Исследователи нашли способ, чтобы изменить питательный профиль заменителей грудного молока для детей, при помощи создания биоинженерных растений нового поколения.
эксклюзив 🔹
Во всем мире большинство детей, примерно 75%, пьют детскую смесь в первые шесть месяцев жизни либо в качестве единственного источника питания, либо в качестве дополнения к грудному вскармливанию. Но, несмотря на то, что молочные смеси обеспечивают необходимую пищу для растущих детей, в настоящее время они не воспроизводят полный питательный профиль грудного молока.
Отчасти это связано с тем, что грудное молоко содержит уникальную смесь примерно из 200 пребиотических молекул сахара, которые помогают предотвратить заболевания и поддерживают рост здоровых кишечных бактерий. Тем не менее, большинство этих сахаров по-прежнему трудно (если не невозможно) производить.
Новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Беркли и Калифорнийского университета в Дэвисе, показывает, как генетически модифицированные растения могут помочь закрыть этот пробел, сообщает Кара Манке в релизе Калифорнийского университета в Беркли.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Food, группа ученых перепрограммировала растение Nicotiana benthamiana, близкого родственника табака, для производства разнообразного спектра грудных молочных сахаров, также называемых олигосахаридами грудного молока. Полученные результаты могут привести к созданию более здоровых и доступных смесей для младенцев или более питательных растительных альтернатив молока для взрослых.
«Растения — это феноменальные организмы, которые забирают солнечный свет и углекислый газ из нашей атмосферы и используют их для производства сахаров. И они производят не просто один сахар — они производят целый ряд простых и сложных сахаров. Мы подумали, если растения уже имеют этот основной метаболизм сахара, почему бы нам не попробовать перенаправить его для производства олигосахаридов грудного молока?» — рассказывает старший автор исследования Патрик Ши, доцент кафедры биологии растений и микробов и исследователь в Институте инновационной геномики Калифорнийского университета в Беркли.
Все сложные сахара, включая олигосахариды грудного молока, состоят из строительных блоков простых сахаров, называемых моносахаридами, которые могут быть связаны друг с другом, образуя широкий спектр цепей и разветвленных цепей. Что делает олигосахариды грудного молока уникальными, так это специфический набор связей, или правил, для соединения простых сахаров вместе, которые находятся в этих молекулах.
Чтобы убедить растения производить олигосахариды грудного молока, первый автор исследования Коллин Барнум сконструировал гены, ответственные за ферменты, которые создают эти специфические связи. Работая с Даниэлой Барил, Дэвидом Миллсом и Карлито Лебриллой в Калифорнийском университете в Дэвисе, он ввел эти гены в растение Nicotiana benthamiana, близкого родственника табака.
«Генетически модифицированные растения продуцировали 11 известных олигосахаридов грудного молока, а также множество других сложных сахаров с аналогичными структурами сцепления. Насколько мне известно, никто никогда не демонстрировал, что можно создать все три группы одновременно в одном организме», — сказал Ши.
Затем Барнум работал над созданием стабильной линии растений N. benthamiana, которые были оптимизированы для производства одного олигосахарида грудного молока под названием LNFP1.
«LNFP1 — это олигосахарид грудного молока длиной в пять моносахаридов, который полезен, но до сих пор не может быть произведен в больших масштабах с использованием традиционных методов микробной ферментации. Мы подумали, что если сможем начать производить эти более крупные и сложные олигосахариды грудного молока, то сможем решить проблему, которую эта отрасль в настоящее время не может решить», — сказал Барнум, который завершил работу в качестве аспиранта в Калифорнийском университете в Дэвисе.
В настоящее время небольшая горстка олигосахаридов грудного молока может быть произведена с использованием сконструированных бактерий E. coli. Тем не менее, выделение полезных молекул является дорогостоящим процессом, и только ограниченное количество детских смесей включают эти сахара в свои смеси.
В рамках исследования Ши и Барнум работали с коллегой Минляном Янгом из Университета штата Северная Каролина, чтобы оценить стоимость производства олигосахаридов грудного молока из растений в промышленных масштабах и обнаружили, что это, вероятно, будет дешевле, чем использование микробных платформ.
«Представьте себе, что вы можете производить все олигосахариды грудного молока на одном растении. Затем вы можете просто измельчить это растение, извлечь все олигосахариды одновременно и добавить их непосредственно в детскую смесь. Будет много проблем при внедрении и коммерциализации, но это большая цель, к которой мы пытаемся двигаться», заключил Ши.
Среди других авторов работы: Бруна Павиани, Гаррет Кутюр, Чад Масарве, Е Чен, Ю-Пин Хуан, Дэвид А. Миллс, Карлито Б. Лебрилла и Даниэла Барилле из Калифорнийского университета в Дэвисе; Кейси Маркел из Калифорнийского университета в Беркли; Минлян Янг из Университета штата Северная Каролина.
Источник: University of California – Berkeley. Автор: Кара Манке. Фото: Nature Food (2024). DOI: 10.1038/s43016-024-00996-x
