加州大学伯克利分校和加州大学戴维斯分校的研究人员通过对植物进行基因工程改造，使其能够生产这些至关重要的糖类，即人乳寡糖（HMOs），从而在弥合这一差距方面取得了重大进展。他们的研究成果最近发表在《
自然-食品
》杂志上，有助于生产出更健康、更经济实惠的婴儿配方奶粉。
植物糖代谢工程科学
"植物是一种神奇的生物，它们从大气中吸收阳光和二氧化碳，并利用它们制造糖类。它们不仅制造一种糖，还制造多种多样的单糖和复合糖，"该研究的资深作者、植物和微生物生物学助理教授、加州大学伯克利分校创新基因组研究所研究员帕特里克-施（Patrick Shih）说。"我们想，既然植物已经有了这种潜在的糖代谢，为什么我们不试着改变它的路线来制造人乳寡糖呢？"
所有复杂的糖类（包括人乳低聚糖）都是由单糖（称为单糖）组成的，这些单糖可以连接在一起，形成大量的链和支链。人乳低聚糖之所以与众不同，是因为这些分子中存在一套将单糖连接在一起的特定连接方式或规则。
在一项新的研究中，科学家们对烟草植物进行了重新编程，使其能够生产出母乳中的多种有益糖类，这些糖类被称为母乳低聚糖。资料来源：科林-巴纳姆
人乳低聚糖生产取得突破性进展
为了说服植物制造母乳低聚糖，研究的第一作者科林-巴纳姆（Collin Barnum）设计了负责制造这些特定连接的酶的基因。他与加州大学戴维斯分校的 Daniela Barile、David Mills 和 Carlito Lebrilla 合作，将这些基因导入烟草的近缘植物Nicotiana benthamiana 。
结果是，转基因植物产生了 11 种已知的母乳寡糖，以及其他多种具有类似连接模式的复合糖。
Shih 说："我们制造出了母乳中所有三大类低聚糖。"据我所知，从来没有人证明过可以在一个生物体内同时制造出所有这三大类低聚糖。"
随后，巴纳姆努力培育出一个稳定的N. benthamiana 植物品系，并对其进行了优化，以生产一种名为 LNFP1 的单一母乳寡糖。
"LNFP1是一种五单糖长的人奶寡糖，它应该是真正有益的，但到目前为止还不能用传统的微生物发酵方法大规模制造，"巴纳姆说，他是在加州大学戴维斯分校完成这项工作的研究生。"我们认为，如果我们能开始制造这些更大、更复杂的母乳寡糖，我们就能解决工业界目前无法解决的问题。"
实现植物性人乳低聚糖的商业化
目前，一小部分母乳低聚糖可以利用工程大肠杆菌制造。然而，从其他有毒副产品中分离出有益分子是一个成本高昂的过程，而且只有数量有限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 与合作者、北卡罗来纳州立大学的杨敏良合作，估算了以工业规模从植物中生产母乳低聚糖的成本，发现这可能比使用微生物平台更便宜。
"想象一下，在一种植物中就能制造出所有的母乳低聚糖。然后你就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，"Shih 说。"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。"
