大約75% 的嬰兒在出生後的頭六個月會喝嬰兒配方奶粉，有的是純母乳餵養，有的是作為母乳餵養的補充。雖然這些配方奶粉提供了必需的營養成分，但它們缺乏母乳中的約200 種益生糖分子，而這些分子是預防疾病和培養健康腸道細菌的關鍵。由於這些糖大多難以合成，目前的配方奶粉無法複製母乳的完整營養成分。科學家已經開發出一種透過基因改造植物來生產母乳寡糖的方法，這種方法可以生產出更有營養、更便宜、更接近母乳益處的嬰兒配方奶粉。

加州大學柏克萊分校和加州大學戴維斯分校的研究人員透過對植物進行基因工程改造，使其能夠生產這些至關重要的醣類，即人類乳寡糖（HMOs），從而在彌合這一差距方面取得了重大進展。他們的研究成果最近發表在《自然-食品》雜誌上，有助於生產出更健康、更經濟實惠的嬰兒配方奶粉。

植物糖代謝工程科學

“植物是一種神奇的生物，它們從大氣中吸收陽光和二氧化碳，並利用它們製造醣類。它們不僅製造一種糖，還製造多種多樣的單醣和複合糖，”該研究的資深作者、植物與微生物生物學助理教授、加州大學柏克萊分校創新基因組研究所研究員 Patrick Shih說。 “我們想，既然植物已經有了這種潛在的糖代謝，為什麼我們不試著改變它的路線來製造人乳寡糖呢？”

所有複雜的醣類（包括人類乳寡糖）都是由單醣（稱為單醣）組成的，這些單醣可以連接在一起，形成大量的鏈和支鏈。人類乳寡糖之所以與眾不同，是因為這些分子中存在一套將單醣連接在一起的特定連接方式或規則。

在一項新的研究中，科學家們對菸草植物進行了重新編程，使其能夠生產出母乳中的多種有益醣類，這些醣類被稱為母乳低聚醣。資料來源：科林-巴納姆

人乳低聚醣生產取得突破性進展

為了說服植物製造母乳寡糖，研究的第一作者科林-巴納姆（Collin Barnum）設計了負責製造這些特定連接的酵素的基因。他與加州大學戴維斯分校的Daniela Barile、David Mills 和Carlito Lebrilla 合作，將這些基因導入菸草的近緣植物Nicotiana benthamiana 。

結果是，基因改造植物產生了11 種已知的母乳寡糖，以及其他多種具有類似連接模式的複合糖。

Shih 說：「我們製造出了母乳中所有三大類低聚醣。」據我所知，從來沒有人證明過可以在一個生物體內同時製造出所有這三大類低聚醣。 “

隨後，巴納姆努力培育出一個穩定的N. benthamiana 植物品系，並對其進行了優化，以生產一種名為LNFP1 的單一母乳寡糖。

“LNFP1是一種五單醣長的人奶寡糖，它應該是真正有益的，但到目前為止還不能用傳統的微生物發酵方法大規模製造，”巴納姆說，他是在加州大學戴維斯分校完成這項工作的研究生。 “我們認為，如果我們能開始製造這些更大、更複雜的母乳寡糖，我們就能解決工業界目前無法解決的問題。”

實現植物性人乳寡糖的商業化

目前，一小部分母乳寡糖可以利用工程大腸桿菌製造。然而，從其他有毒副產品中分離出有益分子是一個成本高昂的過程，而且只有數量有限的嬰兒配方奶粉在其混合物中含有這些糖。

作為研究的一部分，Shih 和Barnum 與合作者、北卡羅來納州立大學的楊敏良合作，估算了以工業規模從植物中生產母乳低聚醣的成本，發現這可能比使用微生物平台更便宜。

“想像一下，在一種植物中就能製造出所有的母乳低聚醣。然後你就可以把這種植物磨碎，同時提取所有的低聚醣，並直接添加到嬰兒配方奶粉中，”Shih說。 “在實施和商業化方面會有很多挑戰，但這是我們正在努力實現的大目標。”

編譯來源：ScitechDaily