在世界范围内，大多数婴儿(约75%)在出生后的头六个月饮用婴儿配方奶粉，要么作为唯一的营养来源，要么作为母乳喂养的补充。但是，虽然配方奶粉为成长中的婴儿提供了必要的食物，但目前它并不能复制母乳的全部营养成分。

这在一定程度上是因为人类母乳含有大约200种益生元糖分子的独特混合物，有助于预防疾病并支持健康肠道细菌的生长。然而，这些糖中的大多数即使不是不可能制造，也是很难制造的。

由加州大学伯克利分校和加州大学戴维斯分校的科学家领导的一项新研究表明，基因工程植物可能有助于缩小这一差距。

在今天发表在《自然食品》杂志上的一项新研究中，研究小组重新编程了植物的糖制造机制，以生产各种各样的人乳糖，也称为人乳低聚糖。这一发现可能会为婴儿带来更健康、更实惠的配方奶粉，或为成人带来更有营养的非乳制品植物奶。

“植物是一种非凡的生物，它们从大气中吸收阳光和二氧化碳，并用它们来制造糖。而且它们不只是制造一种糖——它们制造了多种简单和复杂的糖，”该研究的资深作者帕特里克·施(Patrick Shih)说，他是加州大学伯克利分校创新基因组学研究所的植物和微生物生物学助理教授和研究员。“我们想，既然植物已经有了这种潜在的糖代谢，为什么我们不尝试改变它来制造人乳低聚糖呢?”

所有的复合糖——包括人乳低聚糖——都是由单糖组成的，单糖可以连接在一起形成大量的链和支链。人乳低聚糖的独特之处在于这些分子中发现的将单糖连接在一起的一组特定的键或规则。

为了说服植物制造人乳低聚糖，该研究的第一作者科林·巴纳姆设计了负责制造这些特定联系的酶的基因。随后，他与加州大学戴维斯分校的Daniela Barile、David Mills和Carlito Lebrilla合作，将这些基因引入烟草的近亲——benthamiana植物。

这种转基因植物产生了11种已知的人乳低聚糖，以及其他多种具有类似连锁模式的复合糖。

施说:“我们制造了三种主要的母乳低聚糖。”“据我所知，还没有人证明你可以在一个有机体中同时产生这三种群体。”

然后，巴纳姆致力于创造一个稳定的benthamiana植物品系，该品系经过优化，可以生产一种名为LNFP1的人乳低聚糖。

“LNFP1是一种五单糖长的人乳低聚糖，被认为是真正有益的，但到目前为止，还不能使用传统的微生物发酵方法大规模生产，”巴纳姆说，他在加州大学戴维斯分校完成了这项研究，当时他是一名研究生。“我们认为，如果我们能开始制造这些更大、更复杂的人乳低聚糖，我们就能解决这个行业目前无法解决的问题。”

目前，少量的人乳低聚糖可以用工程大肠杆菌制造出来。然而，从其他有毒副产品中分离出有益分子是一个昂贵的过程，而且只有有限数量的婴儿配方奶粉在其混合物中含有这些糖。

作为研究的一部分，Shih和Barnum与北卡罗莱纳州立大学的合作者Minliang Yang合作，估计了在工业规模上从植物中生产人乳低聚糖的成本，并发现它可能比使用微生物平台更便宜。

“想象一下，能够在一种植物中制造所有的母乳低聚糖。然后你可以把这种植物磨碎，同时提取所有的低聚糖，并直接添加到婴儿配方奶粉中。”“在实施和商业化方面会有很多挑战，但这是我们正在努力实现的大目标。”

其他作者包括加州大学戴维斯分校的Bruna Paviani、Garret Couture、Chad Masarweh、Chen Ye、Huang Yu-Ping、David A. Mills、Carlito B. Lebrilla和Daniela Barile;加州大学伯克利分校的凯西·马克尔;以及北卡罗莱纳州立大学的杨敏良。

这项工作得到了美国国立卫生研究院(NIGMS T32培训计划)、美国能源部和国家补充和综合健康中心(R00AT009573)的部分支持。