Exploration de la relation entre les HMO et la santé intestinale des nourrissons

Résumé

• Les oligosaccharides du lait humain (HMO) sont des composants bioactifs importants du lait maternel qui favorisent la colonisation stable du genre Bifidobacterium dans l'intestin du nourrisson.^1,2
• Des études ont démontré que les bifidobactéries sont bénéfiques pour la santé des nourrissons, contribuant à la maturation du système immunitaire et offrant une protection contre les infections.³ Il est impératif de comprendre le lien mécanique entre les HMO et les bifidobactéries pour évaluer pleinement les avantages potentiels des HMO pour la santé des nourrissons.
• Dans la première d'une série d'interviews sur la manière dont le programme de dons de HMO de dsm-firmenich a soutenu la recherche dans le domaine des HMO, nous explorons le travail du professeur Takane Katayama, de l'université de Kyoto, qui se concentre sur la relation entre les HMO et Bifidobacterium.^4-9 dsm-firmenich a soutenu la recherche du professeur Katayama en lui fournissant les HMO nécessaires à ses études.

Quelles sont les communautés bactériennes les plus importantes dans l'intestin du nourrisson et quel est le lien avec le lait maternel ?

Le microbiote intestinal est intimement lié à la santé et aux maladies humaines. Plusieurs études démontrent son établissement au début de la vie et ses effets durables sur le métabolisme énergétique et le développement immunitaire.^10,11 Bifidobacterium est le premier genre bactérien dominant et stable à coloniser l'intestin humain.⁹ Des études indiquent que l'allaitement maternel induit un microbiote intestinal riche en Bifidobacterium, qui est la population bactérienne prédominante dans l'intestin des nourrissons allaités.⁶ Les bifidobactéries restent les bactéries prédominantes dans l'intestin du nourrisson jusqu'au sevrage, ce qui suggère que le lait maternel contient un composé qui stimule sélectivement la croissance des bifodobactéries.

Dans les années 1950, il a été proposé pour la première fois que le lait maternel comprenait des composants non digestibles appelés oligosaccharides du lait humain (HMO), composés de fucose, de galactose, d'acide sialique, de N-acétylglucosamine et de glucose.¹² Toutefois, ce n'est qu'en 2011 que nous avons signalé que certaines espèces de Bifidobacterium étaient capables d'utiliser les HMO.⁶ Depuis cette découverte cruciale, la recherche continue s'est concentrée sur l'étude de la pleine capacité des HMO à maintenir un microbiote intestinal sain chez les enfants en bas âge.

Quelle est l'influence des HMO sur le microbiome du nourrisson ( ) ?

Les HMO sont le troisième composant solide le plus abondant dans le lait humain, après le lactose et les lipides.¹³ Ils ne sont pas digestibles, car ils résistent à la digestion pancréatique, ce qui leur permet d'atteindre le côlon intact où ils peuvent être utilisés par Bifidobacterium species.¹³

La formation du microbiome intestinal du nourrisson est influencée par le niveau de consommation d'HMO par les espèces de Bifidobacterium . En effet, la concentration fécale d'HMO s'est révélée être en corrélation négative avec l'abondance fécale de Bifidobacterium chez les nourrissons.¹⁴ Pour étudier comment les HMO influencent positivement le microbiome intestinal, nous avons identifié et caractérisé deux transporteurs de fucosyllactose (FL) de l'espèce Bifidobacterium longum infantis .⁹ Notre recherche a révélé que les transporteurs FL étaient enrichis dans les échantillons fécaux des nourrissons allaités et positivement corrélés avec la formation d'un microbiote riche en bifidobactéries-chez les nourrissons allaités.⁹ Alors que les fèces des nourrissons nourris au lait maternisé n'étaient pas enrichies en gènes de transporteurs FL, ce qui suggère que les gènes sont exclusifs à l'écosystème microbien intestinal des nourrissons allaités.

Ces études, ainsi que la découverte importante que les espèces de Bifidobacterium utilisent les HMO, ont accéléré la recherche sur l'inclusion des HMO dans les solutions de nutrition infantile. Cela a conduit à la commercialisation du 2'-fucosyllactose (2'FL), l'HMO le plus abondant dans le lait humain.⁷

Quels sont les mécanismes du métabolisme des HMO par les souches bifidobactériennes ?

Il existe deux voies principales par lesquelles les souches bifidobactériennes peuvent utiliser les HMO.⁹ Tout d'abord, certaines espèces Bifidobacterium possèdent des enzymes qui dégradent les HMO en monosaccharides et disaccharides, qui sont ensuite importés pour être assimilés.⁵ Alors que d'autres espèces Bifidobacterium utilisent des transporteurs ABC (ATP-binding cassette) pour digérer les HMO intacts au niveau intracellulaire.⁴

L'arrivée prioritaire de certaines espèces de Bifidobacterium joue-t-elle un rôle dans le développement ultérieur du microbiote intestinal des nourrissons ?

L'établissement de nouvelles espèces de Bifidobacterium dans une communauté microbienne peut dépendre de l'ordre et/ou du moment de leur arrivée - un phénomène connu sous le nom d'effet de priorité. Les bifidobactéries sont des bactéries hétérogènes dont les différentes espèces et souches possèdent des capacités divergentes à utiliser les HMO, ce qui est en partie responsable de la formation de la communauté bifidobactérienne.

Par exemple, l'espèce Bifidobacterium breve (B. breve) a des capacités limitées d'assimilation des HMO car seulement 10 % des souches B. breve possèdent des gènes de transport FL et ne peuvent assimiler que le lacto-N-tétraose et le lacto-N-néotétrose.⁸ Néanmoins, B. breve devient parfois l'espèce dominante dans les communautés Bifidobacterium de l'intestin du nourrisson car elle peut bénéficier d'effets de priorité pendant la formation de la communauté médiée par les HMO. Par exemple, si B. breve arrive dans des environnements riches en HMO plus tôt ou en même temps que d'autres espèces, il peut utiliser le fucose et d'autres sucres dégradants qui sont libérés des HMO par d'autres espèces de Bifidobacterium, et ainsi dominer la communauté. Les données montrent que l'abondance des espèces B. breve chez les nourrissons de 4 mois était statistiquement plus élevée lorsque B. breve avait été détectée à la naissance.⁸ Ces résultats indiquent que, outre la capacité d'assimilation des HMO de chaque espèce, le moment de la colonisation peut également influencer la trajectoire de maturation du microbiote intestinal du nourrisson.

Pourquoi l'homme a-t-il évolué pour synthétiser des quantités plus importantes d'oligosaccharides non digestibles que les autres primates ?

Tous les laits de primates contiennent des oligosaccharides, mais seul le lait humain en fait le troisième composant solide le plus abondant.¹⁵ Il est intéressant de noter que la présence d'un microbiote riche en bifidobactéries n'a été signalée que chez les nourrissons humains, et non chez d'autres primates. La prévalence des gènes d'assimilation des HMO dépend des espèces et des souches de Bifidobacterium . Par conséquent, la richesse des espèces d'HMO peut correspondre à l'occurrence variée des gènes d'assimilation des HMO dans le genre Bifidobacterium, de sorte que la diversité de cette espèce est maintenue entre les différents individus.

Professeur Takane Katayama

Katayama a obtenu son doctorat en 1999 à l'université de Kyoto. Katayama a ensuite isolé génétiquement deux enzymes de Bifidobacterium, la 1,2-α-l-fucosidase et l'endo-α-N-acetylgalactosamindase, qui agissent toutes deux sur les glycanes de l'hôte (ou les décomposent). Katayama a ensuite étudié la fonctionnalité des gènes et des enzymes responsables de la dégradation des HMO. Ses travaux ont largement contribué à notre compréhension de la relation entre les HMO présents dans le lait maternel et les espèces de Bifidobacterium dans l'intestin du nourrisson.