GoodFood – Человеческое грудное молоко содержит уникальную смесь пребиотических сахаров, которые сложно воспроизвести в коммерческих детских смесях. Новые исследования ученых Калифорнийского университета показали, что растения могут быть идеальными производителями
Во всем мире примерно 75% младенцев в первые шесть месяцев жизни едят молочные смеси либо в качестве единственного источника питания, либо в качестве дополнения к грудному вскармливанию. Хотя молочные смеси являются основным продуктом питания для растущих младенцев, в настоящее время они не в полной мере соответствуют питательным свойствам грудного молока.
Отчасти это объясняется тем, что грудное молоко содержит уникальную смесь из примерно 200 молекул пребиотических сахаров, которые помогают предотвращать заболевания и поддерживают рост полезных кишечных бактерий. Однако производство большинства из этих сахаров остается сложным, если не невозможным.
Ученые показали, как генно-инженерные растения могут помочь ликвидировать этот пробел.
Исследователи перепрограммировали оборудование для производства сахара на заводах для производства разнообразных сахаров из молока человека, также называемых олигосахаридами из молока человека. Полученные результаты могут привести к созданию более здоровой и доступной молочной смеси для младенцев или более питательного немолочного растительного молока для взрослых.
«Растения — это феноменальные организмы, которые извлекают солнечный свет и углекислый газ из нашей атмосферы и используют их для производства сахара. И они производят не только один сахар — они производят целое разнообразие простых и сложных сахаров. Мы подумали, что, поскольку у растений уже есть этот базовый сахарный метаболизм, почему бы нам не попробовать перенаправить его на производство олигосахаридов из грудного молока?» - сказал доцент кафедры биологии растений и микробов и исследователь из Инновационного института геномики Калифорнийского университета в Беркли Патрик Ши.
Все сложные сахара, включая олигосахариды женского молока, состоят из строительных блоков простых сахаров, называемых моносахаридами, которые могут соединяться друг с другом, образуя множество цепочек и разветвленных цепочек. Уникальность олигосахаридов женского молока заключается в особом наборе связей, или правил, по которым простые сахара соединяются друг с другом, которые содержатся в этих молекулах.
Чтобы убедить растения вырабатывать олигосахариды из грудного молока, ведущий автор исследования Коллин Барнум модифицировал гены, ответственные за ферменты, которые создают эти специфические связи.
Работая с Даниэлой Бариле, Дэвидом Миллсом и Карлито Лебрильей в Калифорнийском университете в Дэвисе, он затем внедрил гены в растение Nicotiana benthamiana, близкого родственника табака.
Генетически модифицированные растения продуцировали 11 известных олигосахаридов из грудного молока, а также множество других сложных сахаров с аналогичными связями.
«Мы синтезировали все три основные группы олигосахаридов из грудного молока. Насколько мне известно, никто никогда не демонстрировал, что можно синтезировать все три эти группы одновременно в одном организме», - сказал Ши.
Затем Барнум работал над созданием стабильной линейки растений N. benthamiana, которые были оптимизированы для производства единственного олигосахарида женского молока под названием LNFP1.
«LNFP1 — это олигосахарид из человеческого молока, состоящий из пяти моносахаридов, который, как предполагается, действительно полезен, но пока не может быть получен в больших масштабах с использованием традиционных методов микробиологической ферментации. Мы подумали, что если мы сможем начать производить эти более крупные и сложные олигосахариды из грудного молока, то сможем решить проблему, которую в настоящее время не может решить эта отрасль», - сказал Барнум, который завершил работу в качестве аспиранта Калифорнийского университета в Дэвисе.
В настоящее время небольшое количество олигосахаридов из грудного молока может быть получено с использованием модифицированных бактерий E. coli. Однако выделение полезных молекул из других токсичных побочных продуктов является дорогостоящим процессом, и только в ограниченном количестве детских смесей содержатся эти сахара.
В рамках исследования Ши и Барнум совместно с соавтором Минляном Яном из Университета штата Северная Каролина оценили стоимость производства олигосахаридов из растительного молока в промышленных масштабах и пришли к выводу, что это, вероятно, будет дешевле, чем использование микробиологических платформ.
«Представьте, что вы можете получить все олигосахариды из грудного молока на одном растении. Тогда вы могли бы просто измельчить это растение, извлечь все олигосахариды одновременно и добавлять их непосредственно в детское питание. При внедрении и коммерциализации возникнет множество проблем, но это главная цель, к которой мы стремимся», - говорит Ши.
