2024-06-26 02:39:11
Les scientifiques ont développé une méthode pour modifier génétiquement les plantes afin de produire des oligosaccharides du lait maternel, ce qui pourrait conduire à des préparations pour nourrissons plus nutritives et moins chères, imitant plus fidèlement les bienfaits du lait maternel.
Les plantes génétiquement modifiées pourraient bientôt produire des sucres dans le lait maternel, rendant ainsi les préparations pour nourrissons plus saines et plus abordables.
Environ 75 % des bébés boivent du lait maternisé au cours de leurs six premiers mois, soit exclusivement, soit en complément de l’allaitement maternel. Bien que ces formules fournissent des nutriments essentiels, elles manquent des quelque 200 molécules de sucre prébiotiques présentes dans le lait maternel humain, qui sont essentielles à la prévention des maladies et au développement de bactéries intestinales saines. Étant donné que la plupart de ces sucres sont difficiles à synthétiser, les préparations actuelles ne parviennent pas à reproduire le profil nutritionnel complet du lait maternel.
Des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley et de l’Université de Californie à Davis ont réalisé des progrès significatifs pour combler cette lacune en modifiant génétiquement les plantes pour produire ces sucres cruciaux, connus sous le nom d’oligosaccharides du lait maternel (HMO). Leur étude, récemment publiée dans la revue Nature Food, pourrait contribuer à créer une préparation pour nourrissons plus saine et plus abordable.
La science de l’ingénierie du métabolisme du sucre dans les plantes
« Les plantes sont des organismes phénoménaux qui captent la lumière du soleil et le dioxyde de carbone de notre atmosphère et les utilisent pour fabriquer des sucres. Et ils ne produisent pas seulement un sucre, ils produisent toute une diversité de sucres simples et complexes », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Patrick Shih, professeur adjoint de biologie végétale et microbienne et chercheur à l’Innovative Genomics Institute de l’UC Berkeley. « Nous avons pensé que, puisque les plantes ont déjà ce métabolisme sous-jacent des sucres, pourquoi ne pas essayer de le réacheminer pour fabriquer des oligosaccharides du lait maternel ? »
Tous les sucres complexes – y compris les oligosaccharides du lait maternel – sont fabriqués à partir d’éléments constitutifs de sucres simples, appelés monosaccharides, qui peuvent être liés entre eux pour former une vaste gamme de chaînes et de chaînes ramifiées. Ce qui rend les oligosaccharides du lait maternel uniques, c’est l’ensemble spécifique de liaisons, ou de règles, permettant de relier les sucres simples entre eux que l’on trouve dans ces molécules.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques ont reprogrammé les plantes de Nicotiana benthamiana pour produire une gamme diversifiée de sucres bénéfiques présents dans le lait maternel, appelés oligosaccharides du lait maternel. Crédit : Collin Barnum
Percée dans la production d’oligosaccharides du lait maternel
Pour convaincre les plantes de fabriquer des oligosaccharides dans le lait maternel, le premier auteur de l’étude, Collin Barnum, a conçu les gènes responsables des enzymes qui établissent ces liaisons spécifiques. En collaboration avec Daniela Barile, David Mills et Carlito Lebrilla de l’UC Davis, il a introduit les gènes dans la plante Nicotiana benthamiana, un proche parent du tabac.
Les plantes génétiquement modifiées ont produit 11 oligosaccharides connus du lait maternel, ainsi qu’une variété d’autres sucres complexes présentant des schémas de liaison similaires.
“Nous avons fabriqué les trois principaux groupes d’oligosaccharides du lait maternel”, a déclaré Shih. “À ma connaissance, personne n’a jamais démontré qu’on pouvait créer ces trois groupes simultanément dans un seul organisme.”
Barnum a ensuite travaillé à la création d’une lignée stable de plantes de N. benthamiana optimisées pour produire un seul oligosaccharide du lait maternel appelé LNFP1.
“LNFP1 est un oligosaccharide du lait maternel composé de cinq monosaccharides qui est censé être vraiment bénéfique, mais qui ne peut jusqu’à présent pas être fabriqué à grande échelle en utilisant les méthodes traditionnelles de fermentation microbienne”, a déclaré Barnum, qui a terminé ses travaux en tant qu’étudiant diplômé à l’UC Davis. . “Nous pensions que si nous pouvions commencer à fabriquer ces oligosaccharides du lait maternel plus gros et plus complexes, nous pourrions résoudre un problème que cette industrie ne peut actuellement pas résoudre.”
Vers la commercialisation d’oligosaccharides végétaux du lait maternel
Actuellement, une petite poignée d’oligosaccharides du lait maternel peuvent être fabriqués à l’aide de bactéries E. coli modifiées. Cependant, isoler les molécules bénéfiques des autres sous-produits toxiques est un processus coûteux, et seul un nombre limité de préparations pour nourrissons incluent ces sucres dans leurs mélanges.
Dans le cadre de l’étude, Shih et Barnum ont travaillé avec leur collaborateur Minliang Yang de l’Université d’État de Caroline du Nord pour estimer le coût de production d’oligosaccharides du lait maternel à partir de plantes à l’échelle industrielle et ont découvert que cela serait probablement moins cher que l’utilisation de plates-formes microbiennes.
« Imaginez pouvoir fabriquer tous les oligosaccharides du lait maternel dans une seule usine. Ensuite, vous pourriez simplement broyer cette plante, extraire tous les oligosaccharides simultanément et les ajouter directement dans les préparations pour nourrissons », a déclaré Shih. « Il y aurait beaucoup de défis en matière de mise en œuvre et de commercialisation, mais c’est le grand objectif vers lequel nous essayons d’avancer. »
Référence : « Les plantes artificielles fournissent une plate-forme photosynthétique pour la production de divers oligosaccharides du lait maternel » par 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 et Patrick M. Shih, 13 juin 2024, Nature Food.
DOI : 10.1038/s43016-024-00996-x
Financement : Ce travail a été soutenu en partie par les National Institutes of Health, le Département américain de l’Énergie et le National Center for Complementary and Integrative Health.
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