stringtranslate.com

Олигосахарид грудного молока

Олигосахариды грудного молока ( HMO ), также известные как гликаны грудного молока , представляют собой короткие полимеры простых сахаров , которые в высоких концентрациях содержатся в грудном молоке человека . [1] Олигосахариды грудного молока способствуют развитию иммунной системы, могут снижать риск патогенных инфекций и улучшать развитие мозга и познавательные способности. [1] Профиль HMO грудного молока человека формирует микробиоту кишечника младенца, избирательно стимулируя бифидобактерии и другие бактерии. [2]

Функции

Химическая структура 2'-фукозиллактозы, состоящей из субъединиц лактозы и фукозы

В отличие от других компонентов грудного молока, которые усваиваются младенцем при грудном вскармливании, HMOs неперевариваются грудным ребенком. Однако они обладают пребиотическим эффектом и служат пищей для кишечных бактерий, особенно бифидобактерий . [3]  Доминирование этих кишечных бактерий в кишечнике снижает колонизацию патогенными бактериями (пробиоз) и тем самым способствует здоровой кишечной микробиоте и снижает риск опасных кишечных инфекций. Недавние исследования показывают, что HMOs значительно снижают риск вирусных и бактериальных инфекций и, таким образом, уменьшают вероятность диареи и респираторных заболеваний.

Эта защитная функция HMO активируется при контакте с определенными патогенами , такими как определенные бактерии или вирусы . Они обладают способностью связываться с гликановыми рецепторами (рецепторами для длинных цепочек связанных молекул сахара на поверхности человеческих клеток), расположенными на поверхности кишечных клеток, и тем самым могут инфицировать клетки слизистой оболочки кишечника . Исследователи обнаружили, что HMO имитируют эти гликановые рецепторы, поэтому патогены связываются с HMO, а не с кишечными клетками. Это снижает риск заражения патогеном. [1] [4] Также было продемонстрировано, что HMO могут связываться с несколькими кишечными вирусами, такими как норовирус и вирус Норволк , более того, они могут снижать вирусную нагрузку от гриппа и RSV . [5]

В дополнение к этому, HMO, по-видимому, влияют на реакцию определенных клеток иммунной системы таким образом, что снижают воспалительные реакции. [1] [6] Также предполагается, что HMO снижают риск заражения недоношенных детей потенциально опасным для жизни заболеванием некротизирующим энтероколитом (НЭК). [1]

Некоторые метаболиты напрямую влияют на нервную систему или мозг и иногда могут влиять на развитие и поведение детей в долгосрочной перспективе. Существуют исследования, которые указывают на то, что определенные HMO снабжают ребенка остатками сиаловой кислоты . Сиаловая кислота является важным питательным веществом для развития мозга и умственных способностей ребенка. [1] [6]

В экспериментах, разработанных для проверки пригодности HMOs в качестве пребиотического источника углерода для кишечных бактерий, было обнаружено, что они высокоселективны для комменсальных бактерий, известных как Bifidobacteria longum биовар infantis . Наличие генов, уникальных для B. infantis , включая совместно регулируемые гликозидазы, и их эффективность в использовании HMOs в качестве источника углерода могут подразумевать совместную эволюцию HMOs и генетическую способность отдельных бактерий использовать их. [7]

Происшествие

Олигосахариды молока, по-видимому, более распространены у людей, чем у других животных, и они более сложны и разнообразны. [8] Олигосахариды в молоке приматов, как правило, более сложны и разнообразны, чем у неприматов. [1]

Олигосахариды грудного молока (HMO) образуют третий по распространенности твердый компонент ( растворенный или эмульгированный или суспендированный в воде) грудного молока после лактозы и жира . [9] HMO присутствуют в концентрации 11,3–17,7 г/л (1,5 унции/галлон – 2,36 унции/галлон) в грудном молоке в зависимости от стадии лактации. [10] Известно около 200 структурно различных олигосахаридов грудного молока, и их можно разделить на фукозилированные, сиалилированные и нейтральные ядра HMO. Состав олигосахаридов грудного молока в грудном молоке индивидуален для каждой матери и меняется в течение периода лактации . Доминирующим олигосахаридом у 80% всех женщин является 2′-фукозиллактоза , которая присутствует в грудном молоке человека в концентрации приблизительно 2,5 г/л; [4] Другие распространенные олигосахариды включают лакто -N -тетраозу , лакто- N -неотетраозу и лакто- N -фукопентаозу. [11] Многочисленные исследования показали, что концентрация каждого отдельного олигосахарида грудного молока меняется в разные периоды лактации ( молозиво , переходное, зрелое и позднее молоко) и зависит от различных факторов, таких как генетический секреторный статус матери и продолжительность беременности. [10]

Приложения

Синтез

Биосинтез у человека

Все HMOs происходят из лактозы, которая может быть декорирована четырьмя моносахаридом ( N-ацетил-D-глюкозамином , D-галактозой , сиаловой кислотой и/или L-фукозой ) для образования олигосахарида. [10] Изменчивость HMO у человеческих матерей зависит от двух специфических ферментов , α1-2-фукозилтрансферазы ( FUT2 ) и α1-3/4-фукозилтрансферазы ( FUT3 ). [16] Молоко матерей с инактивированным ферментом FUT2 не содержит α1-2-фукозилированных HMOs, и аналогично с инактивированным ферментом FUT3 почти не может быть обнаружено α1-4-фукозилированных HMOs. Обычно у 20% матерей в мире отсутствует активный фермент FUT2, но присутствует активный фермент FUT3, тогда как у 1% матерей не экспрессируется ни фермент FUT2, ни фермент FUT3. [17]

Промышленный крупномасштабный синтез

Олигосахариды грудного молока могут быть синтезированы в больших количествах с использованием точных промышленных методов ферментации, например, с помощью широко используемых непатогенных бактерий Escherichia coli . [18] В процессе ферментации бактерии питаются источником углерода (например, глюкозой), солями, минералами и микроэлементами в асептических условиях в биореакторе из нержавеющей стали , в то время как лактоза добавляется в процесс в качестве молекулы-предшественника. Затем бактерии преобразуют лактозу в олигосахариды грудного молока, декорируя ее другими мономерами сахара. После процесса ферментации HMO полностью отделяются от бактерий, белков и ДНК с использованием различных методов фильтрации. [18] Затем HMO очищаются, кристаллизуются , сушатся, упаковываются и доставляются производителям детских смесей , где они смешиваются с другими компонентами детских смесей. [18]

Ферментативный синтез

Ферментативный синтез HMOs через трансгалактозилирование является эффективным способом производства. Различные доноры, включая p -нитрофенил-β-галактопиранозид, уридиндифосфат галактозу и лактозу, могут быть использованы в трансгалактозилировании. В частности, лактоза может действовать как донор или акцептор в различных ферментативных реакциях и доступна в больших количествах из сыворотки, полученной как продукт совместной переработки при производстве сыра. Однако отсутствуют опубликованные данные, описывающие крупномасштабное производство таких галактоолигосахаридов. [19]

Ссылки

  1. ^ abcdefg Боде, Л. (2012). «Олигосахариды человеческого молока: каждому ребенку нужна сахарная мама». Гликобиология . 22 ( 9): 1147–1162. doi :10.1093/glycob/cws074. PMC  3406618. PMID  22513036.
  2. ^ Bezirtzoglou, Eugenia; Tsiotsias, Arsenis; Welling, Gjalt W. (декабрь 2011 г.). «Профиль микробиоты в кале новорожденных, находящихся на грудном и искусственном вскармливании, с использованием флуоресцентной гибридизации in situ (FISH)». Anaerobe . 17 (6): 478–482. doi :10.1016/j.anaerobe.2011.03.009. ISSN  1075-9964. PMID  21497661.
  3. ^ Doare, K. Le; Holder, B.; Bassett, A.; Pannaraj, PS (2018). «Материнское молоко: целенаправленный вклад в развитие микробиоты и иммунитета младенца». Frontiers in Immunology . 9 : 361. doi : 10.3389/fimmu.2018.00361 . PMC 5863526. PMID  29599768 . 
  4. ^ ab Катя Паршат, Беттина Гутьеррес (ноябрь 2016 г.), «Fermentativ erzeugte humane Milch-Oligosaccharide wirken präbiotisch.», Dei – die Ernährungsindustrie (на немецком языке), стр. 38
  5. ^ Triantis, Vassilis; Bode, Lars; van Neerven, RJ Joost (2018). «Иммунологические эффекты олигосахаридов человеческого молока». Frontiers in Pediatrics . 6 : 190. doi : 10.3389/fped.2018.00190 . ISSN  2296-2360. PMC 6036705. PMID 30013961  . 
  6. ^ ab Newburg, DS; He, Y. (2015). «Неонатальная кишечная микробиота и гликаны человеческого молока взаимодействуют для ослабления инфекции и воспаления». Клиническое акушерство и гинекология . 58 (4): 814–826. doi :10.1097/GRF.00000000000000156. PMID  26457857.
  7. ^ Герман, Дж. Б.; Лебрилла, К. Б.; Миллс, Д. А. (18 апреля 2012 г.). Олигосахариды грудного молока: эволюция, структуры и биоселективность как субстраты для кишечных бактерий . Серия семинаров по питанию Nestlé: Педиатрическая программа. Том 62. С. 205–22. doi : 10.1159/000146322. ISBN 978-3-8055-8553-8. PMC  2861563 . PMID  18626202. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  8. ^ Наннан Тао и др. (1 апреля 2012 г.). «Эволюционная гликомикса: характеристика молочных олигосахаридов у приматов». J Proteome Res . 10 (4): 1548–1557. doi :10.1021/pr1009367. PMC 3070053. PMID 21214271  . 
  9. ^ Чен, X. (2015). «Олигосахариды человеческого молока (HMOS): структура, функция и синтез, катализируемый ферментами». Достижения в области химии и биохимии углеводов . 72 : 113–190. doi : 10.1016/bs.accb.2015.08.002. PMC 9235823. PMID  26613816 . 
  10. ^ abcd Сойылмаз, Букет; Микш, Марта Ханна; Рериг, Кристоф Герман; Матвеюк, Мартин; Месарош-Матвеюк, Агнес; Вигснес, Луиза Кристин (9 августа 2021 г.). «Значение молока: обзор концентрации олигосахаридов в грудном молоке в период лактации». Питательные вещества . 13 (8): 2737. дои : 10.3390/nu13082737 . ISSN  2072-6643. ПМК 8398195 . ПМИД  34444897. 
  11. ^ Мисфельд, Роджер Л. (июль 2017 г.). Биохимия. МакЭвой, Меган М. (Первое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 978-0-393-61402-2. OCLC  952277065.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  12. ↑ Ральф Амманн (май 2017 г.), «Достижение невозможного», European Dairy Magazine (на немецком языке), стр. 30 и далее.
  13. ^ Вицинский, Михал; Савицка, Эвелина; Гембальский, Якуб; Кубяк, Кароль; Малиновский, Бартош (20 января 2020 г.). «Олигосахариды человеческого молока: польза для здоровья, потенциальное применение в детских смесях и фармакология». Питательные вещества . 12 (1): 266. дои : 10.3390/nu12010266 . ISSN  2072-6643. ПМК 7019891 . ПМИД  31968617. 
  14. ^ Bosheva, Miroslava; Tokodi, Istvan; Krasnow, Aleksander; Pedersen, Helle Krogh; Lukjancenko, Oksana; Eklund, Aron C.; Grathwohl, Dominik; Sprenger, Norbert; Berger, Bernard; Cercamondi, Colin I.; 5 HMO Study Investigator Consortium (2022-07-06). "Детская смесь со специальной смесью пяти олигосахаридов человеческого молока стимулирует развитие микробиоты кишечника и улучшает маркеры созревания кишечника: рандомизированное контролируемое исследование". Frontiers in Nutrition . 9 : 920362. doi : 10.3389/fnut.2022.920362 . ISSN  2296-861X. PMC 9298649 . PMID  35873420. {{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  15. ^ Палссон, Олафур С.; Пири, Энн; Зейтцберг, Дорте; Амундсен, Ингвильд Дюбдродт; Макконнелл, Брюс; Симрен, Магнус (2020-12-07). «Олигосахариды человеческого молока поддерживают нормальную функцию кишечника и улучшают симптомы синдрома раздраженного кишечника: многоцентровое открытое исследование». Клиническая и трансляционная гастроэнтерология . 11 (12): e00276. doi :10.14309/ctg.00000000000000276. ISSN  2155-384X. PMC 7721220. PMID 33512807  . 
  16. ^ M. Tonon, Karina; B. de Morais, Mauro; FV Abrão, Ana Cristina; Miranda, Antonio; B. Morais, Tania (2019-06-17). "Факторы матери и младенца, связанные с концентрацией олигосахаридов в грудном молоке в соответствии с фенотипами секретора и Льюиса". Nutrients . 11 (6): 1358. doi : 10.3390/nu11061358 . ISSN  2072-6643. PMC 6628139 . PMID  31212920. 
  17. ^ ab Stahl, B.; Thurl, S.; Henker, J.; Siegel, M.; Finke, B.; Sawatzki, G. (2001), «Обнаружение четырех групп человеческого молока с учетом олигосахаридов, зависящих от группы крови Льюиса, с помощью серологического и хроматографического анализа», Биоактивные компоненты человеческого молока, Достижения в экспериментальной медицине и биологии, т. 501, Бостон, Массачусетс: Springer US, стр. 299–306, doi : 10.1007/978-1-4615-1371-1_37, ISBN 978-1-4613-5521-2, PMID  11787693 , получено 2021-12-10
  18. ^ abc Bych, Katrine; Mikš, Marta Hanna; Johanson, Ted; Hederos, Markus Jondelius; Vigsnæs, Louise Kristine; Becker, Peter (2019-04-01). «Производство HMO с использованием микробных хозяев — от клеточной инженерии до крупномасштабного производства». Current Opinion in Biotechnology . Пищевая биотехнология • Биотехнология растений. 56 : 130–137. doi :10.1016/j.copbio.2018.11.003. ISSN  0958-1669. PMID  30502637. S2CID  56149182.
  19. ^ Карими Алавидже, М.; Мейер, А.С.; Грас, С.Л.; Кентиш, С.Е. (февраль 2020 г.). «Моделирование и экономическая оценка крупномасштабного ферментативного производства N-ацетиллактозамина» (PDF) . Biochemical Engineering Journal . 154 : 107459. doi : 10.1016/j.bej.2019.107459. S2CID  214143153.