Fragen Sie den Experten: Entdecken Sie eine neue Übersicht über humane Milch-Oligosaccharide (HMO), die aufzeigt, wie HMO-Kombinationen die Gesundheit von Säuglingen unterstützen können.

• Es ist nun möglich, eine ausgewählte Anzahl von humanen Milch-Oligosacchariden (HMOs) herzustellen und zu kombinieren – ein wichtiger Bestandteil der Muttermilch, dem Goldstandard für die Ernährung von Säuglingen – um Ernährungslösungen für die frühe Kindheit zu stärken.
• Zunehmende präklinische und klinische Belege zeigen, dass HMO-Mischungen gesundheitliche Vorteile für Säuglinge bieten können.
• In diesem Blog erklärt die Hauptautorin eines neuen -Übersichtsartikels über die biologischen Auswirkungen strukturell unterschiedlicher HMO-Kombinationen,¹ Dr. Anita Wichmann, leitende Expertin für regulatorische Angelegenheiten im Bereich der frühkindlichen Ernährung und medizinischen Ernährung bei dsm-firmenich, wie die Strukturen verschiedener HMOs ihre gesundheitlichen Vorteile beeinflussen und wie wir eine bessere Säuglingsernährung durch Kombinationen von HMOs unterstützen können.

HMOs sind eine vielfältige Gruppe von Kohlenhydraten, die einen großen Beitrag zur Gesundheit und Entwicklung von Säuglingen leisten , insbesondere bei der Bildung der Säuglingsmikrobiota.² Neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass HMOs auch eine wichtige Rolle beim Schutz vor Krankheitserregern, bei der Unterstützung des Immunsystems und bei der möglichen Beeinflussung der Gehirn- und kognitiven Entwicklung spielen.^3,4,5

Bis vor kurzem standen diese grundlegenden Verbindungen nur gestillten Säuglingen zur Verfügung. Die technologischen Entwicklungen der letzten zehn Jahre haben es jedoch ermöglicht, bestimmte HMOs in großem Maßstab zur Anreicherung von Säuglingsnahrung herzustellen – und klinische Studien zeigen, dass diese Lösungen die Gesundheit von Säuglingen positiv beeinflussen.⁶

Da die Anzahl der HMOs, die in großem Maßstab hergestellt werden können, zunimmt, ist es dringend erforderlich, die einzigartigen und unterschiedlichen Wirkungen einzelner HMOs und HMO-Mischungen besser zu verstehen. Dr. Anita Wichmann hat kürzlich einen Übersichtsartikel in Frontiers in Pediatrics veröffentlicht, in dem sie die aktuellen Erkenntnisse und potenziellen gesundheitlichen Vorteile der Kombination mehrerer HMOs mit unterschiedlichen Strukturen untersucht.¹ Wir haben uns mit Dr. Wichmann zusammengesetzt, um ihre Ergebnisse zu besprechen und zu erfahren, was die Zukunft für Innovationen im Bereich der HMO-Ernährung im frühen Kindesalter bereithält.

1. Was ist über die verschiedenen HMO-Strukturen bekannt und wie wirkt sich dies auf ihre Funktion aus?

"In der Muttermilch wurden über 200 verschiedene HMOs nachgewiesen. Diese Kohlenhydrate bestehen jeweils aus einem Laktosekern (der die beiden Zuckereinheiten Glukose und Galaktose enthält) und zusätzlichen Zuckermolekülen – wie Fucose, N-Acetylglucosamin oder Sialinsäure –, die in unterschiedlichen Strukturen angeordnet sind. HMOs variieren stark in ihrer Größe, wobei die kleinsten aus nur drei Zuckereinheiten bestehen (Lactose plus Fucose, z. B. 2'-Fucosyllactose, oder Lactose plus Sialinsäure, z. B. 3'-Sialyllactose) und die größten bis zu 14 enthalten (Abbildung 1). Wichtig ist, dass diese Strukturen die Funktionsweise und die Leistungen jeder HMO beeinflussen.

"HMOs werden im Allgemeinen basierend auf ihrer Zuckerkomposition einer von drei Hauptstrukturklassen zugeordnet:

• Fucosyliert – enthält Fucose
• Neutraler Kern – enthält N-Acetylglucosamin
• Sialyliert – enthält Sialinsäure

Abbildung 1. (A) Alle HMOs haben ein Laktoserückgrat, das mit Fucose, Sialinsäure oder Einheiten von N-Acetylglucosamin und Galactose erweitert werden kann. (B) 2'-Fucosyllactose (2'-FL) ist ein Beispiel für ein fucosyliertes HMO. (C) Komplexe HMOs können verzweigt und mit Fucose, Sialinsäure und/oder N-Acetylglucosamin modifiziert sein.

"In der menschlichen Muttermilch variieren die Arten und Mengen der verschiedenen HMO-Strukturen je nach Individuum und während der Stillzeit, wenn sich die Bedürfnisse der Säuglinge entwickeln. Fucosylierte HMOs machen jedoch tendenziell den größten Anteil (60–70 %) des HMO-Pools aus.^7,8

"HMOs werden im Darm des Säuglings durch Bakterien abgebaut, wodurch das Darmmikrobiom "ernährt" und die verschiedenen Zuckereinheiten freigesetzt werden. Einige Bakterienarten im Darm können eine Vielzahl strukturell unterschiedlicher HMOs nutzen, während andere eine begrenztere Kapazität haben. Dann können die freigesetzten Zuckereinheiten je nach ihrer spezifischen Struktur als Wachstumssubstrate für andere Darmbakterien (d. h. Kreuzfütterung) dienen, Darmprozesse wie Entzündungen modulieren oder absorbiert werden und andere Bereiche des Körpers, einschließlich des Gehirns, beeinflussen."

2. Wie könnte die Erhöhung der Anzahl von HMOs in Säuglingsnahrung die Gesundheit besser unterstützen?

"Angesichts der Auswirkungen der HMO-Struktur auf ihre Funktionsweise wird angenommen, dass eine Erhöhung der Anzahl und strukturellen Vielfalt von HMOs ein breiteres Spektrum an gesundheitlichen Vorteilen bieten würde – und es gibt immer mehr wissenschaftliche Belege, die diese Theorie stützen.

"Zum Beispiel berichtete eine kürzlich durchgeführte In-vitro-Studie, dass eine Mischung aus sechs HMOs – zwei aus jeder Strukturklasse – im Vergleich zu nur einem oder zwei HMOs eine größere Häufigkeit und Vielfalt von Bifidobacteriacaea (der dominierenden Gruppe von Bakterien in der Darmmikrobiota gestillter Säuglinge) förderte.⁹ Diese Ergebnisse wurden durch klinische Studien an Säuglingen weiter untermauert, bei denen festgestellt wurde, dass Mischungen aus fünf HMOs die Zusammensetzung der Darmmikrobiota näher an die von gestillten Säuglingen heranführten.^10,11

"In Bezug auf die Immungesundheit von Neugeborenen hängt die Funktion der HMO stark von der Struktur ab, selbst innerhalb der Hauptklassen. Interessanterweise unterscheiden sich 3'-Sialyllactose (3'-SL) und 6'-Sialyllactose (6'-SL), die aus denselben drei Zuckereinheiten bestehen, aber unterschiedliche 3D-Strukturkonformationen aufweisen, in ihrer Fähigkeit, die Infektiosität bestimmter Atemwegsviren in vitro zu verringern.¹² Darüber hinaus deuten Daten aus der präklinischen Forschung darauf hin, dass 2'-Fucosyllactose (2'-FL) – ein fucosyliertes HMO – sowie 3'-SL und 6'-SL, sialylierte HMOs, eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Gehirns und der Kognition spielen könnten, jedoch durch unterschiedliche Mechanismen.¹³

"Zusammengenommen deuten diese Erkenntnisse darauf hin, dass die Anreicherung von Säuglingsnahrung mit einer größeren Anzahl von HMOs eine breitere Palette von gesundheitlichen Vorteilen bieten würde, auch wenn weitere klinische Interventionsstudien erforderlich sind, um dies besser zu untermauern."

3. Was sind die größten Herausforderungen bei der Untersuchung der Auswirkungen einzelner HMOs und HMO-Mischungen?

"Die Durchführung hochwertiger klinischer Studien bei Kleinkindern erfordert ein solides Studiendesign, angemessene Stichprobengrößen, eine komplexe Logistik und erhebliche finanzielle Ressourcen. Aufgrund dieser Komplexität und der hohen Kosten ist es nicht möglich, klinische Studien durchzuführen, in denen die physiologischen Auswirkungen jeder HMO und jeder Kombination verglichen werden. Daher sind präklinische Studien von entscheidender Bedeutung, um die individuellen und synergistischen Wirkungen von HMO zu verstehen und die Mischungen mit dem größten Potenzial zur Förderung der Gesundheit und Entwicklung von Säuglingen auszuwählen. Dies schafft die Voraussetzungen für klinische Studien und gibt uns die besten Erfolgschancen."

4. Welche HMOs können derzeit in großem Maßstab hergestellt werden und welche Hindernisse stehen einer größeren Produktion im Weg?

"Derzeit stehen sieben HMOs für die Großproduktion zur Verfügung:

• 2'-FL
• 3-Fucosyllactose (3-FL)
• 2'-FL/Difucosyllactose (DFL)
• Lacto-N-Tetraose (LNT)
• Lacto-N-Neotetraose (LNnT)
• 3'-SL
• 6'-SL

"Diese stellen einige der häufigsten HMOs aus jeder der drei Hauptstrukturklassen dar und gehören auch zu den kleinsten HMO-Strukturen, die alle aus nur drei bis vier Zuckereinheiten bestehen.

"Diese kleineren HMOs werden von gentechnisch veränderten Bakterien in einer begrenzten Anzahl enzymatischer Schritte produziert. Die Produktion größerer HMOs – bestehend aus fünf oder mehr Zuckereinheiten – stellt jedoch eine technische Herausforderung dar, da mehr enzymatische Schritte erforderlich sind und die größeren Strukturen für die Bakterien schwieriger auszuscheiden sind. Um die kommerzielle Produktion dieser größeren, komplexeren HMOs zu unterstützen, müssen daher alternative Technologien entwickelt und optimiert werden. Bei DSM-FIRNICH entwickeln wir diesen Bereich, um auf vielversprechenden Forschungsergebnissen aufzubauen, die auf potenziell einzigartige und wichtige gesundheitliche Vorteile für einige größere HMO-Strukturen hinweisen."

5. Um die Vorteile von HMO-Kombinationen besser zu verstehen, auf welche Forschungsbereiche sollte in Zukunft ein besonderer Fokus gelegt werden?

"Das aktuelle Wissen über die Mechanismen und gesundheitlichen Vorteile von HMOs basiert hauptsächlich auf kleineren HMO-Strukturen, da diese leichter verfügbar sind. Der Bereich der HMO würde jedoch stark von präklinischen Screenings einer größeren Vielfalt von Strukturen – und Kombinationen von Strukturen – profitieren, um ihre unterschiedlichen und einzigartigen Rollen besser zu erfassen. Darüber hinaus sind klinische Studien erforderlich, um die (durch präklinische Daten belegten) Vorteile der Kombination mehrerer HMOs für die Immunität und die Gehirnentwicklung zu validieren. Weitere Untersuchungen könnten auch das Potenzial von HMO-Mischungen für andere Gesundheitsbereiche, wie z. B. die Stoffwechselfunktion, aufzeigen.  

"Durch kontinuierliche Investitionen in die HMO-Produktion und -Forschung können wir Kombinationen finden, die den größtmöglichen Nutzen bieten und die Ernährung von Säuglingen weltweit verändern."