转基因植物可生产人乳糖有望生产出更健康的婴儿配方奶粉

全世界大多数婴儿(约75%)在出生后的前六个月饮用婴儿配方奶粉，要么作为唯一营养来源，要么作为母乳喂养的补充。尽管配方奶粉为成长中的婴儿提供了必需的食物，但目前它并不能完全复制母乳的营养成分。

部分原因是人类乳汁中含有约200种益生元糖分子的独特混合物，有助于预防疾病并支持健康肠道细菌的生长。然而，这些糖中的大多数仍然难以制造——甚至不可能制造。

由加州大学伯克利分校和加州大学戴维斯分校的科学家领导的一项新研究表明，转基因植物可能有助于缩小这一差距。

今天，研究小组在《自然食品》杂志上发表了一项新研究，他们重新编程了植物的制糖机制，使其能够生产出各种各样的人乳糖，也称为人乳寡糖。这一发现可能有助于开发出更健康、更实惠的婴儿配方奶粉，或为成人开发出更有营养的非乳制植物奶。

“植物是一种神奇的生物，它们从大气中吸收阳光和二氧化碳，并利用它们来制造糖。它们不只制造一种糖，它们制造各种各样的简单和复杂的糖，”这项研究的资深作者、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兼研究员帕特里克·施(PatrickShih)说。“我们认为，既然植物已经具有这种潜在的糖代谢，我们为什么不尝试改变它来制造人乳寡糖呢?”

所有复合糖(包括母乳低聚糖)都是由简单糖(称为单糖)的组成部分构成的，这些单糖可以连接在一起形成大量的链和支链。母乳低聚糖的独特之处在于这些分子中存在一组特定的连接方式或规则，用于将单糖连接在一起。

为了让植物产生人乳寡糖，研究第一作者CollinBarnum设计了负责产生这些特定连接的酶的基因。他与加州大学戴维斯分校的DanielaBarile、DavidMills和CarlitoLebrilla合作，将这些基因引入烟草的近亲本氏烟植物中。

在一项新研究中，科学家对本氏烟进行了重新编程，使其能够产生母乳中存在的多种有益糖类，即人乳寡糖。图片来源：CollinBarnum

转基因植物产生了11种已知的人乳寡糖，以及多种具有相似连接模式的其他复合糖。

“我们制造了三种主要的母乳寡糖，”Shih说道。“据我所知，还没有人证明过可以在一个生物体中同时制造这三种寡糖。”

随后，巴纳姆致力于培育出稳定的本氏烟草植物系，并对其进行优化，以生产一种名为LNFP1的单一人乳寡糖。

“LNFP1是一种由五个单糖组成的母乳寡糖，据说非常有益，但目前无法使用传统的微生物发酵方法大规模生产，”巴纳姆说，他在加州大学戴维斯分校读研究生时完成了这项工作。“我们认为，如果我们能够开始生产这些更大、更复杂的母乳寡糖，我们就可以解决该行业目前无法解决的问题。”

目前，少量母乳低聚糖可通过改造大肠杆菌生产。然而，从其他有毒副产品中分离有益分子是一个昂贵的过程，而且只有少数婴儿配方奶粉中含有这些糖。

作为研究的一部分，Shih和Barnum与北卡罗来纳州立大学的合作者杨敏良一起估算了工业规模从植物生产人乳低聚糖的成本，发现这可能比使用微生物平台更便宜。

“想象一下，如果能够在一株植物中生产出所有人乳寡糖。然后你只需研磨该植物，同时提取所有寡糖，并将其直接添加到婴儿配方奶粉中，”施说。“实施和商业化将面临许多挑战，但这是我们努力实现的远大目标。”

其他作者包括加州大学戴维斯分校的BrunaPaviani、GarretCouture、ChadMasarweh、YeChen、Yu-PingHuang、DavidA.Mills、CarlitoB.Lebrilla和DanielaBarile;加州大学伯克利分校的KaseyMarkel;以及北卡罗来纳州立大学的MinliangYang。