כשהצמח הופך למפעל ביולוגי: ישראל בדרך לגדל חלבוני חלב בשדות

חוקרים מהאוניברסיטה העברית הצליחו לגרום לזרעים לייצר בטא־קזאין שמקורו בחלב פרה, וכבר העבירו את הטכנולוגיה לחריע. הפיתוח ממחיש את אחת המגמות המסקרנות בחקלאות העתיד:

במקום לגדל רק מזון – לתכנת צמחים לייצר עבורנו חלבונים ומולקולות בעלי ערך תעשייתי גבוה.

יכול להיות שבעוד מספר שנים השאלה "מה מגדלים בשדה הזה?" תקבל תשובה שונה לחלוטין מזו שאנו מכירים כיום.

לא חיטה. לא תירס. לא שמן.

אלא חלבון חלב.

צוות בראשות פרופ' עודד שוסיוב מהפקולטה לחקלאות, מזון וסביבה באוניברסיטה העברית הצליח להנדס צמחים כך שייצרו בטא־קזאין – β-casein – חלבון מרכזי בחלב פרה.

המחקר מספק דוגמה מוחשית לאחד התחומים שעשויים לשנות את החקלאות בעשורים הקרובים: חקלאות מולקולרית – Molecular Farming.

במקום להשתמש בצמח רק כמקור למזון, הופכים אותו למערכת ביולוגית המסוגלת לייצר מולקולות שתוכננו מראש

מה בדיוק הצליחו החוקרים לייצר?

בטא־קזאין הוא אחד מחלבוני הקזאין בחלב.

לקזאין חשיבות תזונתית, אך הוא גם אחד המרכיבים שמעניקים למוצרי חלב חלק מתכונותיהם הפיזיקליות – ובהן מבנה, יציבות, מרקם והתנהגות בתהליכי ייצור גבינה.

החוקרים החדירו לצמח הוראות גנטיות המאפשרות לזרעים שלו לייצר את החלבון.

בשלב המחקר הראשון נעשה שימוש ב־Arabidopsis thaliana – צמח מודל קטן הנמצא בשימוש נרחב במחקר גנטי וצמחי.

ואז קרה משהו שהחוקרים לא תכננו

אחד האתגרים הגדולים בייצור חלבונים באמצעות צמחים אינו רק לגרום לצמח לייצר את החלבון – אלא גם לגרום לחלבון להצטבר במקום שבו הוא נשמר בצורה יציבה וניתן יהיה להפיק אותו ביעילות.

החוקרים ניסו לכוון את הבטא־קזאין אל מדורים מוגדרים בתוך התא.

אלא שבאחד הקווים המהונדסים קרה משהו אחר.

החלבון הצטבר במבנים בלתי צפויים ליד גופיפי השמן של הזרע. במיקרוסקופיה נראו מבנים המזכירים במאפייניהם אגרגטים של קזאין.

בקו הצמחי המוצלח ביותר היווה הבטא־קזאין כ־1.26% מכלל החלבון המסיס בזרע.

הנתון החשוב הנוסף הוא שהזרעים המהונדסים המשיכו לנבוט – כלומר ייצור החלבון לא מנע מהזרע לבצע את תפקידו הביולוגי הבסיסי.