واحدة من أكبر العقبات في العثور على بديل صحي وبأسعار معقولة لسكر المائدة أو السكروز هي القدرة على صنعه. أحد هذه البدائل هو الألولوز، وهو حلو بنسبة 70٪ تقريبًا مثل السكروز ولكنه يحتوي على 10٪ فقط من السعرات الحرارية، وقد ثبت أنه يحسن مستويات السكر في الدم ويساعد على فقدان الوزن لدى الأشخاص المصابين بداء السكري من النوع الثاني. ومع ذلك، فإن طرق الإنتاج الحالية معروفة بانخفاض الإنتاج وسوء الجودة، مما أعاق تطوره.
الآن، حقق العلماء في جامعة كاليفورنيا، ديفيس (UCDavis) "اختراقًا كبيرًا" في إنتاج الأليلوز، باستخدام طريقة توفر عوائد عالية الجودة وممكنة وقابلة للتطوير، مما يجعلها بديلاً صحيًا وقابلاً للتطبيق للسكر. تعيد هذه الطريقة أيضًا كتابة الطريقة الحالية للحصول على السليلوز ويمكنها الترويج بسرعة لإنتاجه التجاري.
وقال شوتا أتسومي، أستاذ الكيمياء بجامعة كاليفورنيا في ديفيس: "السليلوز بديل رائع للسكر، ولكن ليس لدينا حتى الآن طريقة فعالة من حيث التكلفة لإنتاجه". "تتميز طريقتنا الجديدة بالكفاءة والفعالية من حيث التكلفة ويمكن توسيع نطاقها للإنتاج التجاري."
يعتبر الألولوز (المعروف أيضًا باسم سكر الأرز البني D) سكرًا نادرًا لأنه يوجد بشكل طبيعي بكميات ضئيلة في عدد قليل من الأطعمة النباتية، مثل القمح والتين والزبيب. بمجرد استخلاصه، يصبح له ملمس وطعم السكروز مع 0.4 سعرة حرارية فقط لكل جرام، مقارنة بـ 4 سعرة حرارية لكل جرام من السكروز. وبما أنه سكر أحادي، وهو جزيء سكر واحد، فإنه يمر بعملية مختلفة تمامًا في جسم الإنسان. يتم امتصاص ما يقرب من 70٪ عن طريق الأمعاء الدقيقة ويتم إخراجها في البول خلال 24 ساعة. ويتم إخراج الباقي عبر المسار الخلولي للأمعاء الغليظة خلال حوالي 48 ساعة. لذلك، لا يؤثر الأليلوز على نسبة السكر في الدم أو مستويات الأنسولين.
حاليًا، يتم استخدام الإنزيمات D-tagatose-3-epimerase (DTEase) (DTEase) وD-psicose-3-epimerase (DPEase) لاستخراج البسيكوز وتحفيز تحويله من الفركتوز، لكن قيود هذه العملية تعني أن العائد يمكن أن يصل إلى 50٪ فقط على الأكثر، وأن النقاء منخفض جدًا.
وبدلاً من محاولة زيادة إنتاج هذه الإنزيمات، تحول العلماء في جامعة كاليفورنيا في ديفيس إلى إيجاد طريقة أخرى لإنتاج السكر بالكامل. وقد وجدوا هذه الطريقة في بكتيريا الأمعاء الشائعة الإشريكية القولونية (E. coli).
وقام الفريق، الذي يعمل مع معهد مارس للأبحاث المتقدمة، بتحرير عمليات التمثيل الغذائي للميكروبات بحيث أنه عندما يتم تغذية الخلايا بالجلوكوز، فإنها تحوله إلى سكر. ونتيجة لذلك، وصل العائد على الفور إلى 62% (والأهم من ذلك أن النقاء تجاوز 95%).
وقال أتسومي: "بمجرد إعادة توجيه التدفق، تجد أن الخلايا لديها كل ما تحتاجه، فهي تحتاج فقط إلى تشغيلها، ويتم إيقاف المسارات غير الضرورية".
في الأساس، تمتلك الإشريكية القولونية بشكل طبيعي المسار الصحيح لإنتاج الأورينوز من الجلوكوز، وقد قام العلماء بتعديل التصميم لقلب المفتاح إلى نتيجة استقلابية محددة. لا تنتج هذه الطريقة الجديدة مادة السيكوز فحسب، بل إنها أيضًا مستدامة وفعالة من حيث التكلفة، مما يسمح بزيادة الإنتاج باستخدام البنية التحتية الحالية والتقنيات البيوكيميائية.
وأشار الباحثون في ورقتهم البحثية إلى أن "تكنولوجيا تحفيز الخلايا الكاملة والبنية التحتية قد تم إنشاؤها بالفعل صناعيا ويمكن أن تزود الكائن الحي النموذجي الإشريكية القولونية بمواد أولية لا تتنافس مع إنتاج الغذاء التجاري". "إن القدرة على إنتاج السكريات النادرة على دفعات ستوفر بدائل سكر منخفضة السعرات الحرارية للأغذية فائقة المعالجة، مما يساعد على معالجة معدلات السمنة المتزايدة في جميع أنحاء العالم. كما ستوفر زيادة إنتاج السكريات النادرة مبيدات حشرية مستدامة للصناعة الزراعية والسكريات البسيطة ذات القيمة الطبية لصناعة الأدوية."
ولأن الإشريكية القولونية المعدلة تلتهم كل الجلوكوز الذي يتم تغذيته بها، فإن الأمر يتطلب القليل من العمل لتحسين النقاء، وهو ما يحل مشكلة أخرى تتعلق بطرق الإنتاج الحالية.
ونُشر البحث في مجلة Nature's Science of Food.