O leite materno humano é uma mistura única de açúcares prebióticos difíceis de copiar em fórmulas comerciais. Novas pesquisas mostram que plantas podem ser os fabricantes perfeitos.
Por Universidade da California, Berkeley com informações de Science Daily.
No mundo todo, a maioria dos bebês — aproximadamente 75% — toma fórmula infantil nos primeiros seis meses de vida, seja como única fonte de nutrição ou como suplemento à amamentação. Mas, embora a fórmula forneça alimentos essenciais para bebês em crescimento, ela atualmente não replica o perfil nutricional completo do leite materno.
Isso ocorre em parte porque o leite materno humano contém uma mistura única de aproximadamente 200 moléculas de açúcar prebiótico que ajudam a prevenir doenças e apoiam o crescimento de bactérias intestinais saudáveis. No entanto, a maioria desses açúcares continua difícil, se não impossível, de fabricar.
Uma nova pesquisa liderada por cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, e da Universidade da Califórnia, Davis, mostra como plantas geneticamente modificadas podem ajudar a fechar essa lacuna.
Num novo estudo publicado na revista Nature Food , a equipa de estudo reprogramou a maquinaria de produção de açúcar das plantas para produzir uma gama diversificada destes açúcares do leite humano, também chamados oligossacarídeos do leite humano. As descobertas podem levar a fórmulas mais saudáveis e acessíveis para bebês, ou a leites vegetais não lácteos mais nutritivos para adultos.
“As plantas são esses organismos fenomenais que pegam a luz solar e o dióxido de carbono da nossa atmosfera e os usam para fazer açúcares. E elas não fazem apenas um açúcar — elas fazem toda uma diversidade de açúcares simples e complexos”, disse o autor sênior do estudo Patrick Shih, professor assistente de biologia vegetal e microbiana e pesquisador do Instituto de Genômica Inovadora da UC Berkeley. “Nós pensamos, já que as plantas já têm esse metabolismo de açúcar subjacente, por que não tentamos redirecioná-lo para fazer oligossacarídeos do 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 açúcares simples que são 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 produzem essas ligações específicas. Trabalhando com Daniela Barile, David Mills e Carlito Lebrilla na UC Davis, ele então introduziu os genes na planta Nicotiana benthamiana, uma parente próxima 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 era possível formar todos esses três grupos simultaneamente em um único organismo . ”
Barnum então trabalhou para criar uma linha estável de plantas N. benthamiana que foram otimizadas para produzir um único oligossacarídeo do leite humano chamado LNFP1.
“LNFP1 é um oligossacarídeo de leite humano com cinco monossacarídeos de comprimento que supostamente é realmente benéfico, mas até agora não pode ser feito em escala usando métodos tradicionais de fermentação microbiana”, disse Barnum, que concluiu o trabalho como aluno de pós-graduação na UC Davis. “Pensamos que se pudéssemos começar a fazer esses oligossacarídeos de leite humano maiores e mais complexos, 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 projetadas. No entanto, isolar as moléculas benéficas de outros subprodutos tóxicos é um processo caro, e apenas um número limitado de fórmulas para bebês inclui esses açúcares em 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 fazer todos os oligossacarídeos do leite humano em uma única planta. Então você poderia simplesmente moer essa planta, extrair todos os oligossacarídeos simultaneamente e adicioná-los diretamente à fórmula infantil”, disse Shih. “Haveria muitos desafios na implementação e comercialização, mas esse é o grande objetivo que estamos tentando atingir.”
Outros autores 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), o Departamento de Energia dos EUA e o Centro Nacional de Saúde Complementar e Integrativa (R00AT009573)
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela University of California – Berkeley. Original escrito por Kara Manke. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
Referência do periódico :
Collin R. Barnum, Bruna Paviani, Garret Couture, Chad Masarweh, Ye Chen, Yu-Ping Huang, Kasey Markel, David A. Mills, Carlito B. Lebrilla, Daniela Barile, Minliang Yang, Patrick M. Shih. Plantas modificadas fornecem uma plataforma fotossintética para a produção de diversos oligossacarídeos do leite humano . Nature Food , 2024; DOI: 10.1038/s43016-024-00996-x
