En todo el mundo, la mayoría de los bebés (aproximadamente el 75%) beben fórmula infantil durante sus primeros seis meses de vida, ya sea como única fuente de nutrición o como complemento de la lactancia materna.
por Kara Manke, Universidad de California – Berkeley
Pero si bien la fórmula proporciona alimento esencial para los bebés en crecimiento, actualmente no replica el perfil nutricional completo de la leche materna.
Esto se debe en parte a que la leche materna humana contiene una mezcla única de aproximadamente 200 moléculas de azúcar prebióticas que ayudan a prevenir enfermedades y favorecen el crecimiento de bacterias intestinales saludables. Sin embargo, la mayoría de estos azúcares siguen siendo difíciles, si no imposibles, de fabricar.
Una nueva investigación dirigida por científicos de la Universidad de California, Berkeley, y la Universidad de California, Davis, muestra cómo las plantas genéticamente modificadas pueden ayudar a cerrar esta brecha.
En un nuevo estudio publicado hoy en la revista Nature Food , el equipo de estudio reprogramó la maquinaria de producción de azúcar de las plantas para producir una amplia gama de estos azúcares de la leche humana, también llamados oligosacáridos de la leche humana. Los hallazgos podrían conducir a una fórmula más saludable y asequible para los bebés, o a una leche vegetal no láctea más nutritiva para los adultos.
«Las plantas son estos organismos fenomenales que toman la luz solar y el dióxido de carbono de nuestra atmósfera y los usan para producir azúcares. Y no solo producen un azúcar, sino toda una diversidad de azúcares simples y complejos», dijo el autor principal del estudio, Patrick Shih. , profesor asistente de biología vegetal y microbiana e investigador del Instituto de Genómica Innovadora de UC Berkeley. «Pensamos, dado que las plantas ya tienen este metabolismo subyacente del azúcar, ¿por qué no intentamos desviarlo para producir oligosacáridos de la leche humana?»
Todos los azúcares complejos, incluidos los oligosacáridos de la leche humana, se elaboran a partir de componentes básicos de azúcares simples, llamados monosacáridos, que pueden unirse para formar una amplia gama de cadenas y cadenas ramificadas. Lo que hace que los oligosacáridos de la leche humana sean únicos es el conjunto específico de enlaces, o reglas, para conectar los azúcares simples que se encuentran en estas moléculas.
Para convencer a las plantas de que produzcan oligosacáridos de la leche humana, el primer autor del estudio, Collin Barnum, diseñó los genes responsables de las enzimas que forman estos enlaces específicos. Trabajando con Daniela Barile, David Mills y Carlito Lebrilla en UC Davis, luego introdujo los genes en la planta Nicotiana benthamiana, un pariente cercano del tabaco.
Las plantas genéticamente modificadas produjeron 11 oligosacáridos conocidos de la leche humana, junto con una variedad de otros azúcares complejos con patrones de enlace similares.
«Produjimos los tres grupos principales de oligosacáridos de la leche humana», dijo Shih. «Que yo sepa, nadie ha demostrado nunca que se puedan formar estos tres grupos simultáneamente en un solo organismo».
Luego, Barnum trabajó para crear una línea estable de plantas de N. benthamiana que fueron optimizadas para producir un único oligosacárido de la leche humana llamado LNFP1.
«LNFP1 es un oligosacárido de leche humana de cinco monosacáridos que se supone que es realmente beneficioso, pero hasta ahora no se puede producir a escala utilizando métodos tradicionales de fermentación microbiana», dijo Barnum, quien completó el trabajo como estudiante de posgrado en UC Davis. . «Pensamos que si podíamos empezar a producir estos oligosacáridos de la leche humana más grandes y complejos, podríamos resolver un problema que la industria actualmente no puede resolver».
Actualmente, se puede fabricar un pequeño puñado de oligosacáridos de la leche humana utilizando bacterias E. coli modificadas genéticamente. Sin embargo, aislar las moléculas beneficiosas de otros subproductos tóxicos es un proceso costoso y sólo un número limitado de fórmulas para bebés incluyen estos azúcares en sus mezclas.
Como parte del estudio, Shih y Barnum trabajaron con su colaborador Minliang Yang de la Universidad Estatal de Carolina del Norte para estimar el costo de producir oligosacáridos de leche humana a partir de plantas a escala industrial y descubrieron que probablemente sería más barato que usar plataformas microbianas.
«Imagínese poder producir todos los oligosacáridos de la leche humana en una sola planta. Luego podría simplemente triturar esa planta, extraer todos los oligosacáridos simultáneamente y agregarlos directamente a la fórmula infantil «, dijo Shih. «Habría muchos desafíos en la implementación y comercialización, pero este es el gran objetivo hacia el que estamos tratando de avanzar».
Los autores adicionales incluyen a Bruna Paviani, Garret Couture, Chad Masarweh, Ye Chen, Yu-Ping Huang, David A. Mills, Carlito B. Lebrilla y Daniela Barile de UC Davis; Kasey Markel de UC Berkeley; y Minliang Yang de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
Más información: Collin R. Barnum et al, Las plantas diseñadas proporcionan una plataforma fotosintética para la producción de diversos oligosacáridos de la leche humana, Nature Food (2024). DOI: 10.1038/s43016-024-00996-x
