Det har kallats världens mest perfekta mat, och det finns otvetydiga bevis för att det kan bekämpa sjukdomar och bygga bättre babyhjärnor. Men även efter årtionden av forskning, mycket lite är känt om hur bröstmjölk fungerar. För att hjälpa till att slutföra pusslet, kemister vid National Institute of Standards and Technology (NIST) bygger ett bibliotek för att katalogisera viktiga delar av denna fantastiska och ibland mystiska kroppsvätska.

"Vi vill hitta så många detaljer som möjligt om mjölk eftersom det är så viktigt, men så lite är känt om dess kemi, " säger Connie Remoroza, en kemist som leder forskningsprojektet vid NIST.

Remoroza har arbetat med andra i NIST:s masspektrometridatacenter (MSDC) för att analysera några av mjölkens unika sockerarter, kända som oligosackarider. Oligosackarider är kolhydrater. De innehåller vanligtvis allt från tre till tio enkla sockerarter som glukos, sammanlänkade genom kemiska bindningar. Forskare lär sig att de spelar en roll i barnets hjärnutveckling och ökad immunitet mot infektioner.

Förutom deras närvaro i mjölk, oligosackarider förekommer i många växter, som baljväxter, lök, vete och sparris. En stor majoritet av dem smälts inte eller absorberas av kroppen när de äts; istället hamnar de i tjocktarmen. Vilken roll de spelar där är fortfarande i stort sett okänt, även om många hänvisar till dem som prebiotiska, eftersom det antas att de uppmuntrar tillväxten av goda bakterier, vilket i sin tur skapar en hälsosam, funktionell mikrobiom för kroppen. Viss forskning har också visat att prebiotika som oligosackarider kan hjälpa till med absorptionen av kalcium, magnesium och andra mineraler i människans tarm.

NIST-biblioteket som Remoroza och hennes forskarkollegor bygger kommer att fungera som en referens för dem som vill arbeta vidare med ämnet för att hitta definitiva svar på dessa matsmältningsosäkerheter.

Sommaren 2018 Remoroza och hennes kollegor dokumenterade 74 unika oligosackarider i NIST:s standardreferensmaterial (SRM) 1953. SRM 1953 förvärvades i samarbete med Centers for Disease Control och inkluderar poolade mjölkprover från 100 ammande mödrar, köptes fryst från sex olika mjölkbanker i USA 2006. Kemister använder det ofta för att avgöra om metoder för att hitta miljöföroreningar som polyklorerad bifenyl (PCB) och bekämpningsmedel är effektiva. Tolv av de oligosackarider som dokumenterats av Remoroza hade inte hittats i bröstmjölk tidigare.

Upptäckten gjordes med en masspektrometer, ett instrument som används för att mäta den kemiska strukturen hos molekyler och kemiska föreningar. Kemister använder dessa mätningar för att kartlägga "masspektra, " som är som unika fingeravtryck som kan hjälpa till att identifiera sammansättningen av originalprovet.

Under det senaste decenniet eller så, vätskekromatografi och masspektrometri har alltmer använts för att analysera kolhydrater, inklusive oligosackarider, för att hitta deras unika fingeravtryck. Att mäta kolhydrater kan vara mer utmanande än att mäta strukturen på andra saker, fastän, och följaktligen är lite känt om dem. Genom att bygga ett bibliotek, NIST fyller ett stort datalucka.

"När denna information har publicerats, vem som helst kommer att kunna använda den för alla typer av forskningsändamål, " säger Stephen Stein, ledande forskare i MSDC.

NIST-teamet har nyligen riktat sin uppmärksamhet mot andra typer av däggdjursmjölk. Först, Remoroza katalogiserade oligosackarider från husdjur, som kor och getter. Så en dag, hon satt framför ett blygsamt kalkylblad som hon hade skapat för att detaljera vilka typer av mjölk som redan hade undersökts av kemister med hjälp av masspektrometrar som den i hennes labb. Hon undrade vad hon kunde hitta i björnens mjölk, näbbdjur och apor. Det gick upp för henne att en av världens främsta forskningszoo var bara några kilometer bort, på Connecticut Avenue i Washington, D.C. Hon undrade:Har de mjölk att dela med oss?

Ett snabbt e-postmeddelande bekräftade att forskarna som arbetar vid Smithsonians National Zoo and Conservation Biology Institute verkligen hade samlat på sig en ganska ovanlig samling av exotisk däggdjursmjölk. Och de var lika exalterade över oligosackarider i mjölken som hon. Även om djurparken har tillgång till massor av animalisk mjölk och för närvarande lagrar mer än 15, 000 prover, den saknar NIST:s tekniska kapacitet och den utrustning som behövs för att studera mjölkens molekyler. Ett partnerskap bildades i december 2018.

"Däggdjur är den enda stora uppsättningen djur som alla definieras av det faktum att deras honor producerar ett ämne från sin egen kropp för att mata sina avkommor, säger Mike Power, en av djurparkens djurforskare som har arbetat med Remoroza. "Allt från en bältdjur till en elefant till en människa."

Medan de alla producerar mjölk, innehållet i varje typ kan variera kraftigt. Elefanter och noshörningar har väldigt olika mjölk, till exempel, även om de bor i samma livsmiljö och lever ungefär samma livsstil.

Våra närmaste släktingars mjölk, aporna, liknar våra, även om bröstmjölk har ungefär dubbelt så mycket fett. Men de senaste tekniska framstegen har hjälpt oss att se längre in i vätskan för mer information. Forskare lärde sig nyligen att oligosackarider tenderar att vara mer mångfaldiga och rikligare hos människor än de är hos andra djur – till och med aporna. Cirka 20 procent av sockret i bröstmjölk finns i oligosackarider. Detta står i skarp kontrast till gorillamjölk, där andelen är närmare 5 procent.

Power tror att dessa detaljer kan hjälpa oss att förstå evolutionen.

"Folk pratar om att mjölk är den perfekta maten. Jag skulle säga att det är den bäst utvecklade maten, men det är inte perfekt, " säger han. Att veta mer om oligosackariderna kommer att berätta om bröstmjölk nu och hur det är viktigt, och inte viktigt.

"Det verkar mest vara immunfunktion. Vilket är väldigt vettigt när man börjar tänka på hur vi förändrade vår miljö." Till skillnad från apor, människor började odla grödor, och föda upp husdjur. Så småningom, människor började också använda gödsel för att gödsla grödor, som i sin tur kan föra vidare nya, virulenta sjukdomar som svininfluensan. Exponeringen krävde sannolikt mer av mänskliga immunsystem, inklusive mjölk, Power säger.

Ju mer information Remoroza kan ge om mjölken, desto mer sannolikt är det att forskare bygger bättre substitut för det. Detta kan hjälpa veterinärer, naturvårdsbiologer och dietister vid djurparker, som ofta måste mata ett barn när mamman inte vill (eller kan) ge, som det berömda exemplet med flodhästen Fiona på Cincinnati Zoo 2017. När den lilla flodhästen föddes och inte kunde få det hon behövde, Power och hans team på National Zoo uppmanades att skapa så nära en kopia av hennes mammas egen mjölk som möjligt.

NIST:s oligosackaridbibliotek kan hjälpa till i andra liknande situationer i framtiden. Men det kan också hjälpa till att utveckla bättre babyersättningar för människor.

Remoroza hoppas få tillgång till djurparkens frysta resurser för att studera mjölk från en mängd olika djur, såsom okapis, elefanter, gorillor, och kanske till och med myrslokar. Hon börjar med afrikanska lejon, dock, eftersom hon insåg att mycket lite forskning hade gjorts på köttätare och att djurparken har massor av afrikansk lejonmjölk att dela med sig av till biblioteket.

Oligosackaridbiblioteket är tillgängligt gratis på NISTs webbplats och kommer att uppdateras när nya data blir tillgängliga.

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av NIST. Läs originalberättelsen här.