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從牛身上擠出人乳?科學家的野心

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牛乳與人乳的差別

哺乳類動物的乳汁含有六大成分,分別是水、碳水化合物 (乳糖為主)、脂肪、蛋白質、維生素、與其他礦物質。與人乳相比,牛乳含有較多飽和脂肪酸,酪蛋白與乳清蛋白的比例也有所差異,所以人類嬰兒其實比較不容易消化。此外,牛乳也缺乏許多有益生長的重要成分,如 DHA、β胡蘿蔔素、牛磺酸、與各種礦物質,可能影響初期腦部、視力、和免疫力的發育。更值得注意的是,牛乳含有人乳所沒有的蛋白質及乳醣,是產生過敏反應與乳醣不耐症等問題的罪魁禍首。不過餵哺新生兒雖然都建議以母乳為首選,但考量到方便性或母體產乳不順等因素,其他乳源仍有其必要性。現今市面上已有琳瑯滿目之「母乳化」配方奶粉,不過其高昂價格往往令人望之卻步;於是長久以來科學家不斷嘗試藉由基因改造的方式,使牛、羊直接分泌出滿足人類所需的乳汁,進而減少額外加工的成本。

增加牛乳營養價值的研究

飽和脂肪酸一般被認為是「不健康」的脂肪酸,而多元不飽和脂肪酸則是生長發育不可或缺之原料。不飽和脂肪酸又分為 omega-6 及 omega-3 兩大族群,專家一般建議兩者的攝取比例達到 2:1 (比值為 2) 最適合人體所需。若攝取比值過高,可能會衍生癌症、心血管疾病、及各種精神疾病等問題 [註 1]。一般牛乳的飽和脂肪酸含量較高,而且不飽和脂肪酸的 omega-6/omega-3 比值在 5 以上,遠高於建議比值的 2 [註 2]。故為了增加牛乳中 omega-3 不飽和脂肪酸的比例,研究人員藉由選擇適當的牧草已成功將omega-6/omega-3 比值從 5.77 降低到 2.28 [註 2];不過此法費時且所費不貲,實不足以應付全球廣大人口的需求。因此有研究團隊選擇以基因改造的方法,企圖改寫牛隻產乳的基因藍圖。內蒙古大學李廣鵬教授的研究團隊率先將可產生 omega-3 的去飽和酵素 (可使飽和脂肪酸轉換為 omega-3 不飽和脂肪酸) 的 mfat-1 基因送入移植體細胞 (donor cell);接著挑出成功轉殖者,使其與去細胞核之卵子細胞融合,再經活化手續形成胚胎細胞後即置於培養基培養。到第七天,胚胎就能以非手術方式放進代理孕母牛隻使其懷孕,而經過完整孕期後,研究團隊最後成功得到兩隻小牛,其中一隻轉染成功帶有 mfat-1 基因,而另一隻則轉染失敗。待轉染成功的牛隻長大後,其身體組織與乳汁分析顯示 omega-6/omega-3 比值只有一般牛隻的 25%,顯示轉殖外來基因確實可以增加組織及乳汁中 omega-3 不飽和脂肪酸的含量,增加其營養價值。

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延伸閱讀:基因突變開啟人類的牛奶人生?!

避免過敏反應與乳糖不耐症的研究

在已開發國家,約 2-3% 一歲以下嬰兒會對牛乳產生過敏反應 [註 3]。而牛乳所含的 β-lactoglobulin (BLG) 由於不存在於人類乳汁之中,因此被認為是最主要的過敏原 [註 4]。為了降低牛乳中的 BLG,過去曾嘗試用酵素將其水解;但水解後的胜肽片段會讓牛乳變苦 [註 5] ,而且酵素價格頗貴,反倒使市場的接受度更低。後來,Yu 等人同樣利用轉核複製技術成功得到一匹剔除 (knockout) BLG 基因之小牛 [註 6],而 Jabed 等人則將微小 RNA (miRNA) 組合轉染進乳牛纖維母細胞後,以轉核複製技術得到一隻基因轉殖小牛,其乳汁不含 BLG 且酪蛋白的量也顯著提升 [註 7]。至於會造成乳糖不耐症之主因―乳糖,內蒙古大學周歡敏教授的團隊在 2012 年時也宣布成功以基因轉殖技術,培育出擁有乳糖分解酵素基因的小牛。

基改產品的安全性考量

目前歐美各國對牛乳的基因改造管理甚嚴,因此基改牛乳的研究多集中在法規相對較開放的中國,並以畜牧重鎮的內蒙古為中心。而隨著 CRISPR 等基因修飾技術愈來愈發達,基因改造牛乳已經不是技術層面的問題,而是醫學、市場、和道德的問題。目前尚不知道 BLG 基因的剃除,或去飽和酵素、乳糖分解酵素基因的加入,到底對牛乳成分會有什麼意料之外的影響;尤其當食用對象可能是發育中的幼兒時,各種檢驗標準勢必就需要再提高。另外,基因改造牛隻是否可能出現發育不良或產乳壽命縮短等問題而造成基因改造牛乳價格居高不下,也是值得探討的問題。基因改造可能對環境造成的污染亦須注意。因此當基因改造牛乳未來開始叩關各國市場時,期望主管機關可做到確實把關和審核的義務,讓人民喝得安心!

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參考文獻:
1. Riediger ND et al. J Am Diet Assoc 2009; 109:668-79.
2. Benbrook CM et al. PLoS One 2013; 8:e82429.
3. Høst A. Ann Allergy Asthma Immunol 2002; 89:33-7.
4. Wal JM. Allergy 1998; 53:1013-22.
5. Saha BC & Hayashi K. Biotechnol Adv 2001;19:355-70.
6. Yu S et al. Cell Res 2011; 21:1638-40.
7. Jabed A et al. Proc Natl Acad Sci USA 2012; 109:16811-6.

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