Les plantes artificielles produisent des sucres dans le lait maternel qui pourraient conduire à des préparations pour nourrissons plus saines

Dans le monde, la majorité des bébés (environ 75 %) boivent des préparations pour nourrissons au cours de leurs six premiers mois de vie, soit comme seule source de nutrition, soit comme complément à l'allaitement maternel. Mais même si le lait maternisé fournit des aliments essentiels aux bébés en pleine croissance, il ne reproduit pas actuellement le profil nutritionnel complet du lait maternel.

Cela est dû en partie au fait que le lait maternel contient un mélange unique d’environ 200 molécules de sucre prébiotiques qui aident à prévenir les maladies et favorisent la croissance de bactéries intestinales saines. Cependant, la plupart de ces sucres restent difficiles, voire impossibles, à fabriquer.

De nouvelles recherches menées par des scientifiques de l’Université de Californie à Berkeley et de l’Université de Californie à Davis montrent comment les plantes génétiquement modifiées peuvent contribuer à combler cet écart.

Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue Alimentation naturelle, l'équipe d'étude a reprogrammé les machines de fabrication du sucre des plantes pour produire une gamme diversifiée de ces sucres du lait maternel, également appelés oligosaccharides du lait maternel. Les résultats pourraient conduire à des préparations pour nourrissons plus saines et plus abordables pour les bébés, ou à des laits végétaux non laitiers plus nutritifs pour les adultes.

“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 elles ne produisent pas qu'un seul sucre, elles produisent toute une diversité de sucres simples et complexes”, a déclaré Patrick Shih, auteur principal de l'étude. , 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 du sucre, 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.

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 ensuite 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.”

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 plante. 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.”

Les autres auteurs incluent Bruna Paviani, Garret Couture, Chad Masarweh, Ye Chen, Yu-Ping Huang, David A. Mills, Carlito B. Lebrilla et Daniela Barile de UC Davis ; Kasey Markel de l'Université de Berkeley ; et Minliang Yang de l'Université d'État de Caroline du Nord.