людей майже не відчуває.
В організмі тагатоза поводиться інакше, ніж сахароза: лише частково всмоктується в тонкому кишечнику, а решта потрапляє до товстої кишки, де її ферментують бактерії. Це означає менші стрибки рівня глюкози та інсуліну в крові, хоча у великих дозах можливі здуття чи розлади травлення.
Що далі
D-таgatоза вже визнана безпечною для використання в напоях, солодощах, жувальній гумці та випічці, а також не сприяє розвитку карієсу. Тепер завдання вчених — підвищити вихід саме тагатози, здешевити очищення та перевірити, як новий спосіб виробництва працюватиме в реальних рецептах і при тривалому споживанні.
Дослідження опубліковане в журналі Cell Reports Physical Science і може стати важливим кроком до появи «звичайного» на смак, але значно кориснішого цукру на полицях магазинів.