Σε όλο τον κόσμο, η πλειονότητα των μωρών – περίπου το 75% – πίνουν βρεφικό γάλα στους πρώτους έξι μήνες της ζωής τους, είτε ως μοναδική πηγή διατροφής είτε ως συμπλήρωμα του θηλασμού. Όμως, ενώ η φόρμουλα παρέχει απαραίτητη τροφή για τα μωρά που μεγαλώνουν, προς το παρόν δεν αναπαράγει το πλήρες διατροφικό προφίλ του μητρικού γάλακτος.
Αυτό οφείλεται εν μέρει στο ότι το ανθρώπινο μητρικό γάλα περιέχει ένα μοναδικό μείγμα από περίπου 200 πρεβιοτικά μόρια ζάχαρης που βοηθούν στην πρόληψη ασθενειών και υποστηρίζουν την ανάπτυξη υγιών βακτηρίων του εντέρου. Ωστόσο, τα περισσότερα από αυτά τα σάκχαρα παραμένουν δύσκολο, αν όχι αδύνατον, να παρασκευαστούν.
Νέα έρευνα με επικεφαλής επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ντέιβις, δείχνει πώς τα γενετικά τροποποιημένα φυτά μπορούν να συμβάλουν στην κάλυψη αυτού του κενού.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Food, η ομάδα μελέτης επαναπρογραμμάτισε τα μηχανήματα παραγωγής ζάχαρης των φυτών για να παράγουν μια ποικιλία από αυτά τα σάκχαρα ανθρώπινου γάλακτος, που ονομάζονται επίσης ολιγοσακχαρίτες ανθρώπινου γάλακτος. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πιο υγιεινό και οικονομικό γάλα για μωρά ή σε πιο θρεπτικό μη γαλακτοκομικό φυτικό γάλα για ενήλικες.
«Τα φυτά είναι αυτοί οι φαινομενικοί οργανισμοί που παίρνουν το φως του ήλιου και το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρά μας και τα χρησιμοποιούν για να παράγουν σάκχαρα. Και δεν παράγουν μόνο ένα σάκχαρο – παράγουν μια ολόκληρη ποικιλία από απλά και πολύπλοκα σάκχαρα», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Πάτρικ. Shih, επίκουρος καθηγητής φυτικής και μικροβιακής βιολογίας και ερευνητής στο Ινστιτούτο Καινοτόμου Γονιδιωματικής του UC Berkeley.
Και ανέφερε: «Σκεφτήκαμε, αφού τα φυτά έχουν ήδη αυτόν τον υποκείμενο μεταβολισμό του σακχάρου, γιατί να μην προσπαθήσουμε να τον επαναδρομολογήσουμε για να φτιάξουμε ολιγοσακχαρίτες ανθρώπινου γάλακτος;».
Όλα τα σύνθετα σάκχαρα – συμπεριλαμβανομένων των ολιγοσακχαριτών του ανθρώπινου γάλακτος – παρασκευάζονται από δομικά στοιχεία απλών σακχάρων, που ονομάζονται μονοσακχαρίτες, τα οποία μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια τεράστια σειρά από αλυσίδες και διακλαδισμένες αλυσίδες.
Αυτό που κάνει τους ολιγοσακχαρίτες του ανθρώπινου γάλακτος μοναδικούς είναι το συγκεκριμένο σύνολο δεσμών, ή κανόνων, για τη σύνδεση απλών σακχάρων μεταξύ τους που βρίσκονται σε αυτά τα μόρια.
Για να πείσει τα φυτά να παράγουν ολιγοσακχαρίτες ανθρώπινου γάλακτος, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης Collin Barnum δημιούργησε μηχανικά τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για τα ένζυμα που δημιουργούν αυτούς τους συγκεκριμένους δεσμούς.
Δουλεύοντας με τους Daniela Barile, David Mills και Carlito Lebrilla στο UC Davis, εισήγαγε στη συνέχεια τα γονίδια στο φυτό Nicotiana benthamiana, στενό συγγενή του καπνού.
Τα γενετικά τροποποιημένα φυτά παρήγαγαν 11 γνωστούς ολιγοσακχαρίτες ανθρώπινου γάλακτος, μαζί με μια ποικιλία άλλων πολύπλοκων σακχάρων με παρόμοια μοτίβα σύνδεσης. «Φτιάξαμε και τις τρεις μεγάλες ομάδες ολιγοσακχαριτών ανθρώπινου γάλακτος», είπε ο Shih.
«Από όσο γνωρίζω, κανείς δεν απέδειξε ποτέ ότι θα μπορούσατε να δημιουργήσετε και τις τρεις αυτές ομάδες ταυτόχρονα σε έναν μόνο οργανισμό».
Στη συνέχεια, ο Barnum εργάστηκε για να δημιουργήσει μια σταθερή σειρά φυτών N. benthamiana που βελτιστοποιήθηκαν για να παράγουν έναν μόνο ολιγοσακχαρίτη ανθρώπινου γάλακτος που ονομάζεται LNFP1.
«Το LNFP1 είναι ένας ολιγοσακχαρίτης ανθρώπινου γάλακτος μήκους πέντε μονοσακχαριτών που υποτίθεται ότι είναι πραγματικά ωφέλιμος, αλλά μέχρι στιγμής δεν μπορεί να κατασκευαστεί σε κλίμακα χρησιμοποιώντας παραδοσιακές μεθόδους μικροβιακής ζύμωσης», δήλωσε ο Barnum, ο οποίος ολοκλήρωσε την εργασία ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο UC Davis.
«Σκεφτήκαμε ότι αν μπορούσαμε να αρχίσουμε να φτιάχνουμε αυτούς τους μεγαλύτερους, πιο σύνθετους ολιγοσακχαρίτες ανθρώπινου γάλακτος, θα μπορούσαμε να λύσουμε ένα πρόβλημα που αυτή η βιομηχανία επί του παρόντος δεν μπορεί να λύσει».
Επί του παρόντος, μια μικρή χούφτα ολιγοσακχαριτών ανθρώπινου γάλακτος μπορεί να παρασκευαστεί χρησιμοποιώντας κατασκευασμένα βακτήρια E. coli. Ωστόσο, η απομόνωση των ευεργετικών μορίων από άλλα τοξικά υποπροϊόντα είναι μια δαπανηρή διαδικασία και μόνο ένας περιορισμένος αριθμός βρεφικών σκευασμάτων περιλαμβάνει αυτά τα σάκχαρα στα μείγματά τους.
Ως μέρος της μελέτης, οι Shih και Barnum συνεργάστηκαν με τον συνεργάτη Minliang Yang στο North Carolina State University για να υπολογίσουν το κόστος παραγωγής ολιγοσακχαριτών ανθρώπινου γάλακτος από φυτά σε βιομηχανική κλίμακα και διαπίστωσαν ότι πιθανότατα θα ήταν φθηνότερο από τη χρήση μικροβιακών πλατφορμών.
«Φανταστείτε ότι μπορείτε να φτιάξετε όλους τους ολιγοσακχαρίτες του ανθρώπινου γάλακτος σε ένα μόνο φυτό. Τότε θα μπορούσατε απλώς να αλέσετε αυτό το φυτό, να εξαγάγετε όλους τους ολιγοσακχαρίτες ταυτόχρονα και να το προσθέσετε απευθείας στη βρεφική φόρμουλα», είπε ο Shih.
Και κατέληξε: «Θα υπήρχαν πολλές προκλήσεις στην εφαρμογή και την εμπορευματοποίηση, αλλά αυτός είναι ο μεγάλος στόχος προς τον οποίο προσπαθούμε να προχωρήσουμε».
