Bebek Mamalarındaki İnsan Sütü Oligosakkaritlerinin Çeşitliliğini Artırabilecek Hücre Tabanlı Yeni Yöntem!

Araştırmacılar, anne sütünde doğal olarak bulunan bazı şekerleri üretmek için hücre tabanlı yeni bir yaklaşım geliştirdiler. İnsan sütü oligosakkaritleri, anne sütünde bulunan ve prebiyotik işlevi görerek bebeğin bağırsak florasını etkileyebilen karmaşık şekerlerdir. Bu şekerler, faydalı bağırsak bakterilerinin büyümesini teşvik edebilir ve bazı patojenlerin tutunmasını veya çoğalmasını sınırlamaya yardımcı olabilir.

Bugüne kadar 200'den fazla insan sütü oligosakkariti yapısı tanımlanmıştır. Ancak bunlardan sadece sınırlı bir kısmı bebek mamalarında kullanılabilmektedir. Şimdi ise araştırmacılar, yapıca birbirinden farklı birkaç oligosakkariti üretebilen kültürlenmiş bir memeli hücre sistemi geliştirdiler. Bu çalışmanın sonuçları, Metabolic Engineering dergisinde yayımlandı. Japonya'daki Gifu Üniversitesinden araştırmacı Profesör Morihisa Fujita bu durumu şöyle açıkladı:

İnsan sütü oligosakkaritleri, anne sütündeki önemli biyoaktif şekerlerdir. Ancak birçoğunun üretilmesi veya incelenmesi zor olan karmaşık yapıları vardır. İnsan sütü oligosakkaritleri için biyosentetik yolağın kültürlenmiş memeli hücrelerinde yeniden oluşturulup oluşturulamayacağını ve glikozilasyon yolaklarını değiştirerek üretilen oligosakkarit türlerinin kontrol edilip edilemeyeceğini anlamak istedik.

Araştırmacıların yanıtlaması gereken ilk soru, HEK293 hücrelerinin standart kültür koşullarında neden tespit edilebilir düzeyde oligosakkarit üretmediğiydi. Ekip, GlycoMaple adlı bir tahmin aracını kullanarak oligosakkarit üretiminin biyosentetik yolağının haritasını çıkardı. Bu inceleme sonucunda iki bileşenin, yani β1,4-galaktoziltransferaz (B4GALT1) ve α-laktalbumin (LALBA) proteinlerinin bu süreçte zorunlu olduğunu buldular. HEK293 hücreleri bol miktarda B4GALT1 içermesine rağmen hiç LALBA ifade etmiyordu. Hücreler, LALBA ifade edecek şekilde genetiği değiştirildiğinde çeşitli oligosakkaritler üretmeye başladılar. Fujita, genetik müdahalenin sonuçlarını şu sözlerle ifade etti:

Sıradan kültürlenmiş memeli hücreleri, α-laktalbumin (LALBA) eklenerek insan sütü oligosakkariti üreten hücrelere dönüştürülebilir. Dahası, glikoziltransferaz ifadesini değiştirerek hücreler tarafından üretilen oligosakkaritlerin bileşimini de değiştirebiliriz. Bu durum, çeşitli oligosakkaritlerin nasıl yapıldığını incelemek ve belirli oligosakkarit profilleri tasarlamak için hücre tabanlı yeni bir platform sağlıyor.

Araştırmacılar, süreci iyileştirmeye devam ederek sonunda yapıca birbirinden farklı çok çeşitli oligosakkaritler üretmeyi başardılar. Bu bulgular hem araştırma amaçlı hem de bebek beslenmesinde potansiyel kullanım için daha geniş bir oligosakkarit yelpazesi üretmeye yönelik gelecekteki çabaları destekleyebilir. Elde edilen veriler ayrıca oligosakkarit üretmek için gereken enzim kombinasyonlarının ve bu enzimlerin nasıl organize olduğunun daha iyi anlaşılmasına da yardımcı olabilir.

Tasarlanan hücreler, LSTa ve DSLNT dâhil olmak üzere siyalillenmiş (sialik asit eklenmiş) oligosakkaritler de üretti. Bunlar arasında DSLNT özellikle ilgi çekicidir. Çünkü önceki çalışmalar, bu şekerin prematüre bebekleri etkileyen ölümcül bir mide-bağırsak hastalığı olan nekrotizan enterokolit rahatsızlığına karşı koruyucu etkileri olabileceğini düşündürmektedir. Bu şekerler tasarlanmış hücreler tarafından üretildikten sonra araştırmacılar, hücreden elde edilen oligosakkaritlerin beklenen biyolojik aktivitelerden en az birini koruduğunu doğruladılar. Spesifik olarak bu şekerler, bebekler için önemli bir bağırsak bakterisi olan Bifidobacterium infantis (veya kısaca B. infantis) bakterisinin büyümesini destekledi.

Neredeyse aynı zamanlarda, Glycobiology dergisinde Christian Büll ve meslektaşları tarafından yürütülen bağımsız bir çalışma, glikomühendislik (karbonhidrat yapılarını değiştirme) uygulanmış insan hücrelerinde oligosakkarit üretimi yapıldığını bildirdi. Birlikte ele alındığında bu iki çalışma, tasarlanmış memeli hücrelerinin biyosentezi araştırmak ve kontrol etmek için bir platform olma potansiyelini açıkça vurgulamaktadır. Geleceğe bakan araştırmacılar, bu sistem aracılığıyla daha fazla oligosakkarit üretmeyi umuyorlar. Fujita, ekibinin bir sonraki adımlarını şöyle özetledi:

Bir sonraki adım, bu sistemin verimliliğini artırmak ve ek glikozilasyon yolakları tasarlayarak üretilebilecek oligosakkarit çeşitliliğini genişletmektir. Uzun vadeli hedefimiz, biyosentezi incelemek için esnek bir platform oluşturmak ve hem araştırmalar için hem de bebek beslenmesindeki potansiyel gelecekteki uygulamalar için daha geniş bir yelpazede oligosakkarit üretmektir.