Moedermelk, die bestaat uit een complexe en voortdurend veranderende mix van eiwitten, vetten en suikers, helpt baby's te beschermen tegen bacteriële infecties.

Vroeger, wetenschappers hebben hun zoektocht naar de bron van de antibacteriële eigenschappen geconcentreerd op de eiwitten die het bevat. Echter, een interdisciplinair team van scheikundigen en artsen van de Vanderbilt University heeft ontdekt dat sommige koolhydraten in moedermelk niet alleen zelf antibacteriële eigenschappen hebben, maar ook de effectiviteit van de aanwezige antibacteriële eiwitten versterken.

"Dit is het eerste voorbeeld van gegeneraliseerde, antimicrobiële activiteit van de koolhydraten in moedermelk, " zei universitair docent scheikunde Steven Townsend, die de studie leidde. "Een van de opmerkelijke eigenschappen van deze verbindingen is dat ze duidelijk niet-toxisch zijn, in tegenstelling tot de meeste antibiotica."

De resultaten werden op 20 augustus gepresenteerd op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Chemical Society in Washington DC door doctoraalstudent Dorothy Ackerman en gepubliceerd in het tijdschrift ACS Infectious Diseases op 1 juni in een paper met de titel, "Oligosachariden van menselijke melk vertonen antimicrobiële en anti-biofilm eigenschappen tegen groep B. Streptococcus."

De basismotivatie voor het onderzoek was het groeiende probleem van bacteriële resistentie tegen antibiotica, die volgens schattingen van het Center for Disease Control and Prevention 23, 000 doden per jaar.

"We gingen op zoek naar verschillende methoden om infectieuze bacteriën te verslaan. Ter inspiratie, we wendden ons tot een bepaalde bacterie, Groep B Strep. We vroegen ons af of zijn gemeenschappelijke gastheer, zwangere vrouw, produceert verbindingen die streptokokken kunnen verzwakken of doden, dat wereldwijd de belangrijkste oorzaak is van infecties bij pasgeborenen, ', aldus Townsend.

In plaats van te zoeken naar eiwitten in moedermelk met antimicrobiële eigenschappen, Townsend en zijn collega's richtten hun aandacht op de suikers, die aanzienlijk moeilijker te bestuderen zijn.

"Het grootste deel van de vorige eeuw biochemici hebben betoogd dat eiwitten het belangrijkst zijn en dat suikers een bijzaak zijn. De meeste mensen hebben in dat argument geloofd, ook al zijn er geen gegevens om dit te ondersteunen, Townsend zei. "Er is veel minder bekend over de functie van suikers en, als een getrainde glycoproteïne-chemicus, Ik wilde hun rol onderzoeken."

Om dit te doen, de onderzoekers verzamelden koolhydraten in moedermelk, ook wel oligosachariden genoemd, uit een aantal verschillende donormonsters en profileerde ze met een massaspectrometrietechniek die duizenden grote biomoleculen tegelijk kan identificeren. Daarna voegden ze de verbindingen toe aan streptokokkenculturen en observeerden het resultaat onder de microscoop. Hieruit bleek dat niet alleen sommige van deze oligosachariden de bacteriën direct doden, maar dat sommige ook de biofilms die de bacteriën vormen om zichzelf te beschermen fysiek afbreken.

In een pilotstudie is Townsend's lab heeft vijf monsters verzameld. Ze ontdekten dat de suikers uit één monster bijna een hele streptokokkenkolonie doodden. In een ander voorbeeld, de suikers waren matig effectief, terwijl de overige drie monsters een lager activiteitsniveau vertoonden. In een vervolgonderzoek is ze testen meer dan twee dozijn extra monsters. Tot dusver, twee braken de bacteriële biofilms af en doodden de bacteriën, vier braken de biofilms af maar doodden de bacteriën niet en twee doodden de bacteriën zonder de biofilms af te breken.

"Onze resultaten laten zien dat deze suikers een een-tweetje hebben, "zei Townsend. "Eerst, ze maken de doelbacteriën gevoelig en doden ze. Biologen noemen dit soms 'synthetische letaliteit' en er is een grote druk om nieuwe antimicrobiële geneesmiddelen met deze mogelijkheid te ontwikkelen."

Door streptokokkenculturen te doseren met een mengsel van melksuikers en antimicrobiële peptiden uit menselijk speeksel, de onderzoekers toonden ook aan dat het vermogen van suikers om biofilms af te breken ook de effectiviteit van de andere antimicrobiële middelen die moedermelk bevat kan verbeteren.

In vervolgstudies heeft het team ook aangetoond dat de antimicrobiële activiteit van de melksuikers zich uitstrekt tot een aantal andere infectieuze bacteriën, waaronder twee van de zes "ESKAPE"-pathogenen die wereldwijd de belangrijkste oorzaak zijn van ziekenhuisinfecties.

Townsend werkt samen met collega's in het Mass Spectrometry Research Center van Vanderbilt om de specifieke soorten koolhydraatmoleculen te identificeren die verantwoordelijk zijn voor de antibacteriële effecten die ze hebben ontdekt.