تبدأ الكثير من صباحات الطفولة مع وعاء كبير من رقائق الذرة والحليب. من زجاجات الحليب التي كانت تُلقى على عتبات البيوت إلى الجالونات المتوفرة في المتاجر، لا يزال الحليب مكوّنًا غذائيًا رئيسيًا عالميًا بسبب مذاقه الغني وقيمته الغذائية.
ويُعد بروتين الكازين عنصرًا رئيسيًا في هذا التميّز. لا يقتصر استخدامه على منتجات الألبان فحسب، بل يُباع أيضًا كمكمل رياضي، ويُستخدم في الصناعات الدوائية، ويُعد مكوّنًا أساسيًا في صناعة الجبن. وقد قُدّرت قيمة سوق الكازين عالميًا بحوالي 3 مليارات دولار في عام 2025، ويتوقع أن تتضاعف تقريبًا بحلول 2035.
تحديات الإنتاج الحيواني
رغم الطلب المتزايد، فإن الإنتاج الحيواني للحليب يُسهم في انبعاثات الغازات الدفيئة، وتؤدي ممارسات الزراعة غير المستدامة إلى تدهور الأراضي الرطبة والغابات والمراعي. كما تثير مزارع الألبان الكبيرة مخاوف أخلاقية بشأن رفاهية الحيوانات.
البديل الميكروبي
تقترح دراسة جديدة من علماء في هولندا والدنمارك حلًا مبتكرًا: هندسة بكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli) لإنتاج بروتينات كازين وظيفية بالكامل.
تُظهر البروتينات المُهندسة قدرة ديناميكية على الالتفاف والارتباط بالكالسيوم، تمامًا كما في البروتين الطبيعي، مما يشير إلى أنها قد تسهم في رفع مستويات الكالسيوم في الجسم.
“الإنتاج الحيواني التقليدي يُواجه ضغوطًا متزايدة للحد من بصمته البيئية، خاصة فيما يتعلق بانبعاثات الميثان واستهلاك المياه والأراضي”، كتب فريق الدراسة. “إنتاج الكازين بواسطة البكتيريا يُعد بديلًا واعدًا”.
مصانع جزيئية
رغم أن فكرة “أكل بروتين الحليب الذي تنتجه البكتيريا” قد تبدو غريبة، إلا أن البكتيريا تُعد مصانع كيميائية فعالة منذ عقود. فقد استخدمت لإنتاج الإنسولين، وهرمون النمو، وجزيئات المناعة، كما يمكن تعديلها باستخدام أدوات مثل CRISPR لإنتاج أدوية وحتى إنزيمات غذائية.
كما أصبح من الممكن الآن إنتاج بروتين الواي (whey) من خلال التخمير الدقيق، ويُباع كمنتج مميز في السوق. لكن الكازين أصعب بكثير من حيث التصنيع، لأنه يتجمع تلقائيًا في شكل كُتل بروتينية (micelles) تحتوي على مجموعات فوسفات ترتبط بالكالسيوم.
هذه الكُتل تلعب دورًا أساسيًا في إيصال الكالسيوم إلى الجسم، ما يجعلها مفيدة خصوصًا لمن يعانون من عدم تحمل اللاكتوز أو نقص البروتين في النظام الغذائي.
رمز جزيئي دقيق
يحتاج الكازين إلى تعديلات خاصة ليكون قادرًا على حمل الكالسيوم. تخيّله كسلسلة من خرز “ماردي غرا”؛ بعض الخرزات يجب أن تحمل “علامات فوسفاتية”.
يتطلب ذلك بروتينات لا توجد طبيعيًا في E. coli. ورغم أن الخميرة تُعد خيارًا أفضل نظريًا بسبب قربها من خلايا الإنسان، إلا أنها قد تضيف علامات كيميائية غير مرغوبة أو تُتلف البروتين.
تفادت الدراسة هذه العقبات عبر إدخال 3 جينات لإنزيمات من ميكروبات أخرى لإنشاء علامات فوسفاتية مناسبة، مع تعديلات إضافية على بنية الكازين لضمان حمل الكالسيوم بكفاءة.
تم اختبار البروتينات في سوائل هضمية محاكية من الفم حتى الأمعاء، وكانت قابلة للهضم بالكامل، مما يدل على أنها آمنة نسبيًا للاستهلاك البشري.
نحو عالم خالٍ من الألبان؟
رغم أن الدراسة لم تختبر تأثير البروتين على البشر، إلا أن طريقة الإنتاج تُشبه تلك المستخدمة لإنتاج الإنسولين في البكتيريا.
“هندسة بكتيريا لإنتاج الكازين تمثل بديلاً واعدًا لتقليل الاعتماد على الثروة الحيوانية، مع الحفاظ على الخصائص الوظيفية الضرورية لتطبيقات الألبان”، كتب الباحثون.
ورغم أن النتائج لا تزال إثباتًا للمفهوم، فإن الدراسات السابقة تُشير إلى إمكانية إنتاج كميات تجارية من البروتينات المصممة عبر E. coli. كما يمكن تعزيز الإنتاج باستخدام ميكروبات أخرى.
وباعتبار أن الكازين هو المكوّن الرئيسي في صناعة الجبن، فإن إنتاجه بوساطة البكتيريا قد يُحدث ثورة في صناعة الأجبان النباتية ذات القوام والمذاق المشابه للجبن التقليدي.
ومع ذلك، فإن الإمكانات لا تقتصر على الأغذية فقط، إذ قد تُستخدم بروتينات الكازين المهندسة مستقبلًا في تصنيع مواد لاصقة، ودهانات، وطلاءات مقاومة للنار.
