اليوم، من الممكن إنتاج عدد صغير من السكريات قليلة التعدد في حليب الثدي بمساعدة بكتيريا الإشريكية القولونية المعدلة وراثيًا. ومع ذلك، فإن عزل الجزيئات المفيدة عن المنتجات السامة الأخرى يعد عملية مكلفة، ولا يوجد سوى عدد محدود من تركيبات الأطفال التي تحتوي على هذه السكريات في مخاليطها.
يتم تغذية معظم الأطفال، حوالي 75٪ في جميع أنحاء العالم، بتركيبة الأطفال الرضع في الأشهر الستة الأولى من حياتهم، إما كمصدر وحيد للتغذية أو كمكمل للرضاعة الطبيعية. ولكن في حين أن التركيبة توفر التغذية الأساسية للأطفال في مرحلة النمو، إلا أنها في الوقت الحالي لا تكرر الصورة الغذائية الكاملة لحليب الأم.
يرجع جزء من السبب في ذلك إلى أن حليب الثدي البشري يحتوي على مزيج فريد من حوالي 200 جزيء سكر بريبيوتيك يساعد في الوقاية من الأمراض ويدعم نمو بكتيريا الأمعاء الصحية. ومع ذلك، لا يزال من الصعب، بل ومن المستحيل في بعض الأحيان، إنتاج معظم هذه السكريات.
يُظهر بحث جديد أجراه علماء من جامعة كاليفورنيا في بيركلي وجامعة كاليفورنيا في ديفيس كيف يمكن للنباتات المعدلة وراثيا أن تساعد في سد هذه الفجوة وتضييقها.
في دراسة جديدة نشرت في مجلة Nature Food، قام فريق البحث بإعادة برمجة نظام إنتاج السكر في النباتات لإنتاج مجموعة واسعة من سكريات حليب الثدي البشري، والتي تسمى أيضًا السكريات قليلة التعدد في حليب الثدي. قد تؤدي هذه النتائج إلى حليب صناعي صحي وأرخص للرضع، أو حليب نباتي خالي من الألبان أكثر تغذية للبالغين.
وقال باتريك شيا، كبير الباحثين في الدراسة: "النباتات كائنات حية مذهلة تأخذ ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون من غلافنا الجوي وتستخدمهما لصنع السكريات. وهي لا تصنع سكرًا واحدًا فحسب، بل تصنع مجموعة واسعة من السكريات البسيطة والمعقدة". أستاذ مشارك في بيولوجيا النبات والتربة والزراعة في كلية علوم النبات والزراعة بجامعة كاليفورنيا في بيركلي وباحث في معهد علم الجينوم المبتكر بجامعة كاليفورنيا في بيركلي. "لقد اعتقدنا أنه بما أن النباتات لديها بالفعل هذا التمثيل الغذائي الأساسي للسكر، فلماذا لا نحاول إعادة توجيهه لإنتاج السكريات قليلة التعدد في حليب الثدي؟"
جميع السكريات المعقدة - بما في ذلك السكريات قليلة التعدد في حليب الأم - مصنوعة من وحدات بناء من السكريات البسيطة، تسمى السكريات الأحادية، والتي يمكن ربطها معًا لتكوين مجموعة واسعة من السلاسل والسلاسل المتفرعة. ما يميز السكريات القليلة الموجودة في حليب الثدي هو مجموعات الروابط الخاصة، أو القواعد، لربط السكريات البسيطة معًا الموجودة في هذه الجزيئات.
ولجعل النباتات تنتج السكريات قليلة التعدد في حليب الثدي، قام مؤلف الدراسة الأولى كولن بارنوم بهندسة الجينات المسؤولة عن الإنزيمات التي تصنع هذه الروابط الخاصة. ومن خلال العمل مع دانييلا باريلا، وديفيد ميلز، وكارليتو لاباريلا من جامعة كاليفورنيا في ديفيس، أدخل هذه الجينات في نبات نيكوتيانا بنثاميانا، وهو نبات قريب من التبغ.
أنتجت النباتات المعدلة وراثيا 11 سكريات قليلة التعدد معروفة في حليب الأم، إلى جانب مجموعة متنوعة من السكريات المعقدة الأخرى ذات أنماط الارتباط المماثلة.
وقال شيا: "لقد صنعنا المجموعات الثلاث الرئيسية من السكريات قليلة التعدد في حليب الثدي". "على حد علمي، لم يثبت أحد أن هذه المجموعات الثلاث يمكن إنتاجها في وقت واحد في كائن حي واحد."
عمل بارنوم بعد ذلك على إنشاء خط ثابت من نباتات نيكوتيانا بنثاميانا التي تم تكييفها لإنتاج سكريات قليلة واحدة في حليب الثدي تسمى LNFP1.
وقال بارنوم، الذي أكمل العمل كطالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا: "LNFP1 عبارة عن سكريات قليلة في حليب الثدي، يبلغ طولها خمسة سكريات أحادية، ومن المفترض أن تكون مفيدة للغاية، ولكن حتى الآن لا يمكن إنتاجها على نطاق واسع باستخدام طرق التخمير الميكروبية التقليدية". ديفيس. "لقد اعتقدنا أنه إذا تمكنا من البدء في تصنيع السكريات قليلة التعدد الأكبر والأكثر تعقيدًا في حليب الثدي، فيمكننا حل مشكلة لا تستطيع الصناعة حلها حاليًا."
اليوم، من الممكن إنتاج عدد صغير من السكريات قليلة التعدد في حليب الثدي بمساعدة بكتيريا الإشريكية القولونية المعدلة وراثيًا. ومع ذلك، فإن عزل الجزيئات المفيدة عن المنتجات السامة الأخرى يعد عملية مكلفة، ولا يوجد سوى عدد محدود من تركيبات الأطفال التي تحتوي على هذه السكريات في مخاليطها.
كجزء من البحث، عمل شيا وبارنوم مع مينليانج يانج من جامعة نورث كارولينا لتقدير تكلفة إنتاج السكريات قليلة التعدد في حليب الثدي من النباتات على نطاق صناعي، ووجدا أنه من المحتمل أن يكون أرخص من استخدام المنصات الميكروبية.
وقال شيا: "تخيل أنه بإمكانك صنع كل السكريات قليلة التعدد الموجودة في حليب الثدي في نبات واحد. ثم يمكنك ببساطة طحن النبات، واستخراج جميع السكريات في وقت واحد وإضافتها مباشرة إلى حليب الأطفال". "ستكون هناك تحديات كثيرة في التنفيذ والتسويق، ولكن هذا هو الهدف الكبير الذي نحاول التحرك نحوه."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
