Michael Power hämtar ett prov av afrikansk lejonmjölk från en frys. Remoroza kommer att ta tillbaka provet till labbet på NIST, där hon kommer att identifiera mångfalden av komplexa sockerarter, kallas oligosackarider, finns i mjölken. Dessa sockerarter har en mer komplicerad molekylstruktur än de enkla sockerarterna som finns i de flesta livsmedel, och de gör mer än att ge kalorier. Vissa spelar en roll i immunitet medan andra främjar hjärnans utveckling. Kredit:R. Press/NIST
Har mjölk? De flesta har sett de berömda annonserna med kändisar som lyfter fram vikten av att dricka mjölk för att bygga starka ben. Forskning visar att mjölk har andra fördelar, speciellt för spädbarn, som att hjälpa dem växa och stärka deras immunförsvar. Men forskarna förstår fortfarande inte exakt hur mjölk gör dessa saker.
Att lösa det mysteriet börjar med att identifiera föreningarna i mjölk. För att stödja den ansträngningen, forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har nyligen fördubblat storleken på ett referensbibliotek som innehåller exempel på en viss typ av kolhydrater som finns i mjölk från människor och flera andra djur. Utvidgningen av biblioteket kommer att hjälpa forskare att identifiera de okända föreningarna i sina egna mjölkprover. Forskarna publicerade sina nya rön i Analytisk kemi .
Mjölkens sammansättning varierar från mamma till mamma, men i allmänhet innehåller bröstmjölk 87 % vatten och 13 % näringsämnen, inklusive fetter, proteiner och kolhydrater. Mjölkforskare fokuserar ofta på en typ av kolhydrater som kallas oligosackarider, ett av de många olika sockerarterna i mjölk. Dessa sockerarter är kända för att ha en biologisk effekt, som att ge energi till växande spädbarn eller bidra till organutveckling.
"Spädbarn kan inte tugga eller svälja fast föda, så de är mycket beroende av mjölk för att växa. Det är en mirakelförening, " sa NIST-kemist Connie Remoroza.
En av de främsta anledningarna till att forskare analyserar oligosackarider är att om de kan avgöra vilka oligosackarider som finns, de kan börja förstå hur oligosackarider påverkar celler, vävnader och biologiska processer.
Den första versionen av humanmjölkoligosackaridbiblioteket (HMO), släpptes 2018, bestod av 74 oligosackarider. För att bygga den, Remoroza och hennes kollegor analyserade komponenter i ett mjölkprov från NIST Standard Reference Material (SRM) 1953. De använde en process som kallas vätskekromatografi för att separera provet i dess finare komponenter och ett instrument som kallas en masspektrometer för att skapa kemiska fingeravtryck som kallas masspektra .
Teamet jämförde sedan dessa okända spektra mot en massiv databas med 1,3 miljoner spektra av 31, 000 föreningar som kallas NIST Tandem Mass Spectral Library. Det är en del av det större NIST Mass Spectral Library, som nyligen uppdaterades i en ny version som heter NIST20.
Teamet identifierade ytterligare 80 nya oligosackarider, vilket ger det totala antalet till 154. Det nya HMO-biblioteket använde också mjölkprover från SRM 1954, Organiska föroreningar i berikad människomjölk.
NIST standardreferensmaterial för organiska föroreningar i mänskliga kroppsvätskor återspeglar förändringar i föroreningsnivåer sedan de senaste materialen utfärdades i 2000 nivåer av PCB, bekämpningsmedel, dioxiner/furaner och andra föroreningar har minskat med 50 procent samtidigt som halterna av bromerade flamskyddsmedel har stigit. CSTL, SRM, bröstmjölk, förorening, blod, CDC. Kredit:NIST
Forskare kunde också identifiera nya föreningar som aldrig tidigare rapporterats i mjölk, såsom en typ av oligosackarid som innehöll 15 monosackaridenheter, som är byggstenarna i kolhydrater.
Efter att masspektrometri och vätskekromatografi har använts för att producera rådata, det bearbetas sedan för att extrahera masspektra för att identifiera de okända föreningarna. "Identifieringen av okända föreningar beror på de senaste metoderna. Många oligosackarider är nu kända på grund av förbättrad känslighet hos masspektrometrarna, kombinerat med NIST sökmjukvara, sa Remoroza.
När de okända föreningarna har identifierats, de ingår i mjölkbiblioteket.
Förutom bröstmjölk, Remoroza och hennes kollegor har också utökat täckningen av andra typer av däggdjursmjölk. De analyserade fyra olika icke-mänskliga prover tack vare samarbeten med Smithsonians National Zoo and Conservation Biology Institute och Philippine Carabao Center.
Smithsonian gav ett afrikanskt lejonprov, och Philippine Carabao Center gav mjölk från en Saanen-get och asiatisk vattenbuffel. Bovina (ko) mjölkprover kom från NIST:s alldeles egna SRM 1549a och 1849a. NIST-forskarna identifierade 90 oligosackarider från dessa prover, 25 av dessa hittades också i bröstmjölk.
Tidigare forskning har gjorts på dessa djurprover, men relativt få oligosackarider rapporterades. Tack vare utvecklingen av nya instrument, bättre metoder för att isolera oligosackarider, och det nya HMO-biblioteket, forskare kan nu identifiera fler oligosackarider i sina prover.
"Många forskare kommer förhoppningsvis att kunna hitta NIST mjölkmasspektrala bibliotek användbart för att analysera sina prover, sa Remoroza.
Detta mjölkbibliotek är särskilt användbart för tillverkare av modersmjölksersättning. "Forskare är intresserade av att identifiera oligosackarider i mjölk eftersom de vill avgöra om dessa kan läggas till modersmjölksersättning så att spädbarn nu kan få de nödvändiga näringsämnena, sa Remoroza.
Arbetet är inte klart än. Forskare vid NIST kommer att fortsätta att identifiera de olika typerna av oligosackarider i bröstmjölk och utöka sin samling av icke-human däggdjursmjölk. De kommer snart att analysera mjölk från svarta och vita grisar (i samarbete med Mariano Marcos State University i Filippinerna), rhesusapor (med University of Wisconsin) och delfiner (med National Oceanic and Atmospheric Administration, eller NOAA).
Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av NIST. Läs originalberättelsen här.
