يمكن للنباتات المعدلة وراثيا أن تنتج قريباً سكريات الحليب البشري، مما يجعل حليب الأطفال أكثر صحة وبأسعار معقولة. ويشرب ما يقرب من 75% من الأطفال حليب الأطفال خلال الأشهر الستة الأولى من عمرهم، إما بشكل حصري أو كمكمل للرضاعة الطبيعية.
وفي حين أن هذه التركيبات توفر العناصر الغذائية الأساسية، إلا أنها تفتقر إلى ما يقرب من 200 جزيء سكر بريبايوتيك موجود في حليب الثدي البشري، والتي تعتبر أساسية للوقاية من الأمراض وتعزيز بكتيريا الأمعاء الصحية. وبما أن معظم هذه السكريات يصعب تصنيعها، فإن التركيبات الحالية تفشل في تكرار الصورة الغذائية الكاملة لحليب الأم، حسبما يقول موقع scitechdaily.
حليب الثدي.. من النباتات!
وحقق الباحثون في جامعة كاليفورنيا، بيركلي وجامعة كاليفورنيا، ديفيس تقدمًا كبيرًا في سد هذه الفجوة عن طريق الهندسة الوراثية للنباتات لإنتاج هذه السكريات المهمة، والمعروفة باسم السكريات قليلة التعدد في الحليب البشري (HMOs). يمكن أن تساعد دراستهم، التي نُشرت مؤخرًا في مجلة Nature Food، في إنشاء حليب أطفال صحي وبأسعار معقولة.
“النباتات هي تلك الكائنات الحية الرائعة التي تأخذ ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون من غلافنا الجوي وتستخدمهما لصنع السكريات”، يقول باتريك شيه، كبير مؤلفي الدراسة، وهو أستاذ مساعد في علم الأحياء النباتية والميكروبية وباحث في معهد الجينوم المبتكر بجامعة كاليفورنيا في بيركلي.
ويضيف: “إنها لا تنتج سكرًا واحدًا فحسب، بل تصنع مجموعة كاملة من السكريات البسيطة والمعقدة. كنا نظن، بما أن النباتات لديها بالفعل هذا التمثيل الغذائي الأساسي للسكر، فلماذا لا نحاول إعادة توجيهه لإنتاج السكريات قليلة التعدد في الحليب البشري؟”.
السكريات المعقدة
وجميع السكريات المعقدة – بما في ذلك السكريات قليلة التعدد في الحليب البشري – مصنوعة من وحدات بناء من السكريات البسيطة، تسمى السكريات الأحادية، والتي يمكن ربطها معًا لتكوين مجموعة واسعة من السلاسل والسلاسل المتفرعة. ما يجعل السكريات قليلة التعدد في الحليب البشري فريدة من نوعها هي المجموعة المحددة من الروابط، أو القواعد، لربط السكريات البسيطة معًا الموجودة في هذه الجزيئات.
ولإقناع النباتات بإنتاج سكريات قليلة التعدد في الحليب البشري، قام المؤلف الأول للدراسة كولين بارنوم بهندسة الجينات المسؤولة عن الإنزيمات التي تصنع هذه الروابط المحددة. وبالتعاون مع دانييلا باريل، وديفيد ميلز، وكارليتو ليبريلا في جامعة كاليفورنيا في ديفيس، أدخل الجينات إلى نبات نيكوتيانا بنثاميانا، وهو قريب من التبغ.
أنتجت النباتات المعدلة وراثيا 11 سكريات قليلة التعدد معروفة في الحليب البشري، إلى جانب مجموعة متنوعة من السكريات المعقدة الأخرى ذات أنماط الارتباط المماثلة.
وقال شيه: “لقد صنعنا المجموعات الثلاث الرئيسية من السكريات قليلة التعدد في الحليب البشري”. “على حد علمي، لم يثبت أحد على الإطلاق أنه يمكنك تكوين هذه المجموعات الثلاث في وقت واحد في كائن حي واحد.”
عمل بارنوم بعد ذلك على إنشاء خط ثابت من نباتات N. benthamiana التي تم تحسينها لإنتاج قليل السكاريد من الحليب البشري يسمى LNFP1.
وقال بارنوم، الذي أكمل العمل كطالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا في ديفيس: “LNFP1 هو عبارة عن سكريات قليلة السكاريد في الحليب البشري مكونة من خمسة سكريات أحادية، من المفترض أن تكون مفيدة حقًا، ولكن حتى الآن لا يمكن تصنيعها على نطاق واسع باستخدام الطرق التقليدية للتخمير الميكروبي. لقد اعتقدنا أنه إذا تمكنا من البدء في تصنيع هذه السكريات قليلة التعدد الأكبر والأكثر تعقيدًا في الحليب البشري، فيمكننا حل مشكلة لا تستطيع هذه الصناعة حلها حاليًا”.
السكريات قليلة التعدد
حاليًا، يمكن تصنيع حفنة صغيرة من السكريات قليلة التعدد في الحليب البشري باستخدام بكتيريا الإشريكية القولونية المهندسة. ومع ذلك، فإن عزل الجزيئات المفيدة عن المنتجات الثانوية السامة الأخرى يعد عملية مكلفة، ولا يوجد سوى عدد محدود من تركيبات الأطفال التي تحتوي على هذه السكريات في مخاليطها.
كجزء من الدراسة، عمل شيه وبارنوم مع المتعاون مينليانج يانج في جامعة ولاية كارولينا الشمالية لتقدير تكلفة إنتاج السكريات قليلة التعدد في الحليب البشري من النباتات على نطاق صناعي، ووجدا أنه من المحتمل أن يكون أرخص من استخدام المنصات الميكروبية.
“تخيل أنك قادر على إنتاج كل السكريات قليلة التعدد في الحليب البشري في نبات واحد”، يقال شيه: “بعد ذلك يمكنك طحن هذا النبات واستخراج جميع السكريات قليلة التعدد في وقت واحد وإضافتها مباشرة إلى حليب الأطفال. سيكون هناك الكثير من التحديات في التنفيذ والتسويق، ولكن هذا هو الهدف الكبير الذي نحاول التحرك نحوه”.
اقرأ أيضاً:
