Олигосахарид грудного молока
Олигосахариды женского молока ( HMO ), также известные как гликаны женского молока , представляют собой короткие полимеры простых сахаров , которые можно обнаружить в высоких концентрациях в грудном молоке человека . [ 1 ] женского молока Олигосахариды способствуют развитию иммунной системы, могут снизить риск возникновения патогенных инфекций и улучшить развитие мозга и когнитивные функции. [ 1 ] Профиль HMO грудного молока человека формирует микробиоту кишечника ребенка путем избирательной стимуляции бифидобактерий и других бактерий. [ 2 ]
Функции
[ редактировать ]
В отличие от других компонентов грудного молока, которые усваиваются младенцем при грудном вскармливании, ОПМ не перевариваются грудным ребенком. Однако они обладают пребиотическим действием и служат пищей для кишечных бактерий, особенно бифидобактерий . [ 3 ] Доминирование этих кишечных бактерий в кишечнике снижает колонизацию патогенными бактериями (пробиозом) и тем самым способствует здоровой кишечной микробиоте и снижает риск опасных кишечных инфекций. Недавние исследования показывают, что ОПЗ значительно снижают риск вирусных и бактериальных инфекций и, таким образом, уменьшают вероятность диареи и респираторных заболеваний.
Эта защитная функция ОПЗ активируется при контакте со специфическими патогенами , такими как определенные бактерии или вирусы . Они обладают способностью связываться с гликановыми рецепторами (рецепторами длинных цепочек связанных молекул сахара на поверхности клеток человека), расположенными на поверхности клеток кишечника, и тем самым могут инфицировать клетки слизистой оболочки кишечника . Исследователи обнаружили, что ОПМ имитируют эти гликановые рецепторы, поэтому патогены связываются с ОПЗ, а не с клетками кишечника. Это снижает риск заражения возбудителем. [ 1 ] [ 4 ] Также было продемонстрировано, что ОПЗ могут связываться с несколькими кишечными вирусами, такими как норовирус и вирус Норуолк , более того, они могут снижать вирусную нагрузку от гриппа и РСВ . [ 5 ]
В дополнение к этому, HMO, по-видимому, влияют на реакцию определенных клеток иммунной системы таким образом, что уменьшают воспалительные реакции. [ 1 ] [ 6 ] Предполагается также, что ОПЗ снижают риск заражения недоношенных детей потенциально опасным для жизни заболеванием некротизирующим энтероколитом (НЭК). [ 1 ]
Некоторые из метаболитов напрямую влияют на нервную систему или мозг и иногда могут влиять на развитие и поведение детей в долгосрочной перспективе. Есть исследования, которые показывают, что некоторые ОПЗ снабжают ребенка остатками сиаловой кислоты . Сиаловая кислота является важным питательным веществом для развития мозга и умственных способностей ребенка. [ 1 ] [ 6 ]
В экспериментах, направленных на проверку пригодности HMO в качестве пребиотического источника углерода для кишечных бактерий, было обнаружено, что они обладают высокой селективностью в отношении комменсальных бактерий, известных как Bifidobacteria longum biovar infantis . Присутствие генов, уникальных для B. infantis , в том числе совместно регулируемых гликозидаз, и его эффективность при использовании HMO в качестве источника углерода могут подразумевать совместную эволюцию HMO и генетическую способность избранных бактерий использовать их. [ 7 ]
возникновение
[ редактировать ]Молочные олигосахариды, по-видимому, более распространены у людей, чем у других животных, и являются более сложными и разнообразными. [ 8 ] Олигосахариды в молоке приматов обычно более сложны и разнообразны, чем у неприматов. [ 1 ]
Олигосахариды женского молока (HMO) составляют третий по распространенности твердый компонент ( растворенный , эмульгированный или суспендированный в воде) женского молока после лактозы и жира . [ 9 ] HMO присутствуют в женском молоке в концентрации 11,3–17,7 г/л (1,5 унции/галлон – 2,36 унции/галлон), в зависимости от стадии лактации. [ 10 ] Известно около 200 структурно различных олигосахаридов грудного молока, и их можно разделить на фукозилированные, сиалилированные и нейтральные основные HMO. Состав олигосахаридов женского 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 примерно 2,5 г/л; [ 4 ] другие распространенные олигосахариды включают лакто -N -тетраозу , лакто -N -неотетраозу и лакто- N -фукопентаозу. [ 11 ] В результате многочисленных исследований было обнаружено, что концентрация каждого отдельного олигосахарида женского 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 ]
| Аббревиатура | Имя | Молозиво (0–5 дней) | Переходный (6–14 дней) | Зрелый (15–90 дней) | Поздно (>90 дней) |
| 2 'Флорида | 2'-Фукозиллактоза | 3.18 | 2.07 | 2.28 | 1.65 |
| ЛНДФХ-I | Лакто-N-дифукогексаоза I | 1.03 | 1.06 | 1.10 | 0.87 |
| ЛНФП-I | Лакто-N-фукопентаоза I | 0.83 | 1.11 | 0.83 | 0.41 |
| ЛНФП-II | Лакто-N-фукопентаоза II | 0.78 | 0.33 | 0.78 | 0.27 |
| ЛНТ | Лакто-N-тетраоза | 0.73 | 1.07 | 0.74 | 0.64 |
| 3-ЭЛ | 3-фукозиллактоза | 0.72 | 0.59 | 0.72 | 0.92 |
| 6'-SL | 6'-сиалилактоза | 0.40 | 0.71 | 0.40 | 0.30 |
| ДСЛНТ | Дисиалиллакто-N-тетраоза | 0.38 | 0.67 | 0.38 | 0.22 |
| ЛНнТ | Лакто-N-неотетраоза | 0.37 | 0.47 | 0.37 | 0.19 |
| ДФЛ | Дифукозиллактоза | 0.29 | 0.56 | 0.29 | 0.27 |
| ФДС-ЛНХ | Фукозилдисиаллакто-N-гексаоза I | 0.28 | Н/Д | 0.29 | 0.12 |
| ЛНФП-III | Лакто-N-фукопентаоза III | 0.26 | 0.37 | 0.26 | 0.23 |
| 3'СЛ | 3'-сиалилактоза | 0.19 | 0.13 | 0.19 | 0.13 |
Приложения
[ редактировать ]- Детская смесь: исторически ОПЗ не входили в состав детских смесей , и дети, находящиеся на искусственном вскармливании, не могли извлечь выгоду из их положительного воздействия на здоровье. Однако в последнее время все больше и больше ОПЗ, в том числе 2'-фукозиллактоза и лакто-N-неотетраоза, добавляются в качестве добавок в современные детские смеси . [ 12 ] [ 13 ] Недавно в клинических испытаниях была протестирована детская смесь, содержащая комбинацию 5 различных HMO (2'-фукозилактозы, 2',3-дифукозиллактозы, лакто-N-тетраозы, 3'-сиалиллактозы и 6'-сиалиллактозы). положительное влияние на микрофлору кишечника. [ 14 ] Однако важно отметить, что даже этот тип детской смеси далек от естественного содержания почти 200 ОПЗ, присутствующих в грудном молоке.
- Синдром раздраженного кишечника. Олигосахариды женского молока также используются для лечения симптомов синдрома раздраженного кишечника (СРК), который представляет собой желудочно-кишечное расстройство, от которого страдают 10–15% населения развитого мира. 12-недельное лечение перорально принимаемой смесью HMO показало значительное улучшение качества жизни пациентов с СРК. [ 15 ]
Синтез
[ редактировать ]Биосинтез у человека
[ редактировать ]Все HMO происходят из лактозы, которая может быть декорирована четырьмя моносахаридами ( N-ацетил-D-глюкозамином , D-галактозой , сиаловой кислотой и/или L-фукозой ) с образованием олигосахарида. [ 10 ] Вариабельность HMO у матерей человека 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 HMO, а при инактивированном ферменте FUT3 почти не может быть обнаружено α1-4-фукозилированных HMO. Обычно 20% матерей в мире не имеют активного фермента FUT2, но все еще имеют активный фермент FUT3, тогда как 1% матерей не экспрессируют ни ферменты FUT2, ни FUT3. [ 17 ]
| Молочная группа | Генетическая классификация | Статус Льюиса (наличие фермента FUT3) | Секреторный статус (наличие фермента FUT2) | Основные больничные кассы засекречены | Предполагаемая глобальная частота |
| 1 | Льюис позитивный, секретарь | Да | Да | 2'FL, 3-FL, DFL, LNT, LNnT, LNFP-I, LNFP-II, LNDFH-I, LNDFH-II | 70% |
| 2 | Льюис положительный, несекретный | Да | Нет | 3-ФЛ, ЛНТ, ЛНнТ, ЛНФП-II, ЛНФП-III, ЛНДФХ-II | 20% |
| 3 | Негатив Льюис, секретарь | Нет | Да | 2'ФЛ, 3-ФЛ, ДФЛ, ЛНТ, ЛНнТ, ЛНФП-I, ЛНФП-III | 9% |
| 4 | Льюис отрицательный, несекреторный | Нет | Нет | 3-ФЛ, ЛНТ, ЛНнТ, ЛНФП-III, ЛНФП-В | 1% |
Промышленный крупномасштабный синтез
[ редактировать ]Олигосахариды грудного молока можно синтезировать в больших количествах с использованием точных промышленных методов ферментации , например, с помощью широко используемых непатогенных бактерий Escherichia coli . [ 18 ] Во время процесса ферментации в бактерии подается источник углерода (например, глюкоза), соли, минералы и микроэлементы в асептических условиях в биореакторе из нержавеющей стали , а лактоза добавляется в процесс в качестве молекулы-предшественника. Затем бактерии преобразуют лактозу в олигосахариды женского молока, украшая ее другими мономерами сахара. После процесса ферментации HMO полностью отделяются от бактерий, белков и ДНК с использованием различных методов фильтрации. [ 18 ] Впоследствии ОПМ очищают, кристаллизуют , сушат, упаковывают и доставляют производителям детских смесей , где их смешивают с другими компонентами детских смесей. [ 18 ]
Ферментативный синтез
[ редактировать ]Ферментативный синтез HMO посредством трансгалактозилирования является эффективным способом производства. различные доноры, включая п В трансгалактозилировании можно использовать -нитрофенил-β-галактопиранозид, уридиндифосфат-галактозу и лактозу. В частности, лактоза может выступать как донором, так и акцептором в различных ферментативных реакциях и доступна в больших количествах из сыворотки, получаемой в качестве продукта совместной переработки при производстве сыра. Однако опубликованных данных, описывающих крупномасштабное производство таких галактоолигосахаридов, недостаточно. [ 19 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Боде, Л. (2012). «Олигосахариды человеческого молока: каждому ребенку нужна сахарная мама» . Гликобиология . 22 (9): 1147–1162. дои : 10.1093/гликоб/cws074 . ПМК 3406618 . ПМИД 22513036 .
- ^ Безирцоглу, Евгения; Циоциас, Арсенис; Веллинг, Гьялт В. (декабрь 2011 г.). «Профиль микробиоты в фекалиях новорожденных, находящихся на грудном и искусственном вскармливании, с использованием флуоресцентной гибридизации in situ (FISH)» . Анаэроб . 17 (6): 478–482. дои : 10.1016/j.anaerobe.2011.03.009 . ISSN 1075-9964 . ПМИД 21497661 .
- ^ Доар, К. Ле; Холдер, Б.; Бассетт, А.; Паннарадж, PS (2018). «Молоко матери: целенаправленный вклад в развитие микробиоты и иммунитета ребенка» . Границы в иммунологии . 9 : 361. дои : 10.3389/fimmu.2018.00361 . ПМК 5863526 . ПМИД 29599768 .
- ^ Перейти обратно: а б Катя Паршат, Беттина Гутьеррес (ноябрь 2016 г.), «Олигосахариды женского молока, полученные ферментативным путем, обладают пребиотическим эффектом», Dei - пищевая промышленность (на немецком языке), стр. 38
- ^ Триантис, Василис; Боде, Ларс; ван Неервен, Р. Дж. Йост (2018). «Иммунологические эффекты олигосахаридов человеческого молока» . Границы в педиатрии . 6 : 190. дои : 10.3389/fped.2018.00190 . ISSN 2296-2360 . ПМК 6036705 . ПМИД 30013961 .
- ^ Перейти обратно: а б Ньюбург, Д.С.; Он, Ю. (2015). «Микробиота кишечника новорожденного и гликаны человеческого молока совместно ослабляют инфекцию и воспаление». Клиническая акушерство и гинекология . 58 (4): 814–826. дои : 10.1097/GRF.0000000000000156 . ПМИД 26457857 .
- ^ Герман, JB; Лебрилла, CB; Миллс, Д.А. (18 апреля 2012 г.). Олигосахариды женского молока: эволюция, структура и биоселективность как субстраты для кишечных бактерий . Серия семинаров Nestlé Nutrition: педиатрическая программа. Том. 62. С. 205–22. дои : 10.1159/000146322 . ISBN 978-3-8055-8553-8 . ПМЦ 2861563 . ПМИД 18626202 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Наньнан Тао; и др. (1 апреля 2012 г.). «Эволюционная гликомика: характеристика олигосахаридов молока у приматов» . J Протеом Рез . 10 (4): 1548–1557. дои : 10.1021/pr1009367 . ПМК 3070053 . ПМИД 21214271 .
- ^ Чен, X. (2015). «Олигосахариды человеческого молока (HMOS): структура, функции и ферментативно-катализируемый синтез» . Достижения в области химии и биохимии углеводов . 72 : 113–190. дои : 10.1016/bs.accb.2015.08.002 . ПМЦ 9235823 . ПМИД 26613816 .
- ^ Перейти обратно: а б с д 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 . ПМЦ 8398195 . ПМИД 34444897 .
- ^ 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 ) - ^ Ральф Амманн (май 2017 г.), «Достигая невозможного», журнал European Dairy Magazine (на немецком языке), стр. 30 f.
- ^ 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 .
- ^ Бошева, Мирослава; Токоди, Иштван; Краснов, Александр; Педерсен, Хелле Крог; Лукьянченко Оксана; Эклунд, Арон К.; Гратвол, Доминик; Шпренгер, Норберт; Бергер, Бернар; Черкамонди, Колин И.; 5 Консорциум исследователей исследований HMO (06 июля 2022 г.). «Детская смесь со специальной смесью пяти олигосахаридов человеческого молока стимулирует развитие микробиоты кишечника и улучшает маркеры созревания кишечника: рандомизированное контролируемое исследование» . Границы в питании . 9 : 920362. дои : 10.3389/fnut.2022.920362 . ISSN 2296-861X . ПМЦ 9298649 . ПМИД 35873420 .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Палссон, Олафур С.; Пири, Энн; Зейтцберг, Дорт; Амундсен, Ингвильд Дибдродт; МакКоннелл, Брюс; Симрен, Магнус (07 декабря 2020 г.). «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.0000000000000276 . ISSN 2155-384X . ПМЦ 7721220 . ПМИД 33512807 .
- ^ М. Тонон, Карина; Б. де Мораис, Мауро; Ф.В. Абран, Ана Кристина; Миранда, Антонио; Б. Мораис, Таня (17 июня 2019 г.). «Материнские и младенческие факторы, связанные с концентрацией олигосахаридов в грудном молоке в соответствии с секреторным фенотипом и фенотипом Льюиса» . Питательные вещества . 11 (6): 1358. дои : 10.3390/nu11061358 . ISSN 2072-6643 . ПМК 6628139 . ПМИД 31212920 .
- ^ Перейти обратно: а б Шталь, Б.; Терл, С.; Хенкер, Дж.; Сигел, М.; Финке, Б.; Савацки, Г. (2001), «Обнаружение четырех групп человеческого молока в отношении олигосахаридов, зависящих от группы крови Льюиса, с помощью серологического и хроматографического анализа», Биоактивные компоненты человеческого молока , Достижения в области экспериментальной медицины и биологии, vol. 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 10 декабря 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Быч, Катрина; Микш, Марта Ханна; Йохансон, Тед; Хедерос, Маркус Йонделиус; Вигснес, Луиза Кристина; Беккер, Питер (01 апреля 2019 г.). «Производство ОПЗ с использованием микробных хозяев — от клеточной инженерии до крупномасштабного производства» . Современное мнение в области биотехнологии . Пищевая биотехнология • Биотехнология растений. 56 : 130–137. дои : 10.1016/j.copbio.2018.11.003 . ISSN 0958-1669 . ПМИД 30502637 . S2CID 56149182 .
- ^ Карими Алавидже, М.; Мейер, А.С.; Гра, СЛ; Кентиш, ЮВ (февраль 2020 г.). «Моделирование и экономическая оценка крупномасштабного ферментативного производства N-ацетиллактозамина» (PDF) . Журнал биохимической инженерии . 154 : 107459. doi : 10.1016/j.bej.2019.107459 . S2CID 214143153 .