Молоко - дивовижна їжа. Бібліотека олігосахаридів зробить її зрозумілішою

Молоко - еволюціонуючий харчовий продукт.

Материнське молоко, мабуть, найкраща їжа для дитинних ссавців, у тому числі - людських немовлят. Відомо, що воно сприяє боротьбі з хворобами та зміцненню імунітету. Але навіть після десятиліть досліджень мало що відомо про те, як саме працює грудне молоко. Щоб допомогти вирішити це питання, хіміки з Національного інституту стандартів і технологій (National Institute of Standards and Technology), Гейтерсберг, США, створюють бібліотеку, яка каталогізує важливі складові цієї тілесної рідини.

«Ми хочемо дізнатися якомога більше про молоко, тому що поки при всій його важливості, нам занадто мало відомо про його хімію», - говорить Конні Ремороза (Connie Remoroza), хімік, керівник дослідницького проекту.

Реморозу спільно з іншими фахівцями Центру даних мас-спектрометрії (Mass Spectrometry Data Center) проводить аналіз і каталогізацію вуглеводів молока - олігосахаридів. Молекула олігосахариду зазвичай включає від двох до десяти простих цукрів (моносахаридів), таких, як глюкоза і галактоза, сполучених між собою хімічними зв'язками.

Олігосахариди присутні не тільки в молоці, а й у багатьох рослинах, таких як бобові, цибуля, пшениця і спаржа. Переважна більшість з них не перетравлюються і не всмоктуються організмом при їжі, а потрапляють у товсту кишку. Яку роль вони там відіграють, досі майже невідомо, хоча багато хто називає їх пребіотиками, оскільки передбачається, що вони сприяють зростанню бактерій, що, в свою чергу, створює здорову функціональну кишкову флору. Деякі дослідження також показали, що олігосахариди можуть сприяти поглинанню кальцію, магнію та інших мінералів у кишечнику людини.

Ремороза і її колеги збирають бібліотеку, яка буде служити довідником для тих, хто захоче продовжити роботу з цієї теми, щоб знайти остаточні відповіді на питання, пов'язані з засвоєнням молока і роллю олігосахаридів в організмі.

Влітку 2018 року Ремороза та її колеги задокументували 74 унікальних олігосахариди в стандартному еталонному матеріалі (SRM) 1953. Цей матеріал був отриманий спільно з Центрами з контролю і профілактики захворювань (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) і включає проби молока, взяті у 100 матерів, що годують, 2006 року і зберігаються в замороженому вигляді в шести молочних банках США. Хіміки використовують його для визначення ефективності методів виявлення таких забруднюючих навколишнє середовище речовин як поліхлорований біфеніл і пестициди. Дванадцять із задокументованих Реморозою олігосахаридів раніше не були виявлені в людському молоці.

Відкриття були зроблені з використанням мас-спектрометрії. За її допомогою хіміки складають графік «мас-спектру» - залежності інтенсивності іонного струму від ставлення маси речовини до заряду. Такі графіки, подібно до унікальних відбитків пальців, дозволяють точно визначити молекулярний склад досліджуваного зразка.

В останнє десятиліття рідинна хроматографія і мас-спектрометрія все частіше використовуються для аналізу вуглеводів, включаючи олігосахариди, з метою виявлення їх унікальних міток. Аналіз вуглеводів більш складний, ніж аналіз структури багатьох інших речовин, тому про них відомо мало. Створення бібліотеки заповнить великий пробіл у даних.

Як тільки ця інформація буде опублікована, будь-хто зможе її використовувати в дослідницьких цілях.

Нещодавно команда Національного інституту стандартів і технологій звернула увагу на молоко інших - крім людини - видів ссавців. По-перше, Ремороза склала каталог олігосахаридів домашніх тварин: корів і кіз. У створеній нею електронній таблиці вона докладно описала, які типи молока вже були досліджені хіміками за допомогою мас-спектрометрії. Їй також стало цікаво, що можна знайти в молоці утконосів і мавп. Один з провідних світових дослідницьких зоопарків знаходився всього в декількох кілометрах, в штаті Коннектикут. Конні Ремороза задалася питанням, чи є у них молоко, яким вони можуть поділитися.

Електронною поштою їй підтвердили, що вчені Смітсонівського національного зоопарку (National Zoological Park) і Смітсонівського інституту біології охорони природи (Smithsonian Conservation Biology Institute) дійсно мають незвичайну колекцію молока екзотичних ссавців. Вони були також зацікавлені з'ясувати олігосахаридний склад молока. Хоча зоопарк має доступ до великої кількості тварин молочних продуктів і в даний час зберігає більше 15000 зразків, йому не вистачає технічних можливостей та обладнання, необхідного для вивчення їх молекулярного складу. У грудні 2018 була створена партнерська програма.

«Ссавці - єдина велика група тварин, самки якої виробляють речовину з власного організму для годування потомства, - говорить Майк Пауер (Mike Power), один з вчених зоопарку, який працював з Реморозою. - Все, від броненосця до слона і людини».

Хоча всі вони виробляють молоко, у різних видів воно має різний склад. Наприклад, у слонів і носорогів дуже різні молочні продукти, хоча вони живуть в одному середовищі і ведуть подібний спосіб життя.

Молоко наших найближчих родичів, мавп, схоже на наше, але людське молоко містить приблизно в два рази більше жиру. Також у молоці людей, згідно з останніми дослідженнями, олігосахариди представлені, як правило, багатшими і різноманітнішими, ніж у більшості інших тварин, у т. ч. інших мавп. Близько 20% цукрів у людському молоці міститься в олігосахаридах. Це різко відрізняється від, наприклад, молока горил, в якому ця частка наближається до 5%.

Пауер вважає, що ці деталі можуть допомогти нам зрозуміти еволюцію. "Люди кажуть, що молоко - універсальна їжа. Я б сказав, щоб це найкраща еволюційна їжа, але вона не ідеальна, - говорить він. - Дізнавшись більше про олігосахариди, ми більше дізнаємося про людське молоко і про те, наскільки воно важливо, або неважливо. Схоже, у нього в основному імунна функція. Це має сенс, якщо подумати про те, як людина змінила навколишнє середовище ".

На відміну від мавп, люди почали вирощувати сільськогосподарські культури і домашніх тварин. Зрештою, люди почали використовувати для добрива сільськогосподарських культур гній, який, у свою чергу, може передавати такі небезпечні захворювання як свинячий грип. Вплив на середовище проживання, ймовірно, зажадало великих змін в імунній системі людини, включаючи склад молока.

Чим більше інформації Ремороза може надати про молоко, тим більше ймовірність того, що дослідники створять кращі замінники. Це може допомогти дієтологам, харчовим технологам і педіатрам у розробці дитячих сумішей, а також ветеринарам і біологам у зоопарках, яким часто доводиться вигодовувати дитинчат, матері яких з якоїсь причини не можуть годувати їх своїм молоком. Наприклад, коли самка гіпопотама Фіона в зоопарку Цинциннаті народила маленького бегемотика, співробітникам довелося створювати якомога ближчий аналог її молока.

Ремороза сподівається отримати доступ до заморожених ресурсів зоопарку для вивчення молока широкого кола тварин: окапі, слонів, горил. Поки вона почала з левів, оскільки зрозуміла, що молоко цих м'ясоїдних тварин дуже мало досліджено, а також тому, що в зоопарку багато молока африканських левів і зоопарк без зусиль може поділитися ним з укладачами бібліотеки.

Бібліотека олігосахаридів доступна безкоштовно на веб-сторінці інституту і буде оновлюватися в міру надходження нових даних.