Moedermelk levert essentiële voedingsstoffen, niet alleen voor zuigelingen, maar ook voor nuttige microben die het maagdarmkanaal bewonen. Een studie gepubliceerd op 6 april in Cel Chemische Biologie laat zien dat een bacteriesoort genaamd Bifidobacterium longum heeft zich met succes aangepast aan de unieke niche van de kinderdarm door het produceren van een enzym genaamd LnbX, waardoor deze microbe kan groeien op een suiker die alleen overvloedig aanwezig is in moedermelk.

"Gezien de gezondheidsbevorderende effecten van bifidobacteriën, onze bevindingen onthullen een mogelijke evolutionaire route voor de door moedermelk aangedreven symbiose tussen darmmicroben en mensen, ", zegt mede-senior studie auteur Takane Katayama van de Universiteit van Kyoto.

Men denkt dat darmmicroben in het vroege leven langdurige effecten hebben op de menselijke gezondheid, en studies hebben aangetoond dat voeding de samenstelling van deze populatie sterk beïnvloedt. Bijvoorbeeld, Van moedermelksuikers is bekend dat ze selectief de groei van gunstige darmmicroben zoals bifidobacteriën bevorderen, die diarree en pathogene infectie bij zuigelingen voorkomen. Een belangrijk bestanddeel van moedermelk is een suiker genaamd lacto-N-tetraose, die vrijwel afwezig is in de melk van andere zoogdieren. Bifidobacteriën produceren enzymen die deze suiker afbreken, wat sterk suggereert dat er recentelijk een symbiotische relatie is ontstaan ​​tussen deze micro-organismen en mensen.

Terwijl we onderzochten hoe deze symbiotische relatie evolueerde, Katayama en co-senior studie auteur Shinya Fushinobu van de Universiteit van Tokyo karakteriseerden eerder LnbB en geïsoleerde LnbX-enzymen die lacto-N-tetraose afbreken in Bifidobacterium bifidum en Bifidobacterium longum , respectievelijk. In de nieuwe studie de onderzoekers wilden voortbouwen op deze bevindingen door de röntgenkristalstructuur van het katalytische domein van LnbX te bepalen. De kristalstructuur, in combinatie met mutatie- en farmacologische experimenten, onthulde dat LnbX een andere structuur en katalytisch mechanisme heeft dan LnbB en daarom behoort tot een nieuwe familie van glycosidehydrolase-enzymen, GH136 genaamd.

"Ondanks dat B. longum en B. bifidum behoren tot hetzelfde geslacht en bewonen dezelfde omgeving, ze gebruiken verschillende enzymen om lacto-N-tetraose af te breken, profiteren van de gevarieerde structuren van deze unieke moedermelksuiker, " zegt Fushinobu. "De bevindingen suggereren dat verschillende stammen en soorten gunstige bifidobacteriën onafhankelijk van elkaar verschillende moleculaire hulpmiddelen hebben ontwikkeld om dezelfde menselijke melksuiker te verteren, wat hun vermogen verklaart om naast elkaar te bestaan ​​​​en te gedijen in het maagdarmkanaal van zuigelingen die borstvoeding krijgen."

Aanvullende experimenten toonden aan dat het lnbX-gen cruciaal is voor het vermogen van B. longum om specifiek op lacto-N-tetraose te groeien. Bovendien, een analyse van fecaal DNA onthulde dat: B. longum en het lnbX-gen was overvloediger aanwezig in het maagdarmkanaal van tien zuigelingen die uitsluitend moedermelk consumeerden in vergelijking met zes zuigelingen die een mengsel van flesvoeding en moedermelk kregen. "Bij elkaar genomen, deze bevindingen suggereren dat lnbX belangrijk is voor B. longum om te volharden in het darmecosysteem van zuigelingen die borstvoeding krijgen, en moedermelksuikers waren de belangrijkste selectieve druk voor de evolutie van lnbX, ' zegt Kataya.

In toekomstige studies, de onderzoekers gaan onderzoeken of andere bifidobacteriële soorten andere enzymen produceren om moedermelksuikers te verteren. Ze zullen ook op zoek gaan naar bifidobacteriële metabolieten die de gezondheid van baby's bevorderen. Uiteindelijk, dit onderzoek zou flesvoeding kunnen verbeteren door middel van verrijking, hetzij met heilzame bacteriële verbindingen, of met microbiële enzymen die zijn gemanipuleerd om de omgekeerde reactie uit te voeren en menselijke melksuikers tegen lage kosten en op grote schaal te synthetiseren.

"Hoewel borstvoeding in het eerste levensjaar in de meeste gevallen wordt aanbevolen, sommige moeders zijn aangewezen op flesvoeding omdat ze virale infecties hebben of geen melk produceren met belangrijke voedingsstoffen zoals zink, " zegt Katayama. "Daarom, de ontwikkeling van nieuwe strategieën om flesvoeding te versterken met gezondheidsbevorderende ingrediënten zal vooral van cruciaal belang zijn in deze zeldzame gevallen waarin borstvoeding niet mogelijk is."