מדענים פיתחו שיטה לשנות גנטית צמחים לייצור אוליגוסכרידים מחלב אנושי, מה שעלול להוביל לפורמולות מזינות יותר וזולות יותר לתינוקות המחקות יותר את היתרונות של חלב אם.
צמחים מהונדסים גנטית יוכלו לייצר בקרוב סוכרים בחלב אנושי, מה שהופך את תחליף חלב לתינוקות בריא יותר ובמחיר סביר יותר.
כ-75% מהתינוקות שותים חלבון לתינוקות במהלך ששת החודשים הראשונים שלהם, באופן בלעדי או כתוספת להנקה. בעוד שפורמולות אלו מספקות רכיבים תזונתיים חיוניים, חסרות להן כ-200 מולקולות סוכר פרה-ביוטיות שנמצאות בחלב אם אנושי, שהן המפתח למניעת מחלות וטיפוח חיידקי מעיים בריאים. מכיוון שקשה לסנתז את רוב הסוכרים הללו, הפורמולות הנוכחיות אינן מצליחות לשחזר את הפרופיל התזונתי המלא של חלב האם.
חוקרים ב-UC Berkeley ו-UC Davis עשו התקדמות משמעותית בגישור הפער הזה על ידי הנדסה גנטית של צמחים לייצור סוכרים חיוניים אלה, הידועים בשם אוליגוסכרידים בחלב אנושי (HMOs). המחקר שלהם, שפורסם לאחרונה בכתב העת אוכל טבעיכול לעזור ליצור פורמולת תינוקות בריאה יותר ובמחיר סביר יותר.
המדע של חילוף חומרים הנדסי של סוכר בצמחים
"צמחים הם האורגניזמים הפנומנליים הללו שלוקחים אור שמש ופחמן דו חמצני מהאטמוספירה שלנו ומשתמשים בהם לייצור סוכרים. והם לא מייצרים רק סוכר אחד – הם מייצרים מגוון שלם של סוכרים פשוטים ומורכבים", אמר מחבר המחקר הבכיר פטריק שי, עוזר פרופסור לביולוגיה של צמחים וחיידקים וחוקר במכון הגנומיקה החדשנית של UC ברקלי. "חשבנו, מכיוון שלצמחים כבר יש את חילוף החומרים הבסיסי הזה של סוכר, למה שלא ננסה לשנות את מסלולו לייצור אוליגוסכרידים מחלב אנושי?"
כל הסוכרים המורכבים – כולל אוליגוסוכרים מחלב אדם – עשויים מאבני בניין של סוכרים פשוטים, הנקראים חד-סוכרים, אשר יכולים להיות מקושרים יחד ליצירת מערך עצום של שרשראות ושרשרות מסועפות. מה שמייחד את אוליגוסכרידים בחלב אנושי הוא קבוצת החיבורים הספציפית, או הכללים, לחיבור סוכרים פשוטים יחד המצויים במולקולות אלו.
במחקר חדש, מדענים תכנתו מחדש את צמחי Nicotiana benthamiana כדי לייצר מגוון רחב של סוכרים מועילים שנמצאים בחלב אם, הנקראים אוליגוסכרידים של חלב אם. קרדיט: קולין בארנום
פריצת דרך בייצור אוליגוסכרידים בחלב אנושי
כדי לשכנע צמחים לייצר אוליגוסכרידים מחלב אנושי, המחבר הראשון של המחקר קולין בארנום הנדס את הגנים האחראים לאנזימים שיוצרים את הקשרים הספציפיים הללו. בשיתוף פעולה עם דניאלה ברילה, דיוויד מילס וקרליטו לברילה ב-UC Davis, הוא הכניס את הגנים לתוך Nicotiana benthamiana צמח, קרוב משפחה של טבק.
הצמחים המהונדסים גנטית יצרו 11 אוליגוסכרידים ידועים בחלב אנושי, יחד עם מגוון סוכרים מורכבים אחרים עם דפוסי קישור דומים.
"עשינו את כל שלוש הקבוצות העיקריות של אוליגוסכרידים בחלב אנושי", אמר שי. "למיטב ידיעתי, אף אחד מעולם לא הוכיח שאתה יכול ליצור את כל שלוש הקבוצות הללו בו זמנית באורגניזם אחד.”
לאחר מכן עבד בארנום כדי ליצור קו יציב של N. benthamiana צמחים שעברו אופטימיזציה לייצר אוליגוסכריד יחיד בחלב אנושי בשם LNFP1.
"LNFP1 הוא אוליגוסכריד חלב אם באורך חמישה חד סוכרים שאמור להיות מועיל באמת, אך עד כה לא ניתן לייצר אותו בקנה מידה באמצעות שיטות מסורתיות של תסיסה מיקרוביאלית", אמר בארנום, שסיים את העבודה כסטודנט לתואר שני ב-UC Davis . "חשבנו שאם נוכל להתחיל לייצר את האוליגוסכרידים הגדולים והמורכבים יותר מחלב אנוש, נוכל לפתור בעיה שהתעשייה הזו לא יכולה לפתור כרגע".
לקראת מסחור אוליגוסכרידים מחלב אנושי על בסיס צמחי
נכון לעכשיו, ניתן לייצר חופן קטן של אוליגוסכרידים מחלב אדם באמצעות חיידקי E. coli מהונדסים. עם זאת, בידוד המולקולות המועילות מתוצרי לוואי רעילים אחרים הוא תהליך יקר, ורק מספר מצומצם של פורמולות לתינוקות כולל סוכרים אלו בתערובות שלהם.
כחלק מהמחקר, שי ובארנום עבדו עם משתפת הפעולה Minliang Yang ב אוניברסיטת צפון קרולינה סטייט להעריך את העלות של ייצור אוליגוסכרידים מחלב אנושי מצמחים בקנה מידה תעשייתי ומצא שסביר להניח שזה יהיה זול יותר משימוש בפלטפורמות מיקרוביאליות.
"תארו לעצמכם את היכולת לייצר את כל האוליגוסכרידים בחלב האדם בצמח אחד. אז אתה יכול פשוט לטחון את הצמח הזה, לחלץ את כל האוליגוסכרידים בו זמנית ולהוסיף את זה ישירות לפורמולה לתינוקות", אמר שי. "יהיו הרבה אתגרים ביישום ובמסחור, אבל זו המטרה הגדולה שאליו אנחנו מנסים להתקדם".
מימון: עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאותמשרד האנרגיה האמריקאי והמרכז הלאומי לבריאות משלימה ואינטגרטיבית.
