Lactoferrine: het ijzergrijpende eiwit dat nu in het lab wordt nagemaakt
Lactoferrine is een eiwit dat van nature voorkomt in moedermelk, koemelk, tranen, speeksel en slijmvliezen. Het bindt ijzer en helpt daarmee bacteriën en virussen dat ijzer te ontzeggen, wat de groei van ziekteverwekkers kan afremmen. Denk aan lactoferrine als een soort minuscule magneet die vrij rondzwevend ijzer in lichaamsvloeistoffen opvangt voordat schadelijke microben er gebruik van kunnen maken.
Het eiwit staat de laatste jaren opnieuw in de belangstelling, niet omdat het net ontdekt is — wetenschappers kennen het al sinds de jaren vijftig — maar omdat er nieuwe manieren zijn ontwikkeld om het te produceren. Waar lactoferrine voorheen vooral uit koemelk werd gewonnen, lukt het bedrijven inmiddels om het eiwit na te bouwen met behulp van micro-organismen in een fermentatietank, zonder tussenkomst van een koe. Dat maakt lactoferrine een interessant voorbeeld van hoe voedseltechnologie en biotechnologie samenkomen.
Wat is het precies?
Lactoferrine is een glycoproteïne: een eiwit met suikergroepen eraan vast, met een molecuulgewicht van ongeveer 80 kilodalton. Het behoort tot dezelfde eiwitfamilie als transferrine, het molecuul dat in ons bloed ijzer vervoert. Het bijzondere aan lactoferrine is dat het ijzer heel sterk kan vasthouden, sterker zelfs dan transferrine, en dat onder een breed bereik van zuurgraden blijft doen.
Naast het wegvangen van ijzer heeft lactoferrine nog een aantal andere eigenschappen die onderzoekers boeien. Het kan zich hechten aan de buitenkant van sommige bacteriën en virussen, waardoor het hun celwand kan beschadigen of hun aanhechting aan menselijke cellen kan bemoeilijken. Ook lijkt het immuuncellen te kunnen aansturen, bijvoorbeeld door ontstekingsreacties te temperen of juist bepaalde afweercellen te activeren. Dat brede werkingsmechanisme — ijzerbinding plus directe interactie met microben plus invloed op het immuunsysteem — maakt het een veelbelovend, maar ook lastig te doorgronden molecuul.
De klassieke manier om lactoferrine te produceren is het isoleren uit wei, het vloeibare restproduct dat overblijft bij het maken van kaas. Met chromatografie, een scheidingstechniek die eiwitten op basis van lading en grootte uit elkaar haalt, wordt lactoferrine uit die wei gezuiverd. Dit levert zogeheten bovien (van het rund afkomstig) lactoferrine op, dat qua structuur sterk lijkt op, maar niet identiek is aan, de humane variant uit moedermelk.
Een nieuwere route is precisiefermentatie: onderzoekers passen het DNA van een gist- of schimmelcel zodanig aan dat die cel het exacte recept voor humaan lactoferrine krijgt. Vervolgens laat men die cellen in grote fermentatietanks groeien, vergelijkbaar met hoe bier of insuline wordt gemaakt, waarna het geproduceerde eiwit wordt gezuiverd. Het resultaat is een lactoferrinemolecuul dat moleculair identiek is aan het eiwit uit moedermelk, zonder dat daar een dier aan te pas komt.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer achter lactoferrine-onderzoek is de wens om babyvoeding dichter bij moedermelk te brengen. Moedermelk bevat van nature relatief veel lactoferrine, terwijl koemelk daar veel minder van bevat. Door bovien of, recenter, humaan-identiek lactoferrine toe te voegen aan flesvoeding hopen fabrikanten de afweer- en ijzerhuishouding-ondersteunende eigenschappen van moedermelk beter te benaderen.
Daarnaast hoopt men lactoferrine breder in te zetten: als voedingssupplement tegen ijzertekort (omdat het lichaam ijzer dat aan lactoferrine gebonden is soms beter opneemt dan losse ijzerzouten, en het minder maag- en darmklachten geeft), als grondstof voor huidverzorging vanwege de vermeende ontstekingsremmende werking, en als onderwerp van geneesmiddelenonderzoek tegen infecties en zelfs bepaalde vormen van kanker.
Voor de biotechbedrijven die inzetten op precisiefermentatie speelt nog een derde motief: duurzaamheid en dierenwelzijn. Lactoferrine zonder koe produceren zou, als het eenmaal op grote schaal en tegen concurrerende kosten kan, de druk op de melkveehouderij kunnen verlagen en een stabielere, van seizoen en diergezondheid onafhankelijke aanvoer kunnen bieden.
Voorbeelden uit de praktijk
Al decennialang wint de zuivelindustrie bovien lactoferrine uit wei voor gebruik in babyvoeding. Grote zuivelverwerkers zoals FrieslandCampina in Nederland en Fonterra en Synlait in Nieuw-Zeeland behoren tot de belangrijkste producenten van dit soort ingrediënten voor de wereldwijde markt van zuigelingenvoeding.
Een opvallender, recenter voorbeeld is het Amerikaanse biotechbedrijf Helaina, opgericht in 2019 en gevestigd in New York. Het bedrijf gebruikt precisiefermentatie om een lactoferrinemolecuul te maken dat identiek is aan dat uit moedermelk, en heeft daarvoor in de Verenigde Staten regulatoire goedkeuring gekregen om het als voedingsingrediënt te gebruiken. Helaina positioneert het product vooral voor toepassing in flesvoeding en voedingssupplementen.
Ook het Singaporese bedrijf TurtleTree werkt aan lactoferrine via celkweek- en fermentatietechnieken, als onderdeel van een bredere strategie om zuivelbestanddelen zonder koe te produceren. Het bedrijf presenteert dit als een manier om functionele zuivel-ingrediënten leverbaar te maken zonder de grondstofafhankelijkheid van melkvee.
Aan de medische kant is er het minder succesvolle voorbeeld van talactoferrine, een recombinante vorm van humaan lactoferrine die het Amerikaanse bedrijf Agennix ontwikkelde als orale immuuntherapie bij longkanker. Grootschalige fase III-onderzoeken naar de werking bij niet-kleincellige longkanker haalden hun vooraf gestelde eindpunten niet, waarna de ontwikkeling is stopgezet. Dit voorbeeld laat zien dat de brede biologische activiteit van lactoferrine in het laboratorium niet automatisch een bewezen klinisch effect in patiënten oplevert.
Tot slot kreeg lactoferrine tijdens de coronapandemie aandacht doordat laboratoriumstudies suggereerden dat het eiwit zich kan hechten aan structuren op celoppervlakken die het coronavirus ook gebruikt om cellen binnen te dringen, waardoor het virus theoretisch gehinderd zou kunnen worden. Dit bleef echter beperkt tot reageerbuis- en cel-experimenten; overtuigend klinisch bewijs dat lactoferrine mensen met covid-19 daadwerkelijk beschermt, ontbreekt vooralsnog.
Hoe ver is de techniek?
De winning van bovien lactoferrine uit wei is een volwassen, industrieel proces dat al tientallen jaren op grote schaal draait en stevig verankerd is in de toeleveringsketen van babyvoeding. Hier is dus geen sprake van toekomsttechnologie, maar van een bewezen productiemethode.
De precisiefermentatie van humaan-identiek lactoferrine bevindt zich in een veel vroeger stadium. Bedrijven als Helaina hebben laten zien dat het technisch mogelijk is om het eiwit op deze manier te maken en hebben in de Verenigde Staten de eerste regulatoire hobbels genomen, maar opschaling naar wereldwijde, kosten-competitieve productievolumes staat nog in de kinderschoenen. Voor toelating in andere markten, waaronder de Europese Unie, gelden aparte trajecten zoals de novel food-beoordeling, die tijd kosten en niet gegarandeerd tot goedkeuring leiden.
Op het gezondheidsvlak is het beeld gemengd. Voor sommige toepassingen, zoals de aanvulling van babyvoeding, is er redelijk stevig onderzoek dat aantoont dat toevoeging van lactoferrine bepaalde bloedwaarden en infectiecijfers bij zuigelingen positief kan beïnvloeden. Voor veel andere beloften — huidverzorging, algemene weerstandsverbetering, kankerbestrijding — is het bewijs dunner en vaak gebaseerd op kleine studies of celkweekonderzoek, wat voorzichtigheid rechtvaardigt bij het interpreteren van marketingclaims.
Wie werken eraan?
In de klassieke, dierlijke productieketen zijn grote zuivelconcerns de belangrijkste spelers: FrieslandCampina (Nederland), Fonterra en Synlait (Nieuw-Zeeland), en diverse Europese en Aziatische zuivelverwerkers die lactoferrine als nevenstroom van kaasproductie winnen.
In de precisiefermentatiehoek lopen vooral Amerikaanse en Aziatische start-ups voorop, met Helaina (Verenigde Staten) en TurtleTree (Singapore) als bekendste namen. Zij werken samen met regelgevende instanties zoals de Amerikaanse voedsel- en warenautoriteit FDA, die verantwoordelijk is voor de beoordeling van nieuwe voedingsingrediënten in de Verenigde Staten.
Daarnaast dragen universitaire onderzoeksgroepen wereldwijd bij aan fundamenteel onderzoek naar de werkingsmechanismen van lactoferrine, vaak in samenwerking met de industrie of gefinancierd door nationale gezondheidsinstituten. In Europa houdt de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA) toezicht op de toelating van nieuwe lactoferrinebronnen tot de Europese markt.