Explorando a relação entre os HMOs e a saúde intestinal dos bebês

Resumo

• Os oligossacarídeos do leite humano (HMOs) são componentes bioativos importantes do leite materno humano que apoiam a colonização estável do gênero Bifidobacterium no intestino do bebê.^1,2
• Estudos demonstraram que as bifidobactérias são benéficas para a saúde dos bebês, contribuindo para a maturação do sistema imunológico e fornecendo proteção contra infecções.³ É fundamental compreender a ligação mecanicista entre os HMOs e as bifidobactérias para verificar plenamente os possíveis benefícios dos HMOs para a saúde dos bebês.
• Na primeira de uma série de entrevistas que investigam como o Programa de Doação de HMOs da dsm-firmenich apoiou a pesquisa no campo dos HMOs, exploramos o trabalho do Professor Takane Katayama, da Universidade de Kyoto, que se concentra na relação entre HMOs e Bifidobacterium.^4-9 A dsm-firmenich apoiou a pesquisa do Professor Katayama fornecendo os HMOs para seus estudos.

Quais comunidades de bactérias são proeminentes no intestino do bebê e qual é a relação com o leite materno?

A microbiota intestinal está intimamente associada à saúde e às doenças humanas. Vários estudos demonstram seu estabelecimento durante o início da vida e seus efeitos duradouros sobre o metabolismo energético e o desenvolvimento imunológico.^10,11 Bifidobacterium é o primeiro gênero bacteriano dominante e estável a colonizar o intestino humano.⁹ Estudos indicam que a amamentação induz uma microbiota intestinal infantil rica em Bifidobacterium, que é a população bacteriana predominante no intestino de bebês amamentados.⁶ As bifidobactérias permanecem como bactérias predominantes no intestino infantil até o desmame, sugerindo que o leite materno contém um composto que estimula seletivamente o crescimento de bifodobactérias.

Na década de 1950, foi proposto pela primeira vez que o leite materno incluía componentes não digeríveis chamados de oligossacarídeos do leite humano (HMOs), que consistem em fucose, galactose, ácido siálico, N-acetilglucosamina e glicose.¹² No entanto, somente em 2011 relatamos que determinadas espécies de Bifidobacterium eram capazes de utilizar HMOs.⁶ Desde essa descoberta fundamental, as pesquisas em andamento têm se concentrado em investigar a capacidade total dos HMOs na manutenção de uma microbiota intestinal saudável em bebês.

Como os HMOs influenciam o microbioma do bebê?

Os HMOs são o terceiro componente sólido mais abundante no leite humano, depois da lactose e dos lipídios.¹³ Eles não são digeríveis, pois são resistentes à digestão pancreática, o que permite que cheguem intactos ao cólon, onde podem ser utilizados por Bifidobacterium espécies.¹³

A formação do microbioma intestinal dos bebês é afetada pelo nível de consumo de HMOs pelas espécies de Bifidobacterium . De fato, a concentração fecal de HMOs foi correlacionada negativamente com a abundância fecal de Bifidobacterium em bebês.¹⁴ Para investigar como os HMOs influenciam positivamente o microbioma intestinal, identificamos e caracterizamos dois transportadores de fucosilactose (FL) da espécie Bifidobacterium longum infantis .⁹ Nossa pesquisa revelou que os transportadores de FL foram enriquecidos em amostras fecais de bebês amamentados e correlacionados positivamente com a formação de microbiota rica em bifidobactérias-em bebês amamentados.⁹ Considerando que t

Esses estudos, juntamente com a importante descoberta de que espécies de Bifidobacterium utilizam HMOs, aceleraram as pesquisas que exploram a inclusão de HMOs em soluções de nutrição infantil, o que levou à comercialização da 2'-fucosilactose (2'FL), o HMO mais abundante no leite humano.⁷

Quais são os mecanismos do metabolismo de HMO pelas cepas de bifidobactérias?

Existem duas vias principais pelas quais as cepas de bifidobactérias podem utilizar HMOs.⁹ Primeiramente, algumas espécies de Bifidobacterium possuem enzimas que degradam os HMOs em monossacarídeos e dissacarídeos, que são então importados para assimilação.⁵ Enquanto outras espécies de Bifidobacterium usam transportadores de cassete de ligação de ATP (ABC) para digerir HMOs intactos intracelularmente.⁴

A chegada prioritária de determinadas espécies de Bifidobacterium desempenha um papel no desenvolvimento posterior da microbiota intestinal do bebê?

O estabelecimento de novas espécies de Bifidobacterium em uma comunidade microbiana pode depender da ordem e/ou do momento de sua chegada, um fenômeno conhecido como efeito de prioridade. As bifidobactérias são bactérias heterogêneas com diferentes espécies e cepas que abrigam capacidades divergentes de utilizar HMOs, o que é parcialmente responsável por afetar a formação da comunidade bifidobacteriana.

Por exemplo, a espécie Bifidobacterium breve (B. breve) tem capacidades limitadas de assimilação de HMO, pois somente 10% das cepas B. breve possuem genes de transporte de FL e só conseguem assimilar lacto-N-tetraose e lacto-N-neotetrose.⁸ No entanto, a B. breve às vezes se torna a espécie dominante nas comunidades de Bifidobacterium do intestino infantil porque pode se beneficiar dos efeitos de prioridade durante a formação da comunidade mediada por HMO. Por exemplo, se a B. breve chegar a ambientes ricos em HMO antes de

Por que os seres humanos evoluíram para sintetizar quantidades maiores de oligossacarídeos não digeríveis do que outros primatas?

Todo leite de primata contém oligossacarídeos, mas apenas o leite humano os inclui como o terceiro componente sólido mais abundante.¹⁵ É interessante notar que a ocorrência de uma microbiota rica em bifidobactérias foi relatada apenas em bebês humanos, e não em outros primatas. A prevalência de genes de assimilação de HMO depende das espécies e cepas de Bifidobacterium. Portanto, a riqueza de espécies de HMO pode corresponder à ocorrência variada de genes de assimilação de HMO no gênero Bifidobacterium, de modo que a diversidade dessa espécie seja mantida entre diferentes indivíduos.

Como você vê a evolução das pesquisas e dos aplicativos de HMO no futuro?

A formação de uma microbiota intestinal saudável em bebês por meio da suplementação de fórmulas com HMOs continua sendo uma alta prioridade nos estudos de aplicação. Uma meta importante na pesquisa de HMOs é a prevenção de doenças, como a ocorrência de enterocolite necrosante (NEC), uma das doenças mais graves que afetam bebês prematuros.¹⁶ Nos EUA, novas descobertas indicam que um único HMO, disialilacto-N-tetraose (DSLNT), pode potencialmente prevenir a patologia da NEC.¹³ Essa descoberta destaca o potencial promissor da utilização de HMOs para reduzir o risco de uma doença potencialmente fatal em bebês.

Além disso, os HMOs podem impedir a ligação de vírus e toxinas a glicanos de superfície em células epiteliais, pois os HMOs compartilham uma estrutura semelhante a esses glicanos, permitindo que eles desviem as adesões patogênicas e impeçam a infecção.^17-19

Sobre o programa de doação de HMO da dsm-firmenich

O Programa de Doação de HMO utiliza a biblioteca de HMO da dsm-firmenich, que consiste em quase 20 estruturas e misturas diferentes de HMO. O programa permite que os principais cientistas do campo de HMO colaborem com a dsm-firmenich por meio da acessibilidade de HMO e da ciência de ponta. Até o momento, a dsm-firmenich apoiou mais de 100 projetos de pesquisa em todo o mundo.

Professor Takane Katayama

Katayama recebeu seu PhD em 1999 pela Universidade de Kyoto. Em seguida, Katayama isolou geneticamente duas enzimas de Bifidobacterium, 1,2-α-l-fucosidase e endo-α-N-acetylgalactosamindase, ambas atuando sobre (ou decompondo) os glicanos do hospedeiro. Em seguida, Katayama investigou a funcionalidade de genes e enzimas responsáveis pela degradação de HMOs. Seu trabalho contribuiu significativamente para nossa compreensão da relação entre HMOs no leite materno e Bifidobacterium espécies no intestino infantil.