• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Bioteknologi01. 02. 2018 | Katrine Meyn

På vej mod bedre modermælkserstatning

Bioteknologi01. 02. 2018 By Katrine Meyn

Modermælk indeholder særlige kulhydrater, humane mælkeoligosakkarider (HMO), som har afgørende betydning for spædbarnets sundhed. Modermælkserstatning baseret på komælk mangler disse unikke molekyler, hvorfor der er stor interesse for at fremstille HMO til industriel brug.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2018 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Birgitte Zeuner og Anne S. Meyer, Center for BioProcess Engineering, DTU Kemiteknik

Modermælk består primært af laktose (ca. 70 g/L), fedt (ca. 40 g/L), protein (ca. 8 g/L) og humane mælkeoligosakkarider (HMO; 5-20 g/L). I komælk, som bruges til fremstilling af modermælkserstatning, er laktoseniveauet lavere (ca. 50 g/L), proteinniveauet højere (ca. 30 g/L) og mængden af oligosakkarider forsvindende lille (<0.05 g/L) [1].
Det er for længst bevist, at HMO har stor betydning for spædbarnets helbred – heriblandt beviselig præbiotiske effekter, dvs. gavnlig udvikling af barnets tarmbakterieflora, samt en række immunomodulerende effekter. Derfor er der naturligt nok stor interesse blandt producenter af modermælkserstatning for at udnytte årtiers forskningsresultater i fremstilling af HMO og deres individuelle biologiske effekter til at opnå et bedre produkt: modermælkserstatning med HMO.
Der er identificeret omkring 200 forskellige HMO-strukturer i modermælk. Interessen har naturligt nok koncentreret sig om at forsøge at producere de mest dominerende HMO. Sammensætningen af HMO i modermælk er afhængig af moderens såkaldte udskillerstatus og blodtype [2], se faktaboks 1.
Hos ”udskillerne” (ca. 80% af mødrene) er 2’-fukosyllactose (2’FL) den mest udbredte HMO efterfulgt af lakto-N-fukopentaose I (LNFP I) og lakto-N-tetraose (LNT). Hos de resterende 20% (”ikke-udskillerne”) er LNT mest udbredt efterfulgt af lakto-N-fukopentaose (LNFP II) [2], se faktaboks 1.

Produktion af HMO
I 2016 sendte amerikanske Abbott modermælkserstatning med 2’FL på markedet under navnet Similac Pro-Advance. I 2017 sendte schweiziske Nestlé i samarbejde med danske Glycom modermælkserstatning med både 2’FL og lacto-N-neotetraose (LNnT) på det spanske marked. I forhold til LNT er den terminale galaktose i LNnT bundet via en β1,4-binding fremfor via en β1,3-binding til N-acetylglukosamin, se faktaboks 1. LNnT er den tiende mest udbredte HMO-struktur. Både 2’FL og LNnT anvendt i modermælkserstatningen fra Nestlé er produceret vha. genetisk modificering af Escherichia coli; produkterne er godkendt af både EFSA og FDA. Desuden indgik amerikanske DuPont sidst i 2016 et samarbejde med belgiske Inbiose om produktion af 2’FL via fermentering. Flere andre producenter af 2’FL opererer også på markedet med enten fermentering eller kemisk syntese [3], og som det vil fremgå nedenfor er det også muligt at producere HMO direkte via enzymatisk syntese.
Genetisk modificering af f.eks. E. coli til produktion af HMO kræver en række knock-in og knock-out af gener. Hvor selve fermenteringen let kan opskaleres, har oprensning af produktet længe været en udfordring – særligt hvis koncentrationen er lav og skalaen er stor. Når der arbejdes med genmodificerede organismer, er det et ufravigeligt krav, at slutproduktet er helt fri for disse [4]. Fermentering giver godt udbytte af simple HMO-strukturer som 2’FL, men generelt går udbyttet ned, når kompleksiteten i den ønskede HMO-struktur går op [5].
Et alternativ til fermentering med genetisk modificeret E. coli er brug af glykosylhydrolaser (GH) til enzymatisk fremstilling af HMO. I forhold til clean label bruges enzymer kun som proceshjælpemidler. I mennesket – og i modificeret E. coli – er HMO-syntesen katalyseret af specifikke glykosyltransferaser (GT), men bortset fra enkelte mikrobielle GT kræver denne type enzymer nukleotid-bundne donorsubstrater, som på nuværende tidspunkt er for kostbare at bruge til industriel produktion. Fokus er i stedet på GH, som er nemme at udtrykke, robuste og kan anvende forholdsvist billige substrater, men som skal virke via en revers katalyse for, at syntesen af HMO opnås.
Vi har tidligere beskrevet både genetisk modificerede og nyopdagede sialidaser til enzymatisk produktion af sialylerede HMO ud fra substrater fra mejeriindustrien (se bl.a. Dansk Kemi 2015, 96, nr. 3, s. 8-10). Sialylerede HMO udgør 15-35% af mængden af HMO i modermælk [2]. Til sammenligning udgør fukosylerede HMO 30-70% af mængden – i begge tilfælde afhængigt af moderens udskillerstatus [2].

Xyloglukan: en naturligt forekommende fukosyldonor
Indtil videre har brugen af fukosidaser (GH familie 29) til produktion af fukosylerede HMO været begrænset både af manglen på en forholdsvis billig, naturligt forekommende fukosyldonor og af manglen på tilstrækkeligt effektive transfukosylaser med den rette katalytiske regioselektivitet, dvs. sikring af korrekt placering af fukose-enheden på acceptorsubstratet. Produktionsprocessen for 2’FL og andre fukosylerede HMO patenteret af danske Glycom vedrører således brug af enten kemisk syntetiserede aromatiske fukosylderivater eller andre fukosylerede HMO som fukosyldonorer. Særligt populær i laboratoriet er f.eks. p-nitrophenyl α-L-fukopyranosid, som frigiver giftig p-nitrophenol under reaktionen(!). I naturen findes fukose – udover i HMO og i en række glykaner på celleoverfladerne – i bl.a. xyloglukan fra visse planter. I vores nye studie [6] har vi udvundet fukosyleret xyloglukan fra citrusskræl og anvendt dette som fukosyldonor.
I xyloglukan er fukose bundet til galaktose med en α-1,2-binding, figur 1. Brug af dette substrat som fukosedonor kræver derfor en fukosidase, som er aktiv på α-1,2-fukosyleringer. Netop de α-1,2-fukosylerede er de mest udbredte HMO-strukturer [2]. Blandt fem udvalgte α-L-fukosidaser fra GH29 subfamilie A, som alle havde transfukosyleringsaktivitet med 2’FL som donor og LNT som acceptor, gjorde en enkelt sig særlig bemærket, nemlig FgFCO1 fra plantepatogen Fusarium graminearum: FgFCO1 katalyserede dannelsen af 2’FL – den mest udbredte HMO – med fukosyleret xyloglukan som fukosyldonor og laktose som acceptor, figur 1. Udbyttet var 8% efter fire timer og 14% efter 24 timer [6]. FgFCO1 havde lav hydrolyseaktivitet på 2’FL, og derfor faldt produktbyttet ikke i løbet af de 24 timers reaktion, som det ellers ofte er tilfældet med glykosidase-katalyseret transglykosylering.

Ny fukosidase med høj transfukosyleringsaktivitet
For nyligt blev tre nye fukosidaser fra patogene Clostridium perfringens ATCC 13124 beskrevet [7]. Én af dem – CpAfc2 – havde hydrolytisk aktivitet på HMO-lignende strukturer og blev klassificeret som medlem af GH29 underfamilie B, der indeholder α-1,3/4-fukosidaser, som specifikt er aktive på forgrenede α-1,3- og α-1,4-fukosyleringer. I vores nye studie [6] viste vi, at rekombinant CpAfc2 katalyserede dannelsen af LNFP II fra 3FL og LNT med et udbytte på 34-39%. Dette er et langt højere udbytte, end hvad der er rapporteret for to native α-L-1,3-fukosidaser fra Bifidobacterium sp. og på niveau med hvad der er opnået med en genetisk modificeret variant af α-L-1,3/4-fukosidase fra Bifidobacterium longum subsp. infantis [6,8]. Det er således sandsynligt, at flere effektive transfukosidaser kan identificeres, selvom ingen i dag er kendte.
Selvom det er to kostbare HMO-strukturer (3FL og LNT), der er i brug som substrater, kan der med denne metode opnås en blanding med tre forskellige HMO-strukturer, nemlig LNT, 3FL og LNFP II. LNT er som nævnt blandt de tre mest udbredte HMO-strukturer generelt, mens den mere komplekse LNFP II er den næstmest udbredte i modermælk fra de ca. 20% ”ikke-udskillere”. Mens fermentering af modificeret E. coli med rimeligt udbytte af LNT og 3FL er beskrevet, er det hidtil ikke lykkedes at producere den mere komplekse LNFP II ved fermentering [3,5]. En kombination af fermentering og fukosidase-katalyseret transfukosylering er således en oplagt mulighed.

Vores forskning i enzymatisk transfukosylering er støttet af Det Frie Forskningsråd – Teknologi og Produktion (bevilling til BZ).

Referencer
1. Bode L. Human milk oligosaccharides: Every baby needs a sugar mama. Glycobiology 2012; 22: 1147-1162.
2. Kunz C, Meyer C, Collado YC, Geiger L, Garcia-Mantrana Y, Bertua-Rios Z, Martinez-Costa Z, Borsch C, Rudloff S. Influence of gestational age, secretor, and Lewis blood group status on the oligosaccharide content of human milk. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition 2017; 64: 789-798.
3. Sprenger GA, Baumgärtner F, Albermann C. Production of human milk oligosaccharides by enzymatic and whole-cell microbial biotransformations. Journal of Biotechnology 2017; 258: 79-91.
4. Bode L, Contractor N, Barile D, Pohl N, Prudden AR, Boons GJ, Jin YS, Jennewein S. Overcoming the limited availability of human milk oligosaccharides: challenges and opportunities for research and application. Nutrition Reviews 2016; 74: 635-644.
5. Petschacher B, Nidetzky B. Biotechnological production of fucosylated human milk oligosaccharides: Prokaryotic fucosyltransferases and their use in biocatalytic cascades or whole cell conversion systems. Journal of Biotechnology 2016; 235: 61-83.
6. Zeuner B, Muschiol J, Holck J, Lezyk M, Gedde MR, Jers C, Mikkelsen JD, Meyer AS. Substrate specificity and transfucosylation activity of GH29 α-L-fucosidases for enzymatic production of human milk oligosaccharides. New Biotechnology 2018; 41: 34-45.
7. Fan S, Zhang H, Chen X, Lu L, Xu L, Xiao M. Cloning, characterization, and production of three α-L-fucosidases from Clostridium perfringens ATCC 13124. Journal of Basic Microbiology 2016; 56: 347-357.
8. Saumonneau A, Champion E, Peltier-Pain P, Molnar-Gabor D, Hendrickx J, Tran V, Hederos M, Dekany G, Tellier C. Design of an α-L-transfucosidase for the synthesis of fucosylated HMOs. Glycobiology 2016; 26: 261-269.

Faktaboks 1:
Omtalte HMO-strukturer

Udskillerstatus og HMO
Forekomsten af bestemte HMO-strukturer i modermælken er afhængigt af moderens genetiske profil, nærmere bestemt hendes såkaldte udskillerstatus.
Omtrent 80% af befolkningen er ”udskillere” og producerer bl.a. 2’-FL vha. fukosyltransferase 2 (FUT2), hvorimod de resterende 20% ikke har aktivt FUT2 og derfor ikke producerer α-1,2-fukosyleret HMO (de kaldes ”ikke-udskillere”) [2].
Det er vist, at denne forskel har effekt på spædbarnets tarmflora og dermed muligvis også på udvikling af immunforsvaret.

Enzymatiske katalysatorer i HMO-produktion
Glykosylhydrolaser (GH): Fra et aktiveret donorsubstrat (f.eks. naturligt forkommende di-/oligo-/polysakkarid eller p-nitrophenyl glykosid) kan GH katalysere transglykosylering i konkurrence med hydrolyse af donorsubstratet. Ofte er transglykosyleringsproduktet også substrat for en efterfølgende hydrolyse. Produktudbyttet afhænger således af balancen mellem enzymets transglykosyleringsaktivitet og dets hydrolyseaktivitet, og kan bl.a. forøges ved at anvende en høj acceptorkoncentration.

Transglykosidaser (TG): Egentlig GH, hvor hydrolyseaktiviteten er (stort set) fraværende. Forholdsvist sjældne i naturen, især inden for HMO-strukturer. Dog findes et enkelt velstuderet eksempel, nemlig transsialidaser fra Trypanosoma-parasitter – mest kendt er transsialidasen fra Trypnosoma cruzi.

Glykosyltransferaser (GT): Katalyserer HMO-syntesen in vivo. Kræver nukleotid-aktiverede donormolekyler og er ofte membranbundne – og derfor vanskelige at arbejde med in vitro.

Glykosyntaser (GS): Ved substitution af den katalytiske nukleofil med en ikke-nukleofil aminosyre fjernes hydrolyseaktiviteten fra GH. GS anvender gerne glykosylfluorider som substrater. α-L-Fukosynthaser benytter syntestisk β-fukosylfluorid, som er ustabilt. Syntetisk β-fukosylazid er et alternativ.

Genetisk modificeret E. coli: Gennem en række knock-in af gener for f.eks. glykosyltransferaser og transportere til at få substrat ind og produkt ud af cellen samt knock-out af bl.a. lacZ β-galactosidase, kan simple HMO-strukturer som 2’FL produceres ved fermentering.

Skrevet i: Bioteknologi

Seneste nyt fra redaktionen

Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

Artikler fra Dansk KemiTop03. 09. 2025

Fra myten om den heroiske beregning til realistiske simuleringer af elektronoverførsel i åbne systemer med hukommelse. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Lea K. Northcote1,2 og

Grøn kemi, affald og plast

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling26. 08. 2025

Grøn kemi – læren om hvordan kemi udføres bæredygtigt og sikkert – bliver kun vigtigere. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Christine Brænder Almstrup og Mikael Bols, Kemisk

Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiokemiBioteknologiMedicinalkemi20. 08. 2025

Riboflavin er et essentielt vitamin, der spiller en nøglerolle for vores sundhed samt for at opretholde et sundt tarmmikrobiom. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Emmelie Joe

Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiologi12. 08. 2025

Spredning af antibiotikaresistens kan ske via mineraloverflader. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Karina Krarup Svenninggaard Sand, associate professor, Globe Institute,

Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi04. 08. 2025

Et afsluttet ph.d.-projekt fra Institut for Fødevarer ved Aarhus Universitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Julie Frost Dahl*, Sandra Beyer Gregersen og Milena Corredig,

Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi23. 06. 2025

Franz Hofmeister opløste æggehvide i vandige saltopløsninger. En artikel fra 1888 beskriver, hvordan nogle ioner får proteiner til at udfælde, mens andre ioner har den modsatte effekt. Fødevarekemien bruger stadig Hofmeister, men langt mere nuanceret. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3,

Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi17. 06. 2025

Hvis kløvergræs skal kunne anvendes som ny ressource til udvinding af fødevareproteiner, kan membranteknologi være vejen frem. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mette Lübeck, Mads

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling02. 06. 2025

Hvor rent er CO2 fra CO2-fangst? Og hvor dyrt er det at oprense CO2? Denne artikel giver indsigt i nogle af udfordringerne ved at implementere en global CO2 infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø26. 05. 2025

Kontinuerlige, kvalitetssikrede målinger af kemiske, fysiske og biologiske miljøparametre giver uundværlig information. Det gælder også for Grønland. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Drifton

    Mød Drifton og DACOS på LabDays 2025 i Aarhus

  • DENIOS ApS

    Hvordan håndterer du noget, du ikke kan se?

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Vægtbytte er blevet opdateret: Nu får du flere muligheder

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    LABORANTER CAND.ALT.

  • Kem-En-Tec Nordic

    Lad os fortsætte traditionen – vi ses på LabDays!

  • DENIOS ApS

    Ses vi på HI-messen?

  • Holm & Halby

    Automatiseret prøveforberedelse sparer tid og øger sikkerheden

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    nerbe plus: EcoRacks, X-Frame plates, and more you’ll love

  • DENIOS ApS

    Her er nøglen til at undgå kontakt med defekte lithium-ion-batterier

  • MD Scientific

    Kom og mød MD Scientific på LabDays i Aarhus

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

    03.09.2025

  • Grøn kemi, affald og plast

    26.08.2025

  • Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

    20.08.2025

  • Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

    12.08.2025

  • Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

    04.08.2025

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

  • I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

    14.05.2025

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik