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enero 18, 2023
Descubre el trabajo de la profesora Takane Katayama en esta entrevista exclusiva sobre la relación entre los HMO y las bifidobacterias, con el apoyo del Programa de Donación de HMO de dsm-firmenich.
La microbiota intestinal está estrechamente relacionada con la salud y las enfermedades del ser humano. Varios estudios demuestran su establecimiento durante las primeras etapas de la vida y sus efectos duraderos sobre el metabolismo energético y el desarrollo inmunitario.10,11 El género Bifidobacterium es el primer género bacteriano dominante y estable en colonizar 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 alimentados con leche materna.6 Las bifidobacterias siguen siendo las bacterias predominantes en el intestino del lactante hasta el destete, lo que sugiere que la leche materna contiene un compuesto que estimula selectivamente el crecimiento de las bifidobacterias.
En la década de 1950 se propuso por primera vez que la leche materna contenía componentes no digeribles denominados Oligosacáridos de la leche materna (HMO), que están compuestos por fucosa, galactosa, ácido siálico, N-acetilglucosamina y glucosa.12 Sin embargo, no fue hasta 2011 cuando informamos de que ciertas especies de Bifidobacterium eran capaces de utilizar los HMO.6 Desde este descubrimiento fundamental, la investigación en curso se ha centrado en estudiar la capacidad total de los HMO para mantener una microbiota intestinal saludable en los lactantes.
Las HMO son el tercer componente sólido más abundante en la leche materna, después de la lactosa y los lípidos.13 No son digeribles, ya que son resistentes a la digestión pancreática, lo que les permite llegar intactas al colon, donde pueden ser utilizadas por especies de Bifidobacterium.13
La formación de la microbiota intestinal del lactante se ve influida por el nivel de consumo de HMO por parte de las especies de Bifidobacterium y . De hecho, se observó que la concentración fecal de HMO se correlacionaba negativamente con la abundancia fecal de la especie Bifidobacterium, de la familia , en lactantes.14 Para investigar cómo los HMO influyen positivamente en la microbiota intestinal, identificamos y caracterizamos dos transportadores de fucosilactosa (FL) de la especie Bifidobacterium longum infantis , de la familia .9 Nuestra investigación reveló que los transportadores de FL se encontraban en mayor cantidad en las muestras fecales de los lactantes alimentados con leche materna y se correlacionaban positivamente con la formación de una microbiota rica en bifidobacterias-en los lactantes alimentados con leche materna.9 Por el contrario, las heces de los lactantes alimentados con leche de fórmula no presentaban una mayor cantidad de genes de transportadores de FL, lo que sugiere que dichos genes son exclusivos del ecosistema microbiano intestinal de los lactantes alimentados con leche materna.
Estos estudios, junto con el importante hallazgo de que las especies de Bifidobacterium y Bifidobacterium utilizan los OHM, han impulsado la investigación sobre la inclusión de los OHM en las soluciones nutricionales para lactantes. Esto ha dado lugar a la comercialización de la 2’-fucosilactosa (2’FL), el HMO más abundante en la leche materna.7
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 posteriormente se importan para su asimilación.5 Por su parte, otras especies de Bifidobacterium utilizan transportadores del tipo «cassette de unión a ATP» (ABC) para digerir los HMO intactos a nivel intracelular.4
El establecimiento de nuevas especies de Bifidobacterium
en una comunidad microbiana puede depender del orden y/o del momento de su llegada, un fenómeno conocido como «efecto de prioridad». Las bifidobacterias son bacterias heterogéneas que comprenden diferentes especies y cepas con capacidades divergentes para utilizar los HMO, lo que influye, en parte, en la formación de la comunidad de bifidobacterias.Por ejemplo, la especie Bifidobacterium breve (B. breve) tiene una capacidad limitada para asimilar los oligosacáridos de la leche materna (HMO), ya que solo el 10 % de las cepas de B. breve poseen genes del transportador FL y solo son capaces de asimilar la lacto-N-tetraosa y la lacto-N-neotetraosa.8 No obstante, B. breve a veces se convierte en la especie dominante en las comunidades intestinales infantiles Bifidobacterium , ya que puede beneficiarse de los efectos de prioridad durante la formación de la comunidad mediada por los HMO. Por ejemplo, si B. breve llega a entornos ricos en HMO antes que otras especies o al mismo tiempo que ellas, puede utilizar la fucosa y otros azúcares de degradación que otras especies de Bifidobacterium liberan de los HMO, dominando así la comunidad. Los datos muestran que la abundancia de las especies B. breve en lactantes de 4 meses era estadísticamente mayor cuando B. breve se detectaba al nacer.8 Estos resultados indican que, además de la capacidad de asimilación de los oligosacáridos humanos (HMO) de cada especie, el momento de la colonización también puede influir en la trayectoria de maduración de la microbiota intestinal del lactante.
La leche de todos los primates contiene oligosacáridos, pero solo la leche materna los incluye como el tercer componente sólido más abundante.15 Curiosamente, solo se ha descrito la presencia de una microbiota rica en bifidobacterias en los lactantes humanos, y no en otros primates. La prevalencia de los genes de asimilación de HMO depende de las especies y cepas de Bifidobacterium. Por lo tanto, la riqueza de especies de HMO podría corresponder a la presencia variada de genes de asimilación de HMO en los génerosBifidobacterium, de modo que se mantenga la diversidad de estas especies entre los distintos individuos.
La formación de una microbiota intestinal saludable en los lactantes mediante la adición de HMO a la leche de fórmula sigue siendo una prioridad fundamental en los estudios de aplicación. Un objetivo importante de la investigación sobre los HMO es la prevención de enfermedades, como la enterocolitis necrotizante (NEC), una de las enfermedades más graves que afectan a los bebés prematuros.16 En EE. UU., nuevos hallazgos indican que un único HMO, la disialilacto-N-tetraosa (DSLNT), podría prevenir la patología de la NEC.13 Este descubrimiento pone de relieve el prometedor potencial del uso de HMO para reducir, en principio, el riesgo de una enfermedad potencialmente mortal en los lactantes.
Además, los HMO podrían impedir que los virus y las toxinas se unan a los glicanos de superficie de las células epiteliales, ya que los HMO comparten una estructura similar a la de estos glicanos, lo que les permite desviar las adhesiones patógenas y prevenir la infección.17–19
El Programa de Donación de HMO utiliza la biblioteca de HMO de dsm-firmenich, que consta de cerca de 20 estructuras y mezclas diferentes de HMO. El programa permite a científicos destacados en el ámbito de los HMO colaborar con dsm-firmenich gracias al acceso a los HMO y a la ciencia de vanguardia. Hasta la fecha, dsm-firmenich ha prestado su apoyo a más de 100 proyectos de investigación en todo el mundo.
Katayama se doctoró en 1999 por la Universidad de Kioto. A continuación, Katayama aisló genéticamente dos enzimas de la cepa «» de Bifidobacterium: la 1,2-α-L-fucosidasa y la endo-α-N-acetilgalactosaminidasa, las cuales actúan sobre (o descomponen) los glicanos del huésped. A continuación, Katayama investigó la función de los genes y las enzimas responsables de la degradación de los HMO. Su trabajo ha contribuido de manera significativa a nuestra comprensión de la relación entre los HMO presentes en la leche materna y las especies de Bifidobacterium y en el intestino del lactante.
Descarga nuestra infografía para obtener más información sobre cómo dsm-firmenich apoya la investigación y la innovación de las organizaciones de atención médica gestionada (HMO) en el ámbito de la Nutrición en la primera infancia.
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