发布日期： 2024年06月27日
来源：Nature Food
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基因工程植物很快就能生产出人乳糖，使婴儿配方奶粉更健康、更便宜。
大约75%的婴儿在头六个月饮用婴儿配方奶粉，无论是纯母乳喂养还是作为母乳喂养的补充。虽然这些配方奶粉提供了必需的营养，但它们缺乏人类母乳中大约200种益生元糖分子，而这些糖分子是预防疾病和培养健康肠道细菌的关键。由于大多数这些糖很难合成，目前的配方奶粉无法复制母乳的完整营养成分。
加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)和加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的研究人员通过基因工程植物生产这些关键的糖，即人乳寡糖(HMOs)，在弥合这一差距方面取得了重大进展。他们的研究最近发表在《Nature Food》杂志上，可能有助于制造出更健康、更实惠的婴儿配方奶粉。
“植物是一种非凡的生物，它们从大气中吸收阳光和二氧化碳，并用它们来制造糖。而且它们不只是制造一种糖——它们制造了多种简单和复杂的糖，”该研究的资深作者Patrick Shih说，他是加州大学伯克利分校创新基因组学研究所的植物和微生物生物学助理教授和研究员。“我们想，既然植物已经有了这种潜在的糖代谢，为什么我们不尝试改变它来制造人乳低聚糖呢?”
所有的复合糖——包括人乳低聚糖——都是由单糖组成的，单糖可以连接在一起形成大量的链和支链。人乳低聚糖的独特之处在于这些分子中发现的将单糖连接在一起的一组特定的键或规则。
在一项新的研究中，科学家们对烟属植物进行了重新编程，以生产母乳中发现的多种有益糖，称为母乳低聚糖。来源:科林·巴纳姆
为了说服植物制造人乳低聚糖，该研究的第一作者Collin Barnum设计了负责制造这些特定联系的酶的基因。他与加州大学戴维斯分校的Daniela Barile、David Mills和Carlito Lebrilla合作，将这些基因引入烟草的近亲——烟叶。
这种转基因植物产生了11种已知的人乳低聚糖，以及其他多种具有类似连锁模式的复合糖。
Shih说:“我们制造了三种主要的母乳低聚糖。据我所知，还没有人证明你可以在一个有机体中同时产生这三种群体。”
然后，Barnum致力于创造一个稳定的N. benthamiana植物品系，该品系经过优化，可以生产一种名为LNFP1的人乳低聚糖。
“LNFP1是一种五单糖长的人乳低聚糖，被认为是真正有益的，但到目前为止，还不能使用传统的微生物发酵方法大规模生产，”Barnum说，他在加州大学戴维斯分校完成了这项研究，当时他是一名研究生。“我们认为，如果我们能开始制造这些更大、更复杂的人乳低聚糖，我们就能解决这个行业目前无法解决的问题。”
目前，少量的人乳低聚糖可以用工程大肠杆菌制造出来。然而，从其他有毒副产品中分离出有益分子是一个昂贵的过程，而且只有有限数量的婴儿配方奶粉在其混合物中含有这些糖。
作为研究的一部分，Shih和Barnum与北卡罗莱纳州立大学的合作者Minliang Yang合作，估计了在工业规模上从植物中生产人乳低聚糖的成本，并发现它可能比使用微生物平台更便宜。
“想象一下，能够在一种植物中制造所有的母乳低聚糖。然后你可以把这种植物磨碎，同时提取所有的低聚糖，并直接添加到婴儿配方奶粉中。在实施和商业化方面会有很多挑战，但这是我们正在努力实现的大目标。”
参考文献:“Engineered plants provide a photosynthetic platform for the production of diverse human milk oligosaccharides” by Collin R. Barnum, Bruna Paviani, Garret Couture, Chad Masarweh, Ye Chen, Yu-Ping Huang, Kasey Markel, David A. Mills, Carlito B. Lebrilla, Daniela Barile, Minliang Yang and Patrick M. Shih, 13 June 2024, Nature Food.
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