Onderzoek naar het verband tussen HMO’s en de darmgezondheid van zuigelingen

Samenvatting

• Oligosacchariden met menselijke melk (HMO’s) zijn belangrijke bioactieve bestanddelen van moedermelk die de stabiele kolonisatie van de geslachten Bifidobacterium in de darm van zuigelingen ondersteunen.^1,2
• Uit onderzoek is gebleken dat bifidobacteriën gunstig zijn voor de gezondheid van zuigelingen: ze dragen bij aan de ontwikkeling van het immuunsysteem en bieden bescherming tegen infecties.³ Inzicht in het mechanisme achter de wisselwerking tussen HMO’s en bifidobacteriën is van cruciaal belang om de mogelijke voordelen van HMO’s voor de gezondheid van zuigelingen volledig in kaart te brengen.
• In het eerste deel van een reeks interviews waarin wordt onderzocht hoe het HMO-donatieprogramma van dsm-firmenich het onderzoek op het gebied van HMO’s heeft ondersteund, gaan we in op het werk van professor Takane Katayama van de Universiteit van Kyoto, dat zich richt op de relatie tussen HMO’s en de bifidobacterium-.^4–9 dsm-firmenich heeft het onderzoek van professor Katayama ondersteund door de HMO’s voor zijn studies ter beschikking te stellen.

Welke bacteriële gemeenschappen van de soort komen veel voor in de darmen van zuigelingen en wat is het verband met moedermelk?

De darmflora hangt nauw samen met de gezondheid en ziekte van de mens. Verschillende studies tonen aan dat het zich in de vroege levensfase vestigt en langdurige effecten heeft op het energiemetabolisme en de ontwikkeling van het immuunsysteem.^10,11 Bifidobacterium is het eerste dominante, stabiele bacteriële geslacht dat zich in de menselijke darm vestigt.⁹ Studies wijzen erop dat borstvoeding leidt tot een darmmicrobiota bij zuigelingen die rijk is aan Bifidobacterium, de overheersende bacteriële populatie in de darmen van zuigelingen die borstvoeding krijgen.⁶ Bifidobacteriën blijven de overheersende bacteriën in de darmen van zuigelingen tot het moment van spenen, wat suggereert dat moedermelk een stof bevat die selectief de groei van bifidobacteriën stimuleert.

In de jaren vijftig werd voor het eerst gesuggereerd dat moedermelk niet-verteerbare bestanddelen bevatte, zogenaamde Oligosacchariden met menselijke melk (HMO’s), die bestaan uit fucose, galactose, siaalzuur, N-acetylglucosamine en glucose.¹² Pas in 2011 rapporteerden we echter dat bepaalde soorten van de Bifidobacterium in staat waren om HMO’s te benutten.⁶ Sinds deze baanbrekende ontdekking heeft lopend onderzoek zich gericht op het onderzoeken van het volledige vermogen van HMO’s bij het in stand houden van een gezonde darmmicrobiota bij zuigelingen.

 : in hoeverre beïnvloeden HMO’s het microbioom van zuigelingen?

HMO's zijn de op twee na meest voorkomende vaste bestanddelen in moedermelk, na lactose en lipiden.¹³ Ze zijn niet verteerbaar, aangezien ze bestand zijn tegen de vertering door de alvleesklier, waardoor ze intact de dikke darm bereiken, waar ze kunnen worden benut door Bifidobacterium soorten.¹³

De ontwikkeling van het darmmicrobioom bij zuigelingen wordt beïnvloed door de mate waarin HMO’s worden opgenomen door de soorten Bifidobacterium en . Er bleek inderdaad een negatieve correlatie te bestaan tussen de concentratie van HMO’s in de ontlasting en de abundantie van de Bifidobacterium-soorten en in de ontlasting van zuigelingen.¹⁴ Om te onderzoeken hoe HMO’s het darmmicrobioom positief beïnvloeden, hebben we twee fucosyllactose (FL)-transporters geïdentificeerd en gekarakteriseerd uit de Bifidobacterium longum infantis-soort .⁹ Uit ons onderzoek bleek dat de FL-transporters in grotere hoeveelheden aanwezig waren in ontlastingsmonsters van zuigelingen die borstvoeding kregen en dat er een positieve correlatie bestond met de vorming van een microbiota die rijk is aan bifidobacteriën-bij zuigelingen die borstvoeding kregen.⁹ De ontlasting van zuigelingen die flesvoeding kregen, bevatte daarentegen geen FL-transportergenen, wat suggereert dat deze genen exclusief voorkomen in het darmmicrobioom van zuigelingen die borstvoeding krijgen.

Deze onderzoeken, in combinatie met de belangrijke bevinding dat de soorten Bifidobacterium en Bifidobacterium gebruikmaken van HMO’s, hebben het onderzoek naar de toevoeging van HMO’s aan zuigelingenvoeding in een stroomversnelling gebracht. Dit heeft geleid tot de commercialisering van 2’-fucosyllactose (2’FL) – de meest voorkomende HMO in moedermelk.⁷

Wat zijn de mechanismen van het HMO-metabolisme door bifidobacteriënstammen?

Er zijn twee belangrijke mechanismen waarmee bifidobacteriële stammen HMO’s kunnen benutten.⁹ Ten eerste beschikken bepaalde Bifidobacterium soorten over enzymen die HMO’s afbreken tot monosachariden en disachariden, die vervolgens worden opgenomen voor assimilatie.⁵ Andere Bifidobacterium soorten maken daarentegen gebruik van ATP-bindende cassette (ABC)-transporters om intacte HMO’s intracellulair te verteren.⁴

Speelt de prioritaire kolonisatie van bepaalde soorten Bifidobacterium een rol bij de verdere ontwikkeling van de darmmicrobiota van zuigelingen?

Professor Takane Katayama

Katayama behaalde in 1999 zijn doctoraat aan de Universiteit van Kyoto. Vervolgens heeft Katayama twee enzymen genetisch geïsoleerd uit de Bifidobacterium-:, 1,2-α-l-fucosidase en endo-α-N--acetylgalactosamindase, die beide inwerken op (of afbreken) glycanen van de gastheer. Vervolgens onderzocht Katayama de werking van genen en enzymen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van HMO’s. Zijn werk heeft in belangrijke mate bijgedragen aan ons inzicht in de relatie tussen HMO’s in moedermelk en de Bifidobacterium-soorten en in de darmen van zuigelingen.