Neue Einblicke in die Wissenschaft der HMOs Teil 1: wie HMOs die Entwicklung des Mikrobioms positiv beeinflussen

Frühes Leben Ernährung hat Auswirkungen auf zukünftige Gesundheit: Experten wiegen in  

• Dies ist der erste Artikel einer dreiteiligen Serie über die Auswirkungen von human milk oligosaccharides (HMOS) auf die menschliche Gesundheit. In der Reihe wird die Rolle von HMOs für das Mikrobiom, die Gehirnentwicklung und die Immunität untersucht sowie die sich entwickelnde Wissenschaft darüber, wie HMOs die Darm-Hirn-Immun-Achse beeinflussen könnten.  
• HMOs sind nach Fett und Laktose der drittgrößte Bestandteil der Muttermilch (ohne Wasser), was darauf hindeutet, dass dieser bioaktive Bestandteil eine wichtige Rolle für die Entwicklung des Säuglings und die menschliche Gesundheit insgesamt spielen könnte.¹ 
• Es besteht ein großer Wunsch, mehr darüber zu erfahren, wie HMOs verschiedene Elemente der menschlichen Gesundheit beeinflussen könnten, nämlich ihre Auswirkungen auf unser Mikrobiom oder die kollektive Gemeinschaft von Mikroorganismen im Darm, auf die Gehirnentwicklung und auf das Immunsystem. Die Experten von dsm-firmenich haben sich zu diesem Thema geäußert. In diesem Artikel tragen Louise Kristine Vigsnæs, Leiterin der Abteilung Biologie, und Stine Dam Jepsen, Wissenschaftlerin bei dsm-firmenich , dazu bei, dass wir besser verstehen, wie HMOs die Entwicklung des Mikrobioms beeinflussen.  

Die Bedeutung des Mikrobioms und wie HMOs seine Entwicklung beeinflussen   

 Das frühe Leben ist ein kritisches Zeitfenster für die Gestaltung und Beeinflussung der Darmmikrobiota, die Mikroorganismen, die im Magen-Darm-Trakt leben und die Weichen für einen Aspekt unserer Gesundheit stellen, der   mehrere Entwicklungsbereiche beeinflussen kann.^{2, 3}  Die Mikrobiota hat   einen wesentlichen Einfluss auf die allgemeine Gesundheit des Wirts sowie auf die Reifung und Funktion des Darmtrakts.^{2, 4}   

 Während die Wissenschaft weiterhin   die gesundheitlichen Vorteile von HMOs erforscht, ist   bekannt, dass sie den Dickdarm größtenteils unverdaut erreichen und als Nahrung für nützliche Bakterien dienen, die die Entwicklung einer gesunden Gemeinschaft von Bakterien, insbesondere Bifidobakterien, unterstützen.^5-7  Da etwa 70 % der Zellen des Immunsystems   im Darm untergebracht sind, kann sich der Einfluss des Mikrobioms   auf die Funktionalität des Immunsystems erstrecken.^8,9  

Wie unterstützt eine gesunde Darmmikrobiota die kindliche Entwicklung? 

Louise Kristine Vigsnæs, Leiterin der Biologie bei dsm-firmenich: Die Darmmikrobiota und ihre Entwicklung beim Säugling sind sehr wichtig. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass es mehrere Rollen spielen könnte, wie z. B. die Beeinflussung der Entwicklung des Magen-Darm-Trakts, die Aufrechterhaltung der Schleimhautintegrität, die Beeinflussung des Ernährungszustands des Wirts und die Hilfe bei der   Verteidigung gegen unerwünschte Mikroben.¹⁰ 

Eine gesunde Darmmikrobiota kann sehr wichtig für die Entwicklung eines gesunden Immunsystems sein,  wobei präklinische und klinische Forschungen darauf hindeuten, dass sie dem Immunsystem dabei hilft, zu bestimmen, welche Mikroben in Ordnung sind und welche nicht im Wirt vorhanden sein sollten.^11,12 

Für den Schutz gegen unerwünschte Mikroben gibt es einige Faktoren. Erstens: Wenn eine gesunde Darmmikrobiota im Darm vorherrscht, gibt es wenig Platz für unerwünschte Mikroben , die sich dort ansiedeln. Zweitens schafft eine gesunde Darmmikrobiota eine Umgebung, in der unerwünschte Bakterien nicht gedeihen können.  

Welche Auswirkungen hat es, wenn die Entwicklung des Mikrobioms von dem abweicht, was als gesund oder "typisch" angesehen wird? 

Louise Kristine Vigsnæs: Die Entwicklung der Darmmikrobiota erfolgt während eines kritischen Zeitfensters im Säuglingsalter. Eine Störung der Darmmikrobiota führt zu einer "aus dem Gleichgewicht geratenen" oder ungesunden mikrobiellen Gemeinschaft, die zu bestimmten gesundheitlichen Auswirkungen führen kann.^2,10  Die Forschung legt nahe, dass die Darmmikrobiota, der Wirt und das Immunsystem in einer engen Allianz zusammenarbeiten, was bedeutet, dass sie voneinander abhängig sind und nicht optimal funktionieren können, wenn eine der beiden Seiten beeinträchtigt ist. Wenn also die Darmmikrobiota aus dem Gleichgewicht gerät (z. B. nach einer Antibiotikabehandlung), reagiert das Immunsystem möglicherweise nicht richtig, was zur Entwicklung von Autoimmunerkrankungen und Allergien führen kann, wie in Assoziationsstudien festgestellt wurde.^13,14  

Bestimmte Faktoren wirken sich auf die Zusammensetzung und Entwicklung der Darmmikrobiota aus, z. B. der Geburtsmodus, die frühe Exposition gegenüber Medikamenten wie Antibiotika und die Frage, ob Muttermilch oder Milchnahrung verwendet wird. Diese Umstände können später Auswirkungen auf die Gesundheit haben.²

Beschreiben Sie die Mechanismen, wie HMOs die Bakteriengemeinschaft im Magen-Darm-Trakt beeinflussen. 

Stine Dam Jepsen, Wissenschaftlerin bei dsm-firmenich: Frühe präklinische Forschungen deuten darauf hin, dass HMOs die bakterielle Gemeinschaft im Darm auf unterschiedliche Weise beeinflussen können . Erstens sind unverdauliche Oligosaccharide, was bedeutet, dass sie den Auswirkungen von Magensäure und Enzymhydrolyse im Magen-Darm-Trakt widerstehen, die meisten systemischen Aufnahmen vermeiden und selektiv das Wachstum von nützlichen Bakterien stimulieren können.^15,16 Zweitens können sie, indem sie zu einer nützlichen Darmmikrobiota beitragen, indem sie nützliche Darmbakterien stimulieren, dazu beitragen, eine Besiedlung mit unerwünschten Mikroben zu vermeiden.^17,18 Darüber hinaus haben HMOs auch eine positive Wirkung auf die Darmwandbarriere, was zu einer günstigen Umgebung für eine gesunde Darmmikrobiota führt. ^15,19  

Was zeigen die neuesten Forschungsergebnisse in Bezug auf die Fähigkeit von HMOs, die Entwicklung des Mikrobioms zu beeinflussen?  

Louise Kristine Vigsnæs: Eine große Kohortenstudie hat gezeigt, dass einer der wichtigsten Faktoren, die mit der Darmmikrobiota und ihrer Entwicklung in Verbindung stehen, der Konsum von Muttermilch ist. Die Autoren der Studie vermuten, dass dies auf das Vorhandensein von bioaktiven Komponenten in der Muttermilch, einschließlich HMOs, zurückzuführen ist.20 In Übereinstimmung damit hat eine frühere Studie herausgefunden, dass beim Vergleich der Darmmikrobiota von gestillten Säuglingen und Säuglingen, die mit Säuglingsnahrung ohne zusätzliche HMOs gefüttert wurden, die Zusammensetzung recht unterschiedlich war, wobei die mit Säuglingsnahrung gefütterten Säuglinge weniger Bifidobakterien aufwiesen.21 Bifidobakterien sind nützliche Bakterien und wichtig für die Gesundheit von Säuglingen.^22,23 

In einer kürzlich durchgeführten Säuglingsstudie, in der von Glycom/dsm-firmenich hergestellte HMOs in Säuglingsnahrung verwendet wurden, konnte eine positive Auswirkung auf die Entwicklung der Darmmikrobiota festgestellt werden, mit einer Zusammensetzung, die der von gestillten Säuglingen näher kam, einschließlich einer Zunahme der Bifidobakterien.²⁴

HMOs: spezifische Strukturen haben spezifische Funktionen 

     Mindestens 200 verschiedene HMOs wurden in der menschlichen Milch identifiziert.^1,25 Diese Oligosaccharide sind hochkomplexe Strukturen, die nur in der menschlichen Milch vorkommen - kein anderes Säugetier hat eine annähernd so hohe Konzentration und Komplexität dieser Kohlenhydratstrukturen in seiner Milch.²⁶ HMOs gehören zu den bioaktiven Molekülen in der Muttermilch, einer Gruppe von Verbindungen, von denen man annimmt, dass sie kurz- und langfristige Auswirkungen auf die Entwicklung des Säuglings haben.^3,6 Die Menge und Zusammensetzung der HMOs variiert von Frau zu Frau und im Laufe der Laktation.^27,28  Man schätzt, dass die Produktion von HMOs durch die Brustdrüse zehn Prozent des gesamten Energieaufwands der Mutter für die Milchproduktion benötigt.²⁹ Darüber hinaus ist die HMO-Funktionalität strukturell  

Wirken sich alle HMOs in gleicher Weise auf das Mikrobiom aus?

Louise Kristine Vigsnæs: Wir stehen noch ganz am Anfang, wenn es darum geht, die Auswirkungen der verschiedenen Strukturen von HMOs auf die Darmmikrobiota und den Wirt zu verstehen. Die Forschung hat gezeigt, dass einige Strukturen von bestimmten Bakterien im Darm besser genutzt werden als andere, was bedeutet, dass die anderen Strukturen, die von der Mikrobiota nicht genutzt werden, einem anderen Zweck dienen. Die Mutter hätte nicht all diese HMO-Strukturen geschaffen, wenn sie nicht wichtig für das Kind wären! Es ist jedoch noch viel mehr Forschung erforderlich, bevor wir ein umfassenderes Verständnis erlangen. 

Die Darm-Hirn-Immun-Achse : gibt es eine Rolle für HMOs? 

Ein spannendes Forschungsgebiet auf dem Gebiet der HMOs ist die Frage, wie sich diese Substanzen auf die Darm-Hirn-Immun-Achse auswirken könnten. Die Darm-Hirn-Immun-Achse bezieht sich auf das Kommunikationssystem zwischen dem Magen-Darm-Trakt, dem zentralen Nervensystem einschließlich des Gehirns und dem Immunsystem. Das Funktionieren jedes dieser Körpersysteme beeinflusst die anderen über Bahnen und biochemische Stoffe, die Botschaften hin und her transportieren.^9,31 Eine Mischung aus präklinischer und klinischer Forschung hat gezeigt, dass HMOs jedes dieser Systeme positiv beeinflussen können.³ 

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass das Immunsystem dem Begriff Darm-Hirn-Achse hinzugefügt werden sollte, wodurch die Darm-Hirn-Immun-Achse entsteht. Wie beeinflusst die Mikrobiota das Gehirn und das Immunsystem? 

Stine Dam Jepsen: Die Darmwand, die Darmmikrobiota, und Immunzellen sind miteinander verbunden.³² Eine kleine Störung in einer dieser Komponenten kann zu ungünstigen Bedingungen wie Dysbiose oder Entzündungen im Darm führen. Die Darmmikrobiota spielt eine entscheidende Rolle bei der Ausbildung und Regulierung des Immunsystems. Eine gesunde und ausgewogene Mikrobiota ist daher für die Ausbildung eines gesunden Immunsystems und die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts unerlässlich.³

Die mikrobielle Gemeinschaft im Darm hat auch einen großen Einfluss auf das Gehirn, und zwar über das Säuglingsalter hinaus. So haben zum Beispiel Beobachtungsstudien, in denen Hirnerkrankungen wie Alzheimer und Parkinson untersucht wurden, ergeben, dass diese Krankheiten mit Veränderungen in der Darmmikrobiota in Verbindung gebracht werden können.33-35 Die mechanistische Forschung hat ergeben, dass die Darmmikrobiota das Gehirn auf verschiedenen Wegen beeinflussen kann, unter anderem durch das Senden von Signalen an das Gehirn über von Bakterien produzierte neuroaktive Moleküle.^36,37 Die Darmmikrobiota steht also in enger Verbindung mit der Gesundheit des Gehirns.^3, 38

Das Potenzial von HMOs - Blick in die Zukunft  

In welchen Bereichen glauben Sie als Experten für HMOs, dass diese das größte Potenzial haben, die Gesundheit zu beeinflussen?

Louise Kristine Vigsnæ und Stine Dam Jepse: Wir glauben, dass HMOs ein großes Potenzial haben, nicht nur für die Gesundheit von Kleinkindern, sondern auch für ältere Kinder, Erwachsene und ältere Menschen. Aufgrund ihrer Wirkungsweise und der vorgeschlagenen Vorteile glauben wir, dass HMOs   mehrere Gesundheitsbereiche außerhalb des Darms beeinflussen könnten, wie die systemische Immunität und sogar die Gesundheit des Gehirns.

dsm-firmenich ist ein weltweit führender Anbieter von Lösungen für die Early Life Nutrition und die Nahrungsergänzungsmittelindustrie mit einem einzigartigen Portfolio, das Nahrungsfette, Vitamine und maßgeschneiderte Nährstoffvormischungen umfasst. Mit der Integration von HMOs in sein Portfolio unterstreicht dsm-firmenich seine führende Rolle bei der Bereitstellung sinnvoller Lösungen , die dazu beitragen, Kleinkindern den Weg zu einem langen, gesunden Leben zu ebnen, was Teil unseres Versprechens ist, die wachsende Weltbevölkerung gesund zu erhalten. HMOs der nächsten Generation sind Teil der spannenden Innovations-Roadmap von dsm-firmenich. Vier neue HMOs werden im nächsten Jahr verfügbar sein, um den bereits schnell wachsenden HMO-Markt weiter zu katalysieren. 

Kürzlich veranstaltete dsm-firmenich ein Webinar mit der weltweit anerkannten Wissenschaftlerin und Ärztin Professor Hania Szajewska zum Thema Auswirkungen von HMOs auf die Gesundheit von Kindern. Prof. Szajewska fasste zusammen, wie die Struktur von HMOs ihre Funktion beeinflusst, und gab einen Überblick über die derzeitige Beweislage in Bezug auf den potenziellen Nutzen von HMOs in der Säuglingsernährung. Klicken Sie hier , um die Aufzeichnung des Webinars anzusehen.