כיום, ניתן לייצור מספר קטן של אוליגוסכרידים של חלב אם בעזרת חיידקי E. coli מהונדסים. עם זאת, בידוד המולקולות המועילות מתוצרים רעילים אחרים הוא תהליך יקר, ורק מספר מוגבל של פורמולות לתינוקות כוללות את הסוכרים האלה בתערובות שלהן
רוב התינוקות, כ-75% ברחבי העולם –ניזונים מפורמולת תינוקות בששת החודשים הראשונים לחייהם, בין אם כמקור תזונה יחיד או כתוספת להנקה. אך בעוד הפורמולה מספקת מזון חיוני לתינוקות הגדלים, היא כיום לא משכפלת את הפרופיל התזונתי המלא של חלב אם.
חלק מהסיבות לכך הוא מכיוון שחלב אם אנושי מכיל תערובת ייחודית של כ-200 מולקולות סוכר פרה-ביוטיות המסייעות במניעת מחלות ותומכות בצמיחה של חיידקי מעיים בריאים. עם זאת, עדיין קשה ולפעמים בלתי אפשרי לייצר את רוב הסוכרים הללו.
מחקר חדש בהובלת מדענים מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי ומאוניברסיטת קליפורניה בדייוויס, מראה כיצד צמחים מהונדסים גנטית עשויים לעזור לסגור ולצמצם את הפער הזה.
במחקר חדש שפורסם בכתב העת Nature Food, צוות המחקר תכנת מחדש את מערכת ייצור הסוכרים של הצמחים לייצור מגוון רחב של סוכרי חלב אם אנושי, הנקראים גם אוליגוסכרידים של חלב אם. הממצאים עשויים להוביל לפורמולת תינוקות בריאה וזולה יותר, או לחלב צמחי לא-חלבי מזין יותר למבוגרים.
"צמחים הם אורגניזמים מופלאים שלוקחים אור שמש ופחמן דו-חמצני מהאטמוספירה שלנו ומשתמשים בהם כדי לייצר סוכרים. והם לא רק מייצרים סוכר אחד – הם מייצרים מגוון רחב של סוכרים פשוטים ומורכבים," אמר מחבר המחקר הבכיר פטריק שיה, פרופסור משנה לביולוגיה של הצמח והקרקע וחקלאות בפקולטה למדעי הצמח והחקלאות באוניברסיטת קליפורניה בברקלי וחוקר במכון לגנומיקה חדשנית של אוניברסיטת קליפורניה בברקלי. "חשבנו, מכיוון שלצמחים כבר יש את המטבוליזם הבסיסי הזה של סוכר, למה לא ננסה לנתב אותו מחדש לייצור אוליגוסכרידים של חלב אם?"
כל הסוכרים המורכבים – כולל אוליגוסכרידים של חלב אם – מיוצרים מאבני בניין של סוכרים פשוטים, הנקראים מונוסכרידים, שניתן לקשר ביניהם ליצירת מגוון רחב של שרשראות ושרשראות מסועפות. מה שמייחד את האוליגוסכרידים של חלב אם, הוא מערכי הקשרים המיוחדים, או החוקים, לחיבור סוכרים פשוטים יחד הנמצאים במולקולות אלה.
כדי לגרום לצמחים לייצר אוליגוסכרידים של חלב אם, מחבר המחקר הראשון קולין בארנום הנדס את הגנים האחראים לאנזימים שיוצרים את הקשרים המיוחדים הללו. בעבודה עם דניאלה בארילה, דייוויד מילס וקרליטו לברילה מאוניברסיטת קליפורניה בדייוויס, הוא הכניס את הגנים האלה לצמח ניקוטיאנה בנטהמיאנה, קרוב משפחה של הטבק.
הצמחים המהונדסים גנטית ייצרו 11 אוליגוסכרידים של חלב אם ידועים, יחד עם מגוון סוכרים מורכבים נוספים עם תבניות קישור דומות.
"יצרנו את כל שלוש הקבוצות העיקריות של אוליגוסכרידים של חלב אם," אמר שיה. "למיטב ידיעתי, אף אחד לא הראה שניתן לייצר את כל שלוש הקבוצות האלה בו זמנית באורגניזם יחיד."
בארנום עבד לאחר מכן, על יצירת קו יציב של צמחי ניקוטיאנה בנטהמיאנה שהיו מותאמים לייצור אוליגוסכריד חלב אם יחיד שנקרא LNFP1.
"LNFP1 הוא אוליגוסכריד חלב אם, באורך חמישה מונוסכרידים, שאמור להיות מאוד מועיל, אבל עד כה לא ניתן היה לייצרו בקנה מידה גדול בעזרת שיטות מסורתיות של תסיסה מיקרוביאלית," אמר בארנום, שהשלים את העבודה כסטודנט לתואר שני באוניברסיטת קליפורניה בדייוויס. "חשבנו שאם נוכל להתחיל לייצר את האוליגוסכרידים הגדולים והמורכבים יותר של חלב אם, נוכל לפתור בעיה שהתעשייה כרגע לא יכולה לפתור."
כיום, ניתן לייצור מספר קטן של אוליגוסכרידים של חלב אם בעזרת חיידקי E. coli מהונדסים. עם זאת, בידוד המולקולות המועילות מתוצרים רעילים אחרים הוא תהליך יקר, ורק מספר מוגבל של פורמולות לתינוקות כוללות את הסוכרים האלה בתערובות שלהן.
כחלק מהמחקר, שיה ובארנום עבדו עם שותף מינליאנג יאנג מאוניברסיטת צפון קרוליינה כדי להעריך את עלות ייצור האוליגוסכרידים של חלב אם מצמחים בקנה מידה תעשייתי ומצאו שזה יהיה ככל הנראה זול יותר משימוש בפלטפורמות מיקרוביאליות.
"דמיינו שתוכלו לייצר את כל האוליגוסכרידים של חלב אם בצמח אחד. אז תוכלו פשוט לטחון את הצמח, להוציא את כל האוליגוסכרידים בו זמנית ולהוסיף אותם ישירות לפורמולת תינוקות," אמר שיה. "יהיו הרבה אתגרים ביישום ומסחור, אבל זה היעד הגדול שאנחנו מנסים להתקדם אליו."
עוד בנושא באתר הידען:
