Exploración de la relación entre los HMO y la salud intestinal infantil

Resumen

• Los oligosacáridos de la leche humana (HMO) son importantes componentes bioactivos de la leche materna humana que favorecen la colonización estable del género Bifidobacterium en el intestino del lactante.^1,2
• Diversos estudios han demostrado que las bifidobacterias son beneficiosas para la salud del lactante, ya que contribuyen a la maduración del sistema inmunitario y proporcionan protección frente a las infecciones.³ Comprender el vínculo mecanicista entre los OMH y las bifidobacterias es imprescindible para determinar plenamente los beneficios potenciales de los OMH para la salud del lactante.
• En la primera de una serie de entrevistas que investigan cómo el Programa de Donación de HMO de dsm-firmenich ha apoyado la investigación en el campo de las HMO, exploramos el trabajo del profesor Takane Katayama, de la Universidad de Kioto, que se centra en la relación entre las HMO y Bifidobacterium.^4-9 dsm-firmenich ha apoyado la investigación del profesor Katayama proporcionándole las HMO para sus estudios.

¿Qué comunidades bacterianas de destacan en el intestino del lactante y cuál es su relación con la leche materna?

La microbiota intestinal está íntimamente relacionada con la salud y la enfermedad humanas. Varios estudios demuestran su establecimiento durante los primeros años de vida y sus efectos duraderos sobre el metabolismo energético y el desarrollo inmunitario.^10,11 Bifidobacterium es el primer género bacteriano dominante y estable que coloniza el intestino humano.⁹ Los estudios indican que la lactancia materna induce una microbiota intestinal infantil rica en Bifidobacterium, que es la población bacteriana predominante en el intestino de los lactantes amamantados.⁶ Las bifidobacterias siguen siendo las bacterias predominantes en el intestino infantil hasta el destete, lo que sugiere que la leche materna contiene un compuesto que estimula selectivamente el crecimiento de las bifodobacterias.

En la década de 1950, se propuso por primera vez que la leche materna incluía componentes no digeribles llamados oligosacáridos de la leche humana (HMO) que consisten en fucosa, galactosa, ácido siálico, N-acetilglucosamina y glucosa.¹² Sin embargo, no fue hasta 2011 cuando se informó de que ciertas especies de Bifidobacterium eran capaces de utilizar HMO.⁶ Desde este descubrimiento fundamental, la investigación en curso se ha centrado en investigar la capacidad total de los HMO en el mantenimiento de una microbiota intestinal saludable en los lactantes.

¿Cómo influyen los HMO en el microbioma infantil?

Los HMO son el tercer componente sólido más abundante de la leche humana después de la lactosa y los lípidos.¹³ No son digeribles, ya que son resistentes a la digestión pancreática, lo que les permite llegar intactos al colon, donde pueden ser utilizados por las especies de Bifidobacterium .¹³

La formación del microbioma intestinal infantil se ve afectada por el nivel de consumo de HMO por parte de las especies de Bifidobacterium . De hecho, se descubrió que la concentración fecal de HMO está negativamente correlacionada con la abundancia fecal de Bifidobacterium en lactantes.¹⁴ Para investigar cómo los HMO influyen positivamente en el microbioma intestinal, identificamos y caracterizamos dos transportadores de fucosilactosa (FL) de la especie Bifidobacterium longum infantis .⁹ Nuestra investigación reveló que los transportadores de FL estaban enriquecidos en muestras fecales de lactantes amamantados y positivamente correlacionados con la formación de microbiota rica en bifidobacterias-en lactantes amamantados.⁹ Mientras que las heces de lactantes alimentados con fórmula no estaban enriquecidas con genes transportadores de FL, lo que sugiere que los genes son exclusivos del ecosistema microbiano intestinal de lactantes amamantados.

Estos estudios, junto con el importante hallazgo de que las especies de Bifidobacterium utilizan HMO, han acelerado la investigación que explora la inclusión de HMO en soluciones de nutrición infantil. Esto ha llevado a la comercialización de la 2'-fucosilactosa (2'FL), el HMO más abundante en la leche humana.⁷

¿Cuáles son los mecanismos del metabolismo de los HMO por las cepas de bifidobacterias?

Existen dos vías principales por las que las cepas de bifidobacterias pueden utilizar los HMO.⁹ En primer lugar, ciertas especies de Bifidobacterium poseen enzimas que degradan los HMO en monosacáridos y disacáridos, que luego se importan para su asimilación.⁵ Mientras que otras especies de Bifidobacterium utilizan transportadores de casetes de unión ATP (ABC) para digerir los HMO intactos intracelularmente.⁴

¿Influye la llegada prioritaria de determinadas especies de Bifidobacterium en el desarrollo posterior de la microbiota intestinal del lactante?

El establecimiento de nuevas especies de Bifidobacterium en una comunidad microbiana puede depender del orden y/o el momento de su llegada, fenómeno conocido como efecto de prioridad. Las bifidobacterias son bacterias heterogéneas con diferentes especies y cepas que albergan capacidades divergentes para utilizar los HMO y esto es en parte responsable de afectar a la formación de la comunidad de bifidobacterias.

Por ejemplo, la especie Bifidobacterium breve (B. breve) tiene capacidades limitadas de asimilación de HMO ya que sólo el 10% de las cepas B. breve poseen genes transportadores de FL y sólo son capaces de asimilar lacto-N-tetraosa y lacto-N-neotetrosa.⁸ No obstante, B. breve a veces se convierte en la especie dominante en las comunidades Bifidobacterium del intestino del lactante porque puede beneficiarse de los efectos prioritarios durante la formación de la comunidad mediada por HMO. Por ejemplo, si B. breve llega a entornos ricos en HMO antes o al mismo tiempo que otras especies, puede utilizar la fucosa y otros azúcares degradantes que liberan de los HMO otras especies de Bifidobacterium, dominando así la comunidad. Los datos muestran que la abundancia de especies de B. breve en lactantes de 4 meses fue estadísticamente mayor cuando B. breve se detectó al nacer.⁸ Estos resultados indican que, además de la capacidad de asimilación de HMO de cada especie, el momento de la colonización también puede influir en la trayectoria de maduración de la microbiota intestinal de los lactantes.

¿Por qué los humanos han evolucionado para sintetizar mayores cantidades de oligosacáridos no digeribles que otros primates?

Toda la leche de primates contiene oligosacáridos, pero sólo la leche humana los incluye como tercer componente sólido más abundante.¹⁵ Curiosamente, la presencia de una microbiota rica en bifidobacterias sólo se ha descrito en lactantes humanos, no en otros primates. La prevalencia de genes de asimilación de HMO depende de las especies y cepas de Bifidobacterium de . Por lo tanto, la riqueza de especies de HMO puede corresponder a la presencia variada de genes de asimilación de HMO en el género Bifidobacterium, de modo que la diversidad de esta especie se mantiene entre diferentes individuos.

Profesor Takane Katayama

Katayama se doctoró en 1999 por la Universidad de Kioto. A continuación, Katayama aisló genéticamente dos enzimas de Bifidobacterium, la 1,2-α-l-fucosidasa y la endo-α-N-acetilgalactosamindasa, que actúan sobre (o descomponen) los glicanos del huésped. A continuación, Katayama investigó la funcionalidad de los genes y enzimas responsables de la degradación de los HMO. Su trabajo ha contribuido significativamente a nuestra comprensión de la relación entre los HMO en la leche materna y especies de Bifidobacterium en el intestino del lactante.