"Ученые создали растение, производящее компоненты грудного молока: новости для здоровья детей и альтернатив молока"

Во всем мире большинство детей, около 75%, употребляют детскую смесь в течение первых шести месяцев своей жизни либо как основное питание, либо в дополнение к грудному вскармливанию. Однако, хотя молочные смеси обеспечивают нужное питание для развивающихся детей, они не содержат полный набор питательных веществ, которые присутствуют в грудном молоке.

Это, частично, обусловлено тем, что грудное молоко содержит уникальную смесь примерно из двухсот различных пребиотических молекул сахара, которые помогают предотвращать заболевания и поддерживают здоровый рост кишечной микрофлоры. Однако большинство этих сахаров пока еще трудно (если не невозможно) синтезировать.

Недавнее исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Беркли и Калифорнийского университета в Дэвисе, показывает, как использование генетически модифицированных растений может помочь заполнить этот пробел. Об этом сообщает Кара Манке в пресс-релизе Калифорнийского университета в Беркли.

В рамках нового исследования, опубликованного в журнале Nature Food, группа ученых изменила геном растения Nicotiana benthamiana, близкого родственника табака, чтобы оно могло производить широкий спектр олигосахаридов грудного молока. Полученные результаты могут привести к созданию более здоровых и доступных детских смесей или питательных растительных альтернатив молока для взрослых.

"Растения - невероятные организмы, которые поглощают солнечный свет и углекислый газ из атмосферы и используют их для синтеза сахаров. И они не производят только один сахар - они создают целый ряд простых и сложных сахаров. Так почему бы нам не попробовать перенаправить этот метаболизм сахара для производства олигосахаридов грудного молока?" - рассказывает старший автор исследования Патрик Ши, доцент кафедры биологии растений и микробиологии и исследователь в Институте инновационной геномики Калифорнийского университета в Беркли.

Все сложные сахары, включая олигосахариды грудного молока, состоят из простых сахаров, называемых моносахаридами, которые могут быть связаны вместе, образуя разнообразные цепи и ветвистые структуры. Олигосахариды грудного молока особенны благодаря своему уникальному набору связей между простыми сахарами.

Для того чтобы заставить растения производить олигосахариды грудного молока, первый автор исследования Коллин Барнум создал гены, отвечающие за ферменты, которые формируют эти специфические связи. В сотрудничестве с Даниэлой Бариле, Дэвидом Миллсом и Карлито Лебрилло из Калифорнийского университета в Дэвисе, он внедрил эти гены в растение Nicotiana benthamiana.

"Генетически модифицированные растения производили 11 известных олигосахаридов грудного молока, а также множество других сложных сахаров с аналогичными структурами связей. По нашим данным, никто ранее не демонстрировал возможность создать все три группы одновременно в одном организме", - сказал Ши.

Затем Барнум работал над созданием стабильной линии растений Nicotiana benthamiana, оптимизированной для производства одного олигосахарида грудного молока, называемого LNFP1.

"LNFP1 - это олигосахарид грудного молока, состоящий из пяти моносахаридов, который является полезным, но до сих пор трудно производимым в больших объемах с использованием традиционных методов микробной ферментации. Мы решили, что если сможем производить эти более сложные олигосахариды грудного молока, то сможем решить проблему, которую сегодняшняя отрасль не смогла решить", - сказал Барнум, который завершил работу в Калифорнийском университете в Дэвисе.

В настоящее время небольшое количество олигосахаридов грудного молока уже может быть произведено с использованием модифицированных бактерий E. coli, однако это дорогостоящий процесс, и только некоторые детские смеси содержат эти сахара.

В рамках своего исследования Ши и Барнум сотрудничали с Минляном Янгом из Университета штата Северная Каролина, чтобы оценить стоимость производства олигосахаридов грудного молока из растений на промышленном уровне 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 растение, извлечь все олигосахариды одновременно и добавить их непосредственно в детскую смесь. Конечно, это будет связано с большими трудностями во время внедрения и коммерциализации, но это наша итоговая цель", - заключил Ши.

Среди соавторов исследования также 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 и 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