담배와 유사한 식물의 유전자 변형을 통해 모유 영양분을 생산한다.

수천 년 동안 모유는 유아에게 이상적인 영양 공급원으로 여겨져 왔다. 필수 영양소와 면역 강화 화합물이 함유되어 건강한 삶을 위한 완벽한 시작을 제공한다. 그러나 일부 산모의 경우 모유 수유가 항상 선택 사항은 아니다.

이로 인해 유아용 조제분유가 개발되었지만 모유 올리고당(HMO)이라고 불리는 모유에서 발견되는 복합당이 부족한 경우가 많다.

이제 버클리 캘리포니아 대학의 과학자들은 이러한 중요한 HMO를 생산하기 위해 식물을 유전자 조작하여 차세대 유아용 조제분유와 잠재적으로 더 건강한 성인을 위한 식물 기반 대안을 위한 길을 닦는 큰 도약을 이루었다.

패트릭 쉬(Patrick Shih) 박사가 이끄는 연구팀은 유전자 변형 니코티아나 벤타미아나(Nicotiana benthamiana)가 HMO를 생산할 수 있음을 입증했다.

모유 올리고당(HMO)의 잠재력

모유에는 약 200가지의 서로 다른 HMO가 포함되어 있어 세 번째로 풍부한 고형 성분이다. HMO는 유아가 소화할 수 없는 반면, 생후 첫 몇 주 동안 유익한 장내 세균의 중요한 식품 공급원 역할을 한다.

건강한 장내 세균을 촉진하는 HMO는 바이러스 및 박테리아 감염 위험 감소와 관련이 있으며 잠재적으로 다른 건강상의 이점을 제공한다.

현재 조작된 대장균 박테리아를 사용하여 제한된 수의 HMO만 합성할 수 있는데, 이는 까다롭고 비용이 많이 드는 방법이다. 주요 유아용 조제분유 제조업체는 이러한 HMO를 제품에 포함시키기 시작했지만 프로세스의 복잡성과 비용으로 인해 널리 채택되는 데 제한이 있었다.

유전자 변형 니코티아나 벤타미아나(Nicotiana benthamiana)는 더욱 다양한 HMO를 보다 효율적으로 생산할 수 있는 유망한 대안을 제공한다.

유전공학의 획기적인 발전

UC 버클리의 과학자들은 연구에서 니코티아나 벤타미아나(Nicotiana benthamiana)의 설탕 제조 기계를 재프로그래밍했다. 그들은 단당류라고 불리는 염기성 당을 복잡한 HMO 구조에 조립하는 데 필요한 특정 효소를 생산하도록 설계된 유전자를 삽입했다. 유전자 변형 식물은 11개의 알려진 HMO를 생산할 수 있었으며 이는 이 분야에서 상당한 발전을 이루었다.

패트릭 쉬는 "우리는 모유 올리고당의 세 가지 주요 그룹을 모두 만들었다"라고 말했다. "내가 아는 한, 단일 유기체에서 이 세 그룹을 동시에 만들 수 있다는 것을 아무도 증명한 적이 없다."

이러한 성과에는 미생물 발효 방법을 사용하여 효율적으로 생산할 수 없는 유아 감염 감소와 관련된 HMO인 LNFP1 생산이 포함된다.

미래의 시사점과 과제

패트릭 쉬는 식물에서 생산된 HMO를 통합하여 유아용 조제분유를 크게 개선하여 잠재적으로 아기를 위한 더 건강하고 저렴한 옵션을 제공할 수 있는 미래를 구상한다.

“단 하나의 식물에서 모든 모유 올리고당을 만들 수 있다고 상상해보자. 그런 다음 해당 식물을 갈아서 모든 올리고당을 동시에 추출하여 유아용 조제분유에 직접 첨가하면 된다.”라고 그는 설명했다.

패트릭은 구현 및 상용화의 어려움을 인정하면서도 이 기술의 잠재력에 대해 낙관하고 있다.

유아 영양을 넘어, 이 연구의 의미는 더 넓은 식이요법 및 건강 응용 분야로 확장된다. 패트릭는 “이것은 유아를 위한 개선된 식물성 우유뿐만 아니라 성인 식단과 건강의 다른 많은 측면에도 도움이 될 수 있다.”라고 말했다.

그는 또한 식물은 이미 더 건강한 오일과 지방산을 생산하도록 유전자 조작되었으며 이는 인간 건강을 향상시키기 위해 디자이너 식물을 만들 수 있는 다양한 방법 중 하나일 뿐이라고 덧붙였다.

패트릭과 그의 동료들이 개발한 접근법은 성인을 위한 보다 영양가 높은 비유제품 식물성 우유를 위한 길을 열 수 있으며 잠재적으로 새로운 HMO 기반 의약품으로 이어질 수 있다.

이 연구는 Nature Food 저널에 게재되었다.