Het wordt wel het meest perfecte voedsel ter wereld genoemd, en er is ondubbelzinnig bewijs dat het ziekten kan bestrijden en betere babyhersenen kan bouwen. Maar zelfs na tientallen jaren van onderzoek, er is heel weinig bekend over hoe moedermelk zijn werk doet. Om de puzzel te helpen voltooien, scheikundigen van het National Institute of Standards and Technology (NIST) bouwen een bibliotheek om belangrijke delen van deze verbazingwekkende en soms mysterieuze lichaamsvloeistof te catalogiseren.

"We willen zoveel mogelijk details over melk vinden omdat het zo belangrijk is, maar er is zo weinig bekend over de chemie ervan, " zegt Connie Remoroza, een chemicus die het onderzoeksproject bij NIST leidt.

Remoroza heeft met anderen in NIST's Mass Spectrometry Data Center (MSDC) samengewerkt om enkele van de unieke suikers van melk te analyseren, bekend als oligosachariden. Oligosachariden zijn koolhydraten. Ze bevatten meestal drie tot tien eenvoudige suikers zoals glucose, met elkaar verbonden door chemische bindingen. Wetenschappers leren dat ze een rol spelen bij de ontwikkeling van babyhersenen en verhoogde immuniteit tegen infecties.

Naast hun aanwezigheid in melk, oligosachariden komen in veel planten voor, zoals peulvruchten, uien, tarwe en asperges. Een grote meerderheid van hen wordt niet verteerd of opgenomen door het lichaam wanneer ze worden gegeten; in plaats daarvan komen ze in de dikke darm terecht. Welke rol ze daar spelen is nog grotendeels onbekend, hoewel velen ze prebiotisch noemen, omdat wordt aangenomen dat ze de groei van goede bacteriën stimuleren, wat op zijn beurt zorgt voor een gezonde, functioneel microbioom voor het lichaam. Sommige onderzoeken hebben ook aangetoond dat prebiotica zoals oligosachariden kunnen helpen bij de opname van calcium, magnesium en andere mineralen in de menselijke darm.

De NIST-bibliotheek die Remoroza en haar collega-wetenschappers aan het bouwen zijn, zal als referentie dienen voor diegenen die verder willen werken aan het onderwerp om definitieve antwoorden te vinden op deze spijsverteringsonzekerheden.

In de zomer van 2018, Remoroza en haar collega's documenteerden 74 unieke oligosachariden in NIST's Standard Reference Material (SRM) 1953. SRM 1953 werd verkregen in samenwerking met de Centers for Disease Control en omvat gepoolde melkmonsters van 100 moeders die borstvoeding geven, gekocht bevroren van zes verschillende melkbanken in de VS in 2006. Chemici gebruiken het vaak om te bepalen of methoden voor het vinden van milieuverontreinigende stoffen zoals polychloorbifenyl (PCB's) en pesticiden effectief zijn. Twaalf van de door Remoroza gedocumenteerde oligosachariden waren nog niet eerder in moedermelk aangetroffen.

De ontdekkingen zijn gedaan met een massaspectrometer, een instrument dat wordt gebruikt om de chemische structuur van moleculen en chemische verbindingen te meten. Chemici gebruiken die metingen om "massaspectra, " die zijn als unieke vingerafdrukken die kunnen helpen bij het identificeren van de samenstelling van het originele monster.

In de afgelopen tien jaar of zo, vloeistofchromatografie en massaspectrometrie worden steeds vaker gebruikt om koolhydraten te analyseren, inclusief oligosachariden, om hun unieke vingerafdrukken te vinden. Het meten van koolhydraten kan een grotere uitdaging zijn dan het meten van de structuur van andere dingen, Hoewel, en daarom is er weinig over hen bekend. Door een bibliotheek te bouwen, NIST vult een groot gegevensgat op.

"Zodra deze informatie is gepubliceerd, iedereen kan het voor allerlei onderzoeksdoeleinden gebruiken, " zegt Stefan Stein, hoofdwetenschapper in de MSDC.

Het NIST-team heeft onlangs zijn aandacht gericht op andere soorten melk van zoogdieren. Eerst, Remoroza catalogiseerde de oligosachariden van huisdieren, zoals koeien en geiten. Toen, op een dag, ze zat voor een bescheiden spreadsheet die ze had gemaakt om aan te geven welke soorten melk al waren onderzocht door chemici met massaspectrometers zoals die in haar laboratorium. Ze vroeg zich af wat ze kon vinden in de melk van beren, vogelbekdieren en apen. Het drong tot haar door dat een van 's werelds grootste onderzoeksdierentuinen slechts een paar kilometer verderop lag, op Connecticut Avenue in Washington, D.C. Ze vroeg zich af:hebben ze melk om met ons te delen?

Een snelle e-mail bevestigde dat de wetenschappers van het Smithsonian's National Zoo and Conservation Biology Institute inderdaad een vrij ongebruikelijke verzameling exotische zoogdiermelk hadden verzameld. En ze waren net zo enthousiast over de oligosachariden in de melk als zij. Hoewel de dierentuin toegang heeft tot veel dierenmelk en momenteel meer dan 15 bewaart, 000 monsters, het mist de technische capaciteiten van NIST en de apparatuur die nodig is om de moleculen van die melk te bestuderen. In december 2018 is een samenwerking tot stand gekomen.

"Zoogdieren zijn de enige grote groep dieren die allemaal worden gedefinieerd door het feit dat hun vrouwtjes een stof uit hun eigen lichaam produceren om hun nakomelingen te voeden, " zegt Mike Power, een van de dierwetenschappers van de dierentuin die met Remoroza heeft gewerkt. "Alles van een gordeldier tot een olifant tot een mens."

Terwijl ze allemaal melk produceren, de inhoud van elk type kan sterk variëren. Olifanten en neushoorns hebben heel verschillende melksoorten, bijvoorbeeld, ook al leven ze in dezelfde habitat en leven ze vrijwel dezelfde levensstijl.

De melk van onze naaste verwanten, de apen, lijken op de onze, hoewel moedermelk ongeveer twee keer zoveel vet bevat. Maar recente technologische ontwikkelingen hebben ons geholpen om verder in de vloeistof te kijken voor meer informatie. Wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat oligosachariden bij mensen vaak diverser en talrijker zijn dan bij andere dieren, zelfs bij apen. Ongeveer 20 procent van de suiker in moedermelk zit in oligosachariden. Dit staat in schril contrast met gorillamelk, waar het aandeel dichter bij 5 procent ligt.

Power denkt dat deze details ons kunnen helpen de evolutie te begrijpen.

"Mensen praten over melk als het perfecte voedsel. Ik zou zeggen dat het het best geëvolueerde voedsel is, maar het is niet perfect, " zegt hij. Meer weten over de oligosachariden zal ons vertellen over moedermelk nu en hoe belangrijk het is, en niet belangrijk.

"Het lijkt vooral een immuunfunctie te zijn, wat heel logisch is als je begint na te denken over hoe we onze omgeving hebben veranderd." In tegenstelling tot apen, mensen begonnen gewassen te verbouwen, en het fokken van huisdieren. Eventueel, mensen begonnen ook mest te gebruiken om gewassen te bemesten, die op hun beurt weer nieuwe, virulente ziekten zoals de Mexicaanse griep. De blootstelling eiste waarschijnlijk meer van het menselijke immuunsysteem, inclusief melk, Macht zegt.

Hoe meer details Remoroza kan geven over de melk, hoe groter de kans dat onderzoekers er betere vervangers voor bouwen. Dit zou dierenartsen kunnen helpen, natuurbeschermingsbiologen en diëtisten in dierentuinen, die vaak een baby moet voeden als de moeder niet wil (of kan) zorgen, zoals het beroemde voorbeeld van Fiona het nijlpaard in de dierentuin van Cincinnati in 2017. Toen het kleine nijlpaard werd geboren en niet in staat was te krijgen wat ze nodig had, Power en zijn team in de National Zoo werden opgeroepen om een ​​zo dicht mogelijk duplicaat van haar moeders eigen melk te maken.

De oligosacharidebibliotheek van NIST zou in de toekomst in andere soortgelijke situaties kunnen helpen. Maar het kan ook helpen bij de ontwikkeling van betere babyvoeding voor mensen.

Remoroza hoopt toegang te krijgen tot de bevroren bronnen van de dierentuin om melk van een grote verscheidenheid aan dieren te bestuderen, zoals okapi's, olifanten, gorilla's, en misschien zelfs miereneters. Ze begint met Afrikaanse leeuwen, echter, omdat ze besefte dat er heel weinig onderzoek was gedaan naar carnivoren en dat de dierentuin veel Afrikaanse leeuwenmelk heeft om te delen voor de bibliotheek.

De oligosacharidebibliotheek is gratis beschikbaar op de NIST-website en zal worden bijgewerkt zodra er nieuwe gegevens beschikbaar komen.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.