Trialoogi toimetaja
Inimese rinnapiima keerukate suhkrute sünteesimine ei ole vaid keemiline väljakutse – see on võti imikute tervema tuleviku poole.
Inimese rinnapiimas peitub molekulaarne saladus, mida teadlased on püüdnud aastakümneid jäljendada. Selleks on rinnapiima oligosahhariidid (HMO-d, ingl. k. human milk oligosaccharides), mis moodustavad rinnapiimast vaid umbes ühe protsendi, kuid treenivad lapse immuunsüsteemi, aitavad vältida nakkusi ja kujundavad soolestiku mikrobioomi viisil, millega piimasegud pole seni suutnud võistelda.
TalTechi loodusteaduskonna konverentsil rõhutas keemia ja biotehnoloogia instituudi tenuuriprofessor Tõnis Kanger, et neid ühendeid leidub ainult rinnapiimas – seetõttu on surve teadlastele neid laboris sünteesida suurem kui kunagi varem.
Kui mõista täpselt, missugune on nende ühendite struktuur ja kuidas neid sünteesitakse , oleks võimalik täiustada imikutoitu, luua uusi ravilahendusi ja saada selgem arusaam sellest, kuidas immuunsus varases eas kujuneb.
Miks suhkrute süntees on nii keeruline?
HMO-d koosnevad suhkrumolekulidest (monosahhariididest), mis on seotud üksteisega äärmiselt täpse loogika järgi. Isegi väike muutus struktuuris võib muuta tuttava ühendi millekski täiesti teistsuguseks. See tähendab, et keemikud peavad iga reaktsiooni väga täpselt suunama, et saavutada õiged lõppstruktuurid.
Kui kaks monosahhariidi omavahel ühendatakse, kerkib esile kaks võtmeküsimust: milline paljudest hüdroksüülrühmadest reageerib ja kuidas uus side ruumis paikneb e keemikute keeles, kas tekkinud side on alfa- või beetakonfiguratsioonis. Need kaks aspekti määravad, kas struktuur vastab rinnapiimas leiduvale HMO-le. Kui konfiguratsioon on vale, võib bioloogiline toime kaduda.
Rinnapiimas on iseloomustatud üle 200 erineva HMO, kuid tööstus suudab usaldusväärselt valmistada vaid üksikuid. „Praegu on saadaval üks kuni kaks HMO-d, mis on ka kaubanduslikus imikutoidus. Kokku on imikutoidu jaoks heaks kiidetud kuus,“ märkis Kanger.
Ilma paremate sünteesimeetoditeta jäävad piimasegudel kasvavad lapsed ilma suurest osast nendest kaitsvatest molekulidest, mida rinnapiim loomulikult pakub.
„Praegu on saadaval üks kuni kaks HMO-d, mis on ka kaubanduslikus imikutoidus. Kokku on imikutoidu jaoks heaks kiidetud kuus.”
Tõnis Kanger. Foto: Aivo Kallas
Kuidas TalTech püüab probleemi lahendada?
Kangeri uurimisrühm on välja töötanud meetodeid, mis aitavad suhkrute sünteesi täpsemalt kontrollida. Üheks edasiminekuks osutus immobiliseeritud tööstusensüümi Novozyme 435 kasutamine – see osutus üllatavalt efektiivseks suhkrumolekulidelt kaitserühmade eemaldamisel. Tänu sellele saavad teadlased HMO-sid samm-sammult sünteesida, kaotamata kontrolli protsessi selektiivsuse üle.
Teine oluline saavutus oli sobiva katalüsaatori leidmine, mis suunab glükosüleerimisreaktsiooni looduslikule beetakonfiguratsioonile. Kangeri rühm näitas, et lihtne püridiiniumioonil põhinev katalüsaator suudab eelistada just seda sidemetüüpi, mida rinnapiim kasutab.
Need arengud on olulised ka väljaspool laborit. Mida täpsemalt suudavad teadlased jäljendada rinnapiimas leiduvaid struktuure, seda suurem on potentsiaal täiustada imikutoite, ennetada nakkusi ja mõista paremini, kuidas mikrobioom lapse tervist imikueas kujundab.
Miks see valdkond väärib rohkem tähelepanu?
Kuigi suhkrud mängivad bioloogias keskset rolli, pole süsivesikute keemia kunagi saanud sama tähelepanu kui nukleiinhapped või valgud. Need valdkonnad on pälvinud kümneid Nobeli preemiaid; süsivesikud aga vaid kolm – ja needki rohkem kui poole sajandi eest. „Ühtegi süsivesikute keemilise sünteesi saavutust pole seni autasustatud,“ märkis Kanger.
HMO-d näitavad selgelt, et suhkrute tähtsust on seni alahinnatud. „Nende struktuuride lahtikodeerimine pole pelgalt tehniline väljakutse – see avab ukse mõistmaks, kuidas elu oma kõige varasemas etapis toimib.”
Kui teadlased õpivad HMO-sid täpselt sünteesima, võivad tulemused olla kaugeleulatuvad: piimasegud, mis sarnanevad rohkem rinnapiimale; uued võimalused varajaste nakkuste ennetamiseks; ja sügavam arusaam sellest, millised keemilised signaalid juhivad arengut. Kui mõni valdkond väärib tulevikus Nobeli preemiat, siis just see.
„Nende struktuuride lahtikodeerimine pole pelgalt tehniline väljakutse – see avab ukse mõistmaks, kuidas elu oma kõige varasemas etapis toimib.”
