Ученые смогли изобрести замену грудного молока из растений
Примерно 75% детей в первые шесть месяцев жизни питаются либо исключительно грудным молоком, либо молочными смесями в качестве дополнения к нему. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Калифорнийского университета в Дэвисе разработали метод генетической модификации растений для производства олигосахаридов человеческого молока, что может привести к созданию более питательных и дешевых детских смесей, в большей степени имитирующих полезные свойства грудного молока.
Хотя сейчас эти смеси содержат необходимые питательные вещества, в них отсутствуют около 200 молекул пребиотических сахаров, содержащихся в грудном молоке, которые играют ключевую роль в профилактике заболеваний и развитии полезных бактерий кишечника. Поскольку большинство из этих сахаров трудно синтезировать, существующие формулы не могут полностью повторить питательный профиль грудного молока.
Ученые добились значительного прогресса в преодолении этого пробела путем генной инженерии растений для производства важнейших сахаров, известных как олигосахариды человеческого молока (ОММ). Их исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Food, может помочь создать более здоровую и доступную детскую смесь.
«Растения — это феноменальные организмы, которые получают солнечный свет и углекислый газ из нашей атмосферы и используют их для производства сахаров. И они производят не только один сахар — они производят целое разнообразие простых и сложных сахаров», — говорит старший автор исследования Патрик Ших.
«Мы подумали, что раз у растений уже есть такой основной метаболизм сахаров, то почему бы нам не попробовать перенаправить его на производство олигосахаридов человеческого молока», — добавил он. Все сложные сахара — в том числе олигосахариды человеческого молока — образуются из строительных блоков простых сахаров, называемых моносахаридами, которые могут соединяться друг с другом, образуя огромное количество цепочек и разветвленных цепочек.
Уникальность олигосахаридов человеческого молока заключается в особом наборе связей, или правил, для соединения простых сахаров в этих молекулах между собой.
Чтобы убедить растения производить олигосахариды человеческого молока, первый автор исследования Коллин Барнум создал гены, отвечающие за ферменты, которые создают эти специфические связи. В сотрудничестве с другими учеными он внедрил эти гены в растение Nicotiana benthamiana, близкий родственника табака.
Генетически модифицированные растения произвели 11 известных олигосахаридов человеческого молока, а также множество других сложных сахаров с похожими схемами связей. «Мы создали все три основные группы олигосахаридов человеческого молока, — говорит Ших. — Насколько мне известно, никто никогда не демонстрировал, что все эти три группы могут быть получены одновременно в одном организме».
Затем Барнум работал над созданием стабильной линии растений N. benthamiana, которые были оптимизированы для производства одного олигосахарида человеческого молока под названием LNFP1, — это олигосахарид человеческого молока длиной в пять моносахаридов, который должен быть действительно полезным, но пока не может быть произведен в масштабах страны с помощью традиционных методов микробной ферментации.
«Мы подумали, что если мы сможем начать производить эти более крупные и сложные олигосахариды из человеческого молока, то сможем решить проблему, которую в настоящее время не может решить промышленность», — сказал Барнум.
В настоящее время небольшое количество олигосахаридов человеческого молока может быть произведено с помощью сконструированных бактерий E. coli. Однако выделение полезных молекул из других токсичных побочных продуктов — дорогостоящий процесс, и лишь ограниченное число детских смесей включает эти сахара в свои составы.
В рамках исследования Ши и Барнум совместно с коллегой Минлян Янг оценили стоимость производства олигосахаридов человеческого молока из растений в промышленных масштабах и пришли к выводу, что это, скорее всего, будет дешевле, чем использование микробных платформ.
«Представьте себе, что все олигосахариды человеческого молока можно получить из одного растения. Тогда вы могли бы просто измельчить это растение, извлечь все олигосахариды одновременно и добавить их непосредственно в детскую смесь, — говорит Ших. — Будет много проблем с внедрением и коммерциализацией, но это большая цель, к которой мы пытаемся двигаться».
Ранее современная сельскохозяйственная наука продемонстрировала растения, которые обладают «сверхспособностями». Недавнее исследование, проведенное группой ученых под руководством молекулярного микробиолога Джейкоба Мэлоуна из Центра Джона Иннеса в Великобритании, показало, что, возможно, мы не единственные фермеры, которые формируют положительные характеристики растений. Сами растения способны создавать свою экосистему с целью «выращивания» предпочитаемых видов микроорганизмов.
