Παγκοσμίως, η πλειονότητα των βρεφών – περίπου το 75% – πίνουν βρεφικό γάλα κατά τους πρώτους έξι μήνες της ζωής τους, είτε ως μοναδική πηγή διατροφής είτε ως συμπλήρωμα του θηλασμού. Όμως, αν και το βρεφικό γάλα παρέχει βασική τροφή για τα αναπτυσσόμενα μωρά, προς το παρόν δεν αναπαράγει το πλήρες θρεπτικό προφίλ του μητρικού γάλακτος.
Αυτό οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι το ανθρώπινο μητρικό γάλα περιέχει ένα μοναδικό μείγμα περίπου 200 πρεβιοτικών μορίων σακχάρων που συμβάλλουν στην πρόληψη ασθενειών και υποστηρίζουν την ανάπτυξη υγιών βακτηρίων του εντέρου. Ωστόσο, τα περισσότερα από αυτά τα σάκχαρα παραμένουν δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να παρασκευαστούν.
Νέα έρευνα με επικεφαλής επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Ντέιβις δείχνει πώς τα γενετικά τροποποιημένα φυτά μπορούν να βοηθήσουν να καλυφθεί αυτό το κενό.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύεται σήμερα στο περιοδικό Nature Food, η ομάδα μελέτης επαναπρογραμμάτισε τον μηχανισμό παραγωγής σακχάρων των φυτών ώστε να παράγουν μια ποικίλη σειρά από αυτά τα σάκχαρα του ανθρώπινου γάλακτος, που ονομάζονται επίσης ολιγοσακχαρίτες του ανθρώπινου γάλακτος. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πιο υγιεινά και πιο προσιτά παρασκευάσματα για τα μωρά ή σε πιο θρεπτικά μη γαλακτοκομικά φυτικά γάλατα για τους ενήλικες.
«Τα φυτά είναι αυτοί οι εκπληκτικοί οργανισμοί που παίρνουν το φως του ήλιου και το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρά μας και τα χρησιμοποιούν για να φτιάξουν σάκχαρα. Και δεν φτιάχνουν μόνο ένα σάκχαρο – φτιάχνουν μια ολόκληρη ποικιλία απλών και σύνθετων σακχάρων», δήλωσε ο κύριος συγγραφέας της μελέτης Patrick Shih, επίκουρος καθηγητής φυτικής και μικροβιακής βιολογίας και ερευνητής στο Ινστιτούτο Καινοτόμου Γονιδιωματικής του UC Berkeley. «Σκεφτήκαμε, αφού τα φυτά έχουν ήδη αυτόν τον υποκείμενο μεταβολισμό των σακχάρων, γιατί να μην προσπαθήσουμε να τον αναδρομολογήσουμε για να φτιάξουμε τους ολιγοσακχαρίτες του ανθρώπινου γάλακτος;»
Όλα τα σύνθετα σάκχαρα – συμπεριλαμβανομένων των ολιγοσακχαριτών του ανθρώπινου γάλακτος – κατασκευάζονται από δομικά στοιχεία απλών σακχάρων, που ονομάζονται μονοσακχαρίτες, τα οποία μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια τεράστια ποικιλία αλυσίδων και διακλαδισμένων αλυσίδων. 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 φτιάξουν ολιγοσακχαρίτες του ανθρώπινου γάλακτος, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης Collin Barnum τροποποίησε τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για τα ένζυμα που φτιάχνουν αυτούς τους ειδικούς δεσμούς. Σε συνεργασία 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 του ανθρώπινου γάλακτος, μαζί με μια ποικιλία άλλων σύνθετων σακχάρων με παρόμοια μοτίβα σύνδεσης.
«Φτιάξαμε και τις τρεις μεγάλες ομάδες ολιγοσακχαριτών του ανθρώπινου γάλακτος», δήλωσε ο Shih. «Εξ όσων γνωρίζω, κανείς δεν έχει αποδείξει ποτέ ότι μπορείτε να φτιάξετε και τις τρεις αυτές ομάδες ταυτόχρονα σε έναν οργανισμό».
Στη συνέχεια, ο Barnum εργάστηκε για να δημιουργήσει μια σταθερή σειρά φυτών N. benthamiana που βελτιστοποιήθηκαν για την παραγωγή ενός μόνο ολιγοσακχαρίτη του ανθρώπινου γάλακτος που ονομάζεται LNFP1.
«Ο LNFP1 είναι ένας ολιγοσακχαρίτης του ανθρώπινου γάλακτος μήκους πέντε μονοσακχαριτών, ο οποίος υποτίθεται ότι είναι πραγματικά ευεργετικός, αλλά μέχρι στιγμής δεν μπορεί να παραχθεί σε κλίμακα με 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 του ανθρώπινου γάλακτος, θα μπορούσαμε να λύσουμε ένα πρόβλημα που δεν μπορεί να λύσει προς το παρόν η βιομηχανία».
Επί του παρόντος, μια μικρή χούφτα ολιγοσακχαριτών του ανθρώπινου γάλακτος μπορεί να παρασκευαστεί με τη χρήση τροποποιημένων βακτηρίων E. coli. Ωστόσο, η απομόνωση των ευεργετικών μορίων από άλλα τοξικά υποπροϊόντα είναι μια δαπανηρή διαδικασία και μόνο ένας περιορισμένος αριθμός βρεφικών παρασκευασμάτων περιλαμβάνει αυτά τα σάκχαρα στα μείγματά τους.
Στο πλαίσιο της μελέτης, οι Shih και Barnum συνεργάστηκαν με τον συνεργάτη τους Minliang Yang στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας για να εκτιμήσουν το κόστος παραγωγής ολιγοσακχαριτών ανθρώπινου γάλακτος από φυτά σε βιομηχανική κλίμακα και διαπίστωσαν ότι πιθανότατα θα ήταν φθηνότερο από τη χρήση μικροβιακών πλατφορμών.
«Φανταστείτε να μπορείτε να παράγετε όλους τους ολιγοσακχαρίτες του ανθρώπινου γάλακτος σε ένα μόνο εργοστάσιο. Τότε θα μπορούσατε απλώς να αλέσετε αυτό το φυτό, να εξάγετε όλους τους ολιγοσακχαρίτες ταυτόχρονα και να το προσθέσετε απευθείας στο βρεφικό γάλα», δήλωσε ο Shih. «Θα υπήρχαν πολλές προκλήσεις στην εφαρμογή και την εμπορευματοποίηση, αλλά αυτός είναι ο μεγάλος στόχος προς τον οποίο προσπαθούμε να κινηθούμε», .
