Para ilmuwan telah mengembangkan metode untuk memodifikasi tanaman secara genetik untuk menghasilkan oligosakarida ASI, yang dapat menghasilkan susu formula bayi yang lebih bergizi dan lebih murah yang meniru manfaat ASI.
Tanaman hasil rekayasa genetika akan segera menghasilkan gula ASI, sehingga membuat susu formula bayi lebih sehat dan terjangkau.
Sekitar 75% bayi meminum susu formula selama enam bulan pertama, baik secara eksklusif atau sebagai suplemen saat menyusui. Meskipun formula ini memberikan nutrisi penting, formula ini kekurangan sekitar 200 molekul gula prebiotik yang ditemukan dalam ASI, yang merupakan kunci untuk mencegah penyakit dan menumbuhkan bakteri usus yang sehat. Karena sebagian besar gula ini sulit disintesis, susu formula yang ada saat ini gagal meniru profil nutrisi lengkap ASI.
Para peneliti di UC Berkeley dan UC Davis telah membuat kemajuan signifikan dalam menjembatani kesenjangan ini dengan merekayasa tanaman secara genetik untuk menghasilkan gula penting ini, yang dikenal sebagai oligosakarida ASI (HMO). Studi mereka baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Makanan Alamdapat membantu menciptakan susu formula bayi yang lebih sehat dan terjangkau.
Ilmu Teknik Metabolisme Gula pada Tumbuhan
“Tanaman adalah organisme fenomenal yang mengambil sinar matahari dan karbon dioksida dari atmosfer kita dan menggunakannya untuk membuat gula. Dan mereka tidak hanya membuat satu gula saja – mereka membuat berbagai macam gula sederhana dan kompleks,” kata penulis senior studi Patrick Shih, asisten profesor biologi tanaman dan mikroba dan peneliti di Innovative Genomics Institute UC Berkeley. “Kami pikir, karena tumbuhan sudah memiliki metabolisme gula, mengapa tidak mencoba mengubahnya menjadi oligosakarida dalam ASI?”
Semua gula kompleks – termasuk oligosakarida ASI – dibuat dari bahan penyusun gula sederhana, yang disebut monosakarida, yang dapat dihubungkan bersama untuk membentuk berbagai rantai dan rantai bercabang. Apa yang membuat oligosakarida ASI unik adalah serangkaian hubungan khusus, atau aturan, untuk menghubungkan gula sederhana yang ditemukan dalam molekul-molekul ini.
Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan memprogram ulang tanaman Nicotiana benthamiana untuk menghasilkan berbagai gula bermanfaat yang ditemukan dalam ASI, yang disebut oligosakarida ASI. Kredit: Collin Barnum
Terobosan Produksi Oligosakarida Susu Manusia
Untuk meyakinkan tanaman agar memproduksi oligosakarida dalam ASI, penulis pertama studi Collin Barnum merekayasa gen yang bertanggung jawab atas enzim yang membuat hubungan spesifik ini. Bekerja dengan Daniela Barile, David Mills, dan Carlito Lebrilla di UC Davis, dia memperkenalkan gen ke dalamnya Nicotiana benthamiana tanaman yang merupakan kerabat dekat tembakau.
Tanaman yang dimodifikasi secara genetik menghasilkan 11 oligosakarida ASI yang diketahui, bersama dengan berbagai gula kompleks lainnya dengan pola hubungan serupa.
“Kami membuat ketiga kelompok utama oligosakarida ASI,” kata Shih. “Sepengetahuan saya, belum ada yang pernah menunjukkan bahwa Anda dapat membuat ketiga kelompok ini secara bersamaan dalam satu organisme.”
Barnum kemudian bekerja untuk membuat garis stabil N. benthamiana tanaman dioptimalkan untuk menghasilkan oligosakarida ASI tunggal yang disebut LNFP1.
“LNFP1 adalah oligosakarida ASI dengan panjang lima monosakarida yang seharusnya sangat bermanfaat, namun sejauh ini tidak dapat dibuat dalam skala besar menggunakan metode fermentasi mikroba tradisional,” kata Barnum, yang menyelesaikan pekerjaannya sebagai mahasiswa pascasarjana di UC Davis. “Kami berpikir jika kami dapat mulai membuat oligosakarida ASI yang lebih besar dan kompleks, kami dapat memecahkan masalah yang saat ini tidak dapat diselesaikan oleh industri.”
Menuju Komersialisasi Oligosakarida Susu Manusia Berbasis Tanaman
Saat ini, sejumlah kecil oligosakarida ASI dapat diproduksi dengan menggunakan bakteri E. coli yang direkayasa. Namun, mengisolasi molekul bermanfaat dari produk samping beracun lainnya merupakan proses yang mahal, dan hanya sejumlah kecil formula yang memasukkan gula ini ke dalam campurannya.
Sebagai bagian dari penelitian, Shih dan Barnum bekerja dengan kolaborator Minliang Yang Universitas Negeri Carolina Utara untuk memperkirakan biaya produksi oligosakarida ASI dari tanaman pada skala industri dan menemukan bahwa biaya tersebut kemungkinan besar akan lebih murah dibandingkan menggunakan platform mikroba.
“Bayangkan bisa membuat semua oligosakarida ASI dalam satu tanaman. Kemudian Anda cukup menggiling tanamannya, mengekstrak semua oligosakarida dan menambahkannya langsung ke dalam formula,” kata Shih. “Akan ada banyak tantangan dalam implementasi dan komersialisasi, namun inilah tujuan besar yang ingin kami capai.”
Referensi: “Rekayasa tanaman menyediakan platform fotosintesis untuk produksi beragam oligosakarida ASI” oleh 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 dan Patrick M. Shih, 13 Juni 2024, Makanan Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s43016-024-00996-x
Pendanaan: Pekerjaan ini sebagian didukung oleh Institut Kesehatan NasionalDepartemen Energi AS, dan Pusat Nasional untuk Kesehatan Komplementer dan Integratif.
NewsRoom.id
