Page 7

139042_DTUavisen_1013_final_251113

Artificial production of breast milk’s ‘super-sugar’ Bio-catalysis Breast milk contains large quantities of highly specialized carbohydrates unique to humans. Although their properties have not yet been fully identified, they are believed to play a key role in preventing disease and the cognitive development of infants. A research team at DTU Chemical Engineering has successfully produced 10 g of these carbohydrates, and both the industry and the scientific community have high hopes for their beneficial effects on health. Among other things, breast milk helps build the child’s healthy intestinal flora, and the carbohydrates also help develop the immune system of newborns. The carbohydrates can also prevent pathogenic bacteria such as   nr. 10·2013  |  FORSKNING / RESEARCH  |  7 salmonella and campylobacter causing illness in children and it is believed that they can prevent the transfer of HIV from mother to child. Breast milk contains a couple of hundred different molecular carbohydrate structures, but it is unknown whether a few, highly potent structures have the ability to prevent infection or whether the interaction between them all Modermælk for viderekomne • Modermælkens sukkerstoffer går også under forkortelsen HMO – Human Milk Oligosaccharides – som findes i flere hundrede forskellige slags strukturer. • Det er muligt at fremstille HMO uden for kroppen ved hjælp biokatalyse, hvor enzymer bliver anvendt til at fremme en kemisk reaktion mellem to eller flere stoffer, så de bindes sammen til HMO. • HMO har en prebiotisk effekt. Dvs. de har en gavnlig virkning på bl.a. tarmfloraen og dermed vores immunsystem og helbredstilstand. Partnere i forskningen Forskningen er udført på DTU Kemiteknik i samarbejde med Arla Foods, DuPont, Københavns Universitet, Syddansk Universitet og University of Reading. causes the preventive effect. Companies and scientists all over the world have joined the race to be the first to devise a method to produce the carbohydrate structures outside the human body with the aim of conducting research into the properties of the carbohydrates and exploiting them for formula production and other purposes. Modermælkens super-sukker fremstillet kunstigt ■■Få mere at vide Jørn Dalgaard Mikkelsen, professor, DTU Kemiteknik, jdami@kt.dtu.dk Af Lotte Krull Modermælk indeholder store mængder meget specielle kulhydrater, som er unikke for vores art. Deres egenskaber er ikke afdækket til fulde, men man mener, at de spiller en vigtig rolle i sygdomsforebyggelse og udvikling af de kognitive egenskaber hos spædbarnet. På DTU Kemiteknik er det lykkedes en forskergruppe at fremstille 10 gram af disse kulhydrater, hvis helbredsfremmende egenskaber industrien og videnskaben har store forhåbninger til. Modermælk medvirker bl.a. til opbygning af barnets helbredsmæssige sunde tarmflora. Desuden er modermælkens kulhydrater med til at udvikle de nyfødtes immunsystem. Kulhydraterne kan også forhindre sygdomsfremkaldende bakterier som f.eks salmonella og campylobacter i at forårsage sygdom hos barnet, og man mener, at de kan forhindre overførsel af hiv-virus fra mor til barn. Der findes et par hundrede forskellige molekylære kulhydratstrukturer i modermælk, men det vides ikke, om det er nogle få, meget potente strukturer, eller samspillet mellem dem alle, som fører til den sygdomsforbyggende effekt. Industrien og videnskaben verden over har indledt et kapløb om at komme først med en metode til at producere kulhydratstrukturerne uden for menneskekroppen. Dels for at kunne forske i kulhydraternes egenskaber, dels for at udnytte dem i f.eks. produktionen af modermælkserstatning. Det noget større perspektiv er at udnytte dem i andre sammenhænge f.eks. i fødevareproduktionen, så flere mennesker får glæde af kulhydraternes helbredsfremmende egenskaber gennem funktionelle fødevarer. Fire års arbejde I professor Jørn Dalgaard Mikkelsens forskergruppe på DTU Kemiteknik er det ved hjælp af skræddersyede enzymer lykkedes at fremstille mere end ti gram af de sjældne sukkerstrukturer, bl.a. sialyllaktose. Det har krævet fire års intensivt arbejde at få designet enzymerne til at fungere i den bio-katalytiske proces. „Sukkeret er meget svært at fremstille,“ lyder den korte udgave fra Jørn Dalgaard Mikkelsen, når han forklarer om sin forskning i modermælkens sukkerstrukturer. Den mellemlange udgave lyder således: „For at fremstille sialyllaktose skal man bruge laktose (mælkesukker, red.), som findes mange steder bl.a. i komælk. Laktosen skal ’dekoreres’ med sialinsyre, som er en meget sjælden sukkerbyggesten. Derfor har vi kigget efter nogle donormolekyler – altså nogle naturlige kilder, hvorfra vi kunne udvinde sialinsyre,“ forklarer professoren. Den naturlige kilde til sialinsyre fandt forskerne i valle, som er et restprodukt i osteproduktionen. Men de to sukkerstrukturer – laktose og sialinsyre – forbindes ikke bare af sig selv, når de blandes. „Stofferne skal aktiveres, før de forbindes i et enkelt molekyle. Der skal være en katalysator til stede, og der har vi opfundet et enzym, der efter molekylært design kan få bio-katalysen til at ske. Enzymet kan flytte sialinsyren fra vallen og forbinde det med laktosen.“ Patenteret enzym Fundet af enzymet har ført til et patent midt i 2013, og nu er forskergruppen teknisk set klar til at skalere produktionen af sialyllaktose op. Der er dog stadig tale om en bekostelig produktion, så der fokuseres på en økonomisk bæredygtig proces. Samtidig forsøger forskergruppen på DTU Kemiteknik at fremstille en af de andre sukkerstrukturer fra modermælken, nemlig fucosyllaktose, der rummer de samme udfordringer som sialyllaktosen: Forskerne skal finde nogle naturlige kilder, hvor man kan hente byggestenene, for derefter at opfinde en metode til at få dem sat sammen igen til det eftertragtede sukker. Professor Jørn Dalgaard Mikkelsens forskning går hånd i hånd med forskningen i professor Anne Meyers forskningsgruppe på samme institut, der også leder efter metoder til at fremstille molekylære strukturer med sundhedsfremmende egenskaber. Enzymet, som forskerne bruger til fremstilling af super-sukkeret, efter intens røntgenstråling i en synkrotron. The enzyme used by researchers to produce the super-sugar following intense X-ray radiation in a synchrotron. Ilustration DTU Bio-katalyse En forskergruppe på DTU Kemiteknik har fremstillet nogle sjældne sukkerstrukturer, som findes i modermælk, og som menes at have sundhedsfremmende egenskaber. Scan to read FULL articles dtu.dk/1310


139042_DTUavisen_1013_final_251113
To see the actual publication please follow the link above