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Em todo o mundo, a maioria dos bebés – aproximadamente 75% – bebe fórmulas infantis nos primeiros seis meses de vida, quer como única fonte de nutrição ou como complemento à amamentação. Mas embora a fórmula forneça alimento essencial para os bebés em crescimento, actualmente não reproduz o perfil nutricional completo do leite materno.
Isso ocorre em parte porque o leite materno contém uma mistura única de aproximadamente 200 moléculas de açúcar prebióticas que ajudam a prevenir doenças e apoiam o crescimento de bactérias intestinais saudáveis. No entanto, a maioria destes açúcares continua a ser difícil, se não impossível, de fabricar.
Uma nova investigação liderada por cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, e da Universidade da Califórnia, Davis, mostra como as plantas geneticamente modificadas podem ajudar a colmatar esta lacuna.
Em um novo estudo publicado hoje na revista Comida Natural, a equipe de estudo reprogramou o maquinário de produção de açúcar das plantas para produzir uma gama diversificada desses açúcares do leite humano, também chamados de oligossacarídeos do leite humano. As descobertas podem levar a fórmulas mais saudáveis e mais acessíveis para bebês, ou a leites vegetais não lácteos mais nutritivos para adultos.
“As plantas são organismos fenomenais que retiram a luz solar e o dióxido de carbono da nossa atmosfera e os utilizam para produzir açúcares. E não produzem apenas um açúcar – produzem toda uma diversidade de açúcares simples e complexos”, disse o autor principal do estudo, Patrick. Shih, professor assistente de biologia vegetal e microbiana e pesquisador do Innovative Genomics Institute da UC Berkeley. “Pensamos que, uma vez que as plantas já têm esse metabolismo subjacente do açúcar, por que não tentamos redirecioná-lo para produzir oligossacarídeos no leite humano?”
Todos os açúcares complexos – incluindo os oligossacarídeos do leite humano – são feitos de blocos de construção de açúcares simples, chamados monossacarídeos, que podem ser ligados entre si para formar uma vasta gama de cadeias e cadeias ramificadas. O que torna os oligossacarídeos do leite humano únicos é o conjunto específico de ligações, ou regras, para conectar os açúcares simples encontrados nessas moléculas.
Para convencer as plantas a produzir oligossacarídeos do leite humano, o primeiro autor do estudo, Collin Barnum, projetou os genes responsáveis pelas enzimas que fazem essas ligações específicas. Trabalhando com Daniela Barile, David Mills e Carlito Lebrilla na UC Davis, ele introduziu os genes no Nicotiana benthamiana planta, um parente próximo do tabaco.
As plantas geneticamente modificadas produziram 11 oligossacarídeos conhecidos do leite humano, juntamente com uma variedade de outros açúcares complexos com padrões de ligação semelhantes.
“Produzimos todos os três grupos principais de oligossacarídeos do leite humano”, disse Shih. “Que eu saiba, ninguém jamais demonstrou que seria possível formar todos esses três grupos simultaneamente em um único organismo..“
Barnum então trabalhou para criar uma linha estável de N. benthamiana plantas que foram otimizadas para produzir um único oligossacarídeo do leite humano chamado LNFP1.
“O LNFP1 é um oligossacarídeo do leite humano com cinco monossacarídeos que supostamente é realmente benéfico, mas até agora não pode ser produzido em escala usando métodos tradicionais de fermentação microbiana”, disse Barnum, que concluiu o trabalho como estudante de pós-graduação na UC Davis. . “Pensamos que se pudéssemos começar a produzir esses oligossacarídeos maiores e mais complexos do leite humano, poderíamos resolver um problema que a indústria atualmente não consegue resolver”.
Atualmente, um pequeno punhado de oligossacarídeos do leite humano pode ser fabricado usando bactérias E. coli modificadas. No entanto, isolar as moléculas benéficas de outros subprodutos tóxicos é um processo dispendioso e apenas um número limitado de fórmulas para bebés inclui estes açúcares nas suas misturas.
Como parte do estudo, Shih e Barnum trabalharam com o colaborador Minliang Yang, da Universidade Estadual da Carolina do Norte, para estimar o custo de produção de oligossacarídeos do leite humano a partir de plantas em escala industrial e descobriram que provavelmente seria mais barato do que usar plataformas microbianas.
“Imagine ser capaz de produzir todos os oligossacarídeos do leite humano em uma única planta. Então você poderia simplesmente moer aquela planta, extrair todos os oligossacarídeos simultaneamente e adicioná-los diretamente na fórmula infantil”, disse Shih. “Haveria muitos desafios na implementação e comercialização, mas este é o grande objetivo que estamos tentando. para avançar.”
Autores adicionais incluem Bruna Paviani, Garret Couture, Chad Masarweh, Ye Chen, Yu-Ping Huang, David A. Mills, Carlito B. Lebrilla e Daniela Barile da UC Davis; Kasey Markel, da UC Berkeley; e Minliang Yang, da Universidade Estadual da Carolina do Norte.
Este trabalho foi apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde (Programa de Treinamento NIGMS T32), pelo Departamento de Energia dos EUA e pelo Centro Nacional de Saúde Complementar e Integrativa (R00AT009573)
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