Bakterie tanio zrobią nam cukier, który nie tuczy, nie psuje zębów i nie wzmaga cukrzycy

Bakterie mają metabolizm nieporównanie bogatszy od ludzi (fot. Shutterstock/qoppi)

Cukier… biała śmierć. Chyba żadna inna dopuszczona masowo do spożycia, ba – obecna powszechnie w żywności dla niemowląt (niestety) – substancja nie ma od lat równie złej prasy, co cukier. Potencjalne zamienniki naszej codziennej sacharozy są albo znacznie mniej słodkie, albo dają w ustach metaliczny posmak, albo nie nadają się do wypieków, albo co gorsza – bywają wiązane z ryzykiem raka. Czy słyszeli jednak, Państwo o tagatozie? A szkoda. Bo ona jest doskonała. Tylko droga. Ale bakterie zrobią ją dla nas tanio.

Bezpieczny przeszczep zamiast codziennych zastrzyków. Wielka nadzieja dla chorych na cukrzycę

Uczeni z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco (USA) z dumą mówią dziś w materiale opublikowanym przez ich uczelnię: „Potrafimy stworzyć w...

zobacz więcej

Bakterie mają metabolizm nieporównanie bogatszy od naszego, zwierzęcego czy nawet roślinnego. Zawsze znajdziemy w naturze szczep, który zrobi dla nas to, czego najbardziej potrzebujemy. A to biopolimer, który może zastąpić plastik, a być biodegradowalny, a to – w stronę rozkładu – enzym, który zeżre sprawnie plamę ropy na powierzchni oceanu lub plamę tłuszczu na ulubionym sweterku. A jak już nie da się (głownie, bo nie ma czasu na kosztowne poszukiwania) znaleźć bakterii-cudotwórcy, to magia inżynierii genetycznej pozwoli uzyskać od bakterii nam przyjaznych, udomowionych w laboratoriach niczym konie, psy i krowy, ten jakiś potrzebny nam związek chemiczny.

Tym torem myślenia poszli w swych eksperymentach biochemicy ze Szkoły Inżynierskiej Tufts University (w Medford w stanie Massachusetts, USA), prof. Nikhil Nair i dr Josef Bober. Jak możemy przeczytać w najnowszym numerze „Nature Communications”, zdołali oni zmusić bakterię znaną nam z jogurtów – Lactobacillus plantarum – do robienia wydajnie, a więc tanio, owej doskonałej tagatozy wspomnianej na samym początku.

Dlaczego tagatoza jest marzeniem wielu z nas? Bo jak posłodzimy napój łyżeczką tagatozy, to nie poczujemy różnicy smakowej ze zwykłym cukrem, ale wchłoniemy tylko 38 proc. tych kalorii, których dostarczyłaby nam sacharoza. Dzieje się tak, bo tagatoza przypomina naszym enzymom, na ich biochemiczne „oko”, L-fruktozę, z której rozkładem „na kalorie” (czyli de facto podjednostki cukrowe zwane pirogronianem) słabo sobie radzą. Ponadto, tagatoza jest absolutnie naturalna, występuje, niestety w mizernych i nieopłacalnych dla procesów oczyszczania ilościach, w mleku, ziarnach kakaowca i owocach. To zatem nie syntetyk, których unikają dziś w diecie świadomi konsumenci. Żeby było jeszcze lepiej, tagatoza jest zupełnie inaczej metabolizowana w naszym organizmie niż sacharoza – cukier kryształ. Tak, że jej trawienie nie podnosi poziomu glukozy we krwi. A to oznacza, że ta substancja słodząca jest absolutnie bezpieczna dla diabetyków, tak z I, jak i II typem cukrzycy. A teraz zmartwimy lekarzy stomatologów – tagatoza nie da im zarobić. Bo – i tu znowu ze względu na metabolizm naszej ukochanej flory jamy ustnej wywołującej próchnicę oraz niezdolność do szybkiego przekształcenia tego cukru w kwas przez nasze własne enzymy – tagatoza nie przyspiesza procesów próchnicy. Da się ją nawet stosować jako słodzik w pastach do zębów.

Nieznana cukrzyca: 3c

Dotąd byliśmy przekonani, że istnieją dwa główne typy cukrzycy: 1, nazywany kiedyś insulinozależnym i 2, insulinoniezależny, dotykający ludzi...

zobacz więcej

Można jeszcze więcej? Można. Tagatoza jest już od 2001 roku zaakceptowana przez amerykańską Food&Drug Administration, a następnie także przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA), oraz podobne agencje Korei, Australii i Nowej Zelandii. We wszelkich od tego czasu prowadzonych badaniach okazuje się bezpieczna dla zdrowia.

Jak uzyskać taki cudowny cukier o tajemnej nazwie chemicznej (3S,4S,5R)-1,3,4,5,6-Pentahydroksy-heksan-2-on? Nazwa ta oznacza, że tagatoza jest heksozą (ma sześć atomów węgla w cząsteczce). Przypomina zaś chemicznie najbardziej galaktozę. Ta zaś jest składnikiem dwucukru, który ostatnio też robi karierę, aczkolwiek raczej jako nowy „czarny charakter”, czyli laktozy – cukru mlekowego. Wielu nas bowiem z wiekiem rozwija nietolerancję tego cukru, coraz więcej też dzieci w naszym kręgu cywilizacyjnym rodzi się lub wcześnie nabywa takiej nietolerancji. W konsekwencji osoby takie muszą korzystać z nabiału pozbawionego tego cukru enzymatycznie – nieco droższego, niż zwykły.

Po tej mlecznej dygresji – laktoza jest zatem źródłem galaktozy, a tę da się chemicznie przerobić na tagatozę w procesie opracowanym w 1988 roku przez Gilberta V. Levina, znanego lepiej ze swoich twierdzeń o odkryciu śladów mikroorganizmów na Marsie niż z opatentowania tej procedury, której wydajność to mizerne, jak na współczesne syntezy w przemyśle spożywczym, ok. 30 proc. Ta archaiczna już dziś i kosztowna procedura polega na izomeryzacji galaktozy w warunkach alkalicznych (wodorotlenek wapnia) do tagatozy. Z powstałej po reakcji mieszaniny tagatozę stałą i czystą uzyskuje się przez krystalizację.

Gry komputerowe i zegary kontra cukrzyca

Potrafimy podświadomie kontrolować poziom cukru we krwi. Nawet jeśli cierpimy na cukrzycę typu drugiego. Czyżby potęga umysłu mogła zwalczyć...

zobacz więcej

Co z tym zrobili biochemicy z Tufts University? Najpierw z procesu chemicznego postanowili zrobić proces enzymatyczny. Wiadomo, enzymy obniżają energie aktywacji reakcji chemicznych, wiec je de facto obserwowalnie przyspieszają. Wybrany enzym nazywa się izomeraza L-arabinozy i, jak sama nazwa wskazuje, galaktoza nie jest jego ukochanym substratem. Wydajność procesu powstawania tagatozy zatem i w tym wypadku nie była imponująca, i wynosiła nieco mniej niż 40 proc. Zamiast zatem wyciągać z lodówki zakupiony czysty enzym ulegający łatwej degradacji w warunkach temperatury reakcji 37-50 st. C, postanowili gen owego enzymu sklonować w bakterii Lactobacillus plantarum. Wtedy, zakładali, będą mieli enzymu za pół darmo, ile im potrzeba i w formie stabilnej (bo zamkniętej w zamrażanych w -70 st. C bakteriach).

Jakież jednak było ich zdziwienie, gdy się okazało, że karmienie takiego wzbogaconego metodami inżynierii genetycznej L. planarum galaktozą (co jest banalne, bo to tzw. bakteria mlekowa i naturalnie umie „jeść” galaktozę) powoduje, że transgeniczna bakteria produkuje tagatozę za pomocą owego dorzuconego jej do komórki genu kodującego enzym. I to produkuje wydajnie – 83 proc. w 50 st. C, którą to temperaturę owa bakteria świetnie znosi. „Nagi” zaś enzym w próbówce w tej temperaturze szybko tracił jakąkolwiek aktywność, gdy „opakowany” w bakterię jest stabilny i musi się znacznie mniej namordować, by wykonać te samą „termodynamiczną pracę”.

No ale po co się zatrzymywać, skoro można iść dalej? Gdy okazało się, że reakcja w bakterii jest spowalniana przez sam fakt ograniczonego transportu galaktozy do komórki bakteryjnej, a tagatozy na zewnątrz, trzeba było zlikwidować i tę niedogodność. Dlaczego taka sytuacja ogranicza pracę enzymu? Bo każdy enzym, jak wspomniałam, obniża jedynie energię aktywacji reakcji chemicznej. To, w którym kierunku będzie ona przebiegać (czyli, co będzie jej substratem, a co produktem, bo enzym to są jakby takie drzwi obrotowe), zależy zawsze i wszędzie w układzie zamkniętym od stosunku stężenia substratów reakcji do stężenia jej produktów. Ile się nasza pani od chemii w liceum namordowała, żeby to wszystkim wbić do głów! Temperatury zatem nie ma już po co podnosić – nic to już więcej nie przyspieszy, a może być tylko gorzej, bo „bakteryjna kapsuła” nie lubi, żeby było jeszcze cieplej. Gdy zatem stężenie substratu (galaktozy) w komórce bakterii spada, bo on znacznie szybciej jest zamieniany w produkt (tagatozę) niż jest dostarczany do komórki, a jednoczenie stężenie produktu rośnie, bo on wydajnie powstaje, ale nie jest usuwany, trzeba zmniejszyć tę barierę na granicy.

Barwy ochronne: głowonogi robią kamuflaż za pomocą maszyny molekularnej

Głowonogi to dziwolągi. Badając opalizujące kalmary, którymi normalni Kalifornijczycy się objadają, uczeni z Uniwersytetu w Santa Barbara odkryli,...

zobacz więcej

Okazało się, że wystarczy „kapnąć” detergentem. To nieco rozluźniło osłony komórkowe L. plantarum i cukry zaczęły „śmigać”, co zaoszczędziło procedurze kilka cennych godzin, a czas to pieniądz. Przemieszczanie oczywiście następowało, tak jak uczono nas na lekcjach (tekst ten, o tym, że „termodynamiki się nie da oszukać” dedykuję już nieodwołalnie p. Jadwidze Sokołowskiej z IX LO we Wrocławiu), zgodnie z gradientem stężeń. Czyli substrat szedł do wnętrza bakterii, a produkt na zewnątrz.

Czy to koniec drogi i pojutrze będziemy jeść „bezpieczny dla zębów” i dozwolony cukrzykom, jak najbardziej naturalny słodzik o nazwie tagatoza? Pewnie nie, potrzeba dalszej optymalizacji procesu już w skali przemysłowej, w wielkim fermentorze, a nie laboratoryjnej kolbie. Rynek zastępników cukru, wart dziś w samym USA ok. 7 miliardów dolarów, myślę wstrzymał oddech. Jasnym jest również, że na izomerazie L-arabinozy się nie skończy. Takie „opakowanie” niestabilnych enzymów w bezpieczne dla naszego zdrowia bakterie zdolne żyć w wyższych temperaturach, stosownych dla reakcji chemicznych, to dobry pomysł. I niech robią takich „doskonałych” substancji, jak tagatoza, jak najwięcej. By mogli sobie na nie pozwolić także mniej zamożni konsumenci.

źródło:
Zobacz więcej