Oligosackarid från bröstmjölk

Oligosackarider från bröstmjölk ( HMO ), även kända som bröstmjölksglykaner , är korta polymerer av enkla sockerarter som kan hittas i höga koncentrationer i bröstmjölk . Oligosackarider från bröstmjölk främjar utvecklingen av immunsystemet, kan minska patogena infektioner och förbättra hjärnans utveckling och kognition. HMO-profilen för human bröstmjölk formar spädbarnets tarmmikrobiota genom att selektivt stimulera bifidobakterier och andra bakterier.

Funktioner

Kemisk struktur av 2'-fukosyllaktos bestående av laktos och fukos subenheter

Till skillnad från de andra komponenterna i bröstmjölk som absorberas av spädbarnet genom amning, är HMO svårsmälta för ammande barnet. De har dock en prebiotisk effekt och fungerar som föda för tarmbakterier, särskilt bifidobakterier . Dominansen av dessa tarmbakterier i tarmen minskar koloniseringen med patogena bakterier (probios) och främjar därigenom en frisk tarmmikrobiota och minskar risken för farliga tarminfektioner. Nyligen genomförda studier tyder på att HMO avsevärt minskar risken för virus- och bakterieinfektioner och därmed minskar risken för diarré och luftvägssjukdomar.

Denna skyddande funktion hos HMO aktiveras vid kontakt med specifika patogener , såsom vissa bakterier eller virus . Dessa har förmågan att binda sig till glykanreceptorerna ( receptorer för långa kedjor av sammankopplade sockermolekyler på ytan av mänskliga celler) som finns på ytan av tarmcellerna och kan därigenom infektera cellerna i tarmslemhinnan . Forskare har upptäckt att HMOs härmar dessa glykanreceptorer så att patogenerna binder sig till HMOs snarare än tarmcellerna. Detta minskar risken för en infektion med en patogen. Det har också visat sig att HMO kan binda till flera tarmvirus, såsom norovirus och Norwalk-virus , dessutom kan de minska virusbelastningen från influensa och RSV .

Utöver detta verkar HMO påverka reaktionen hos specifika celler i immunsystemet på ett sätt som minskar inflammatoriska svar. Man misstänker också att HMO minskar risken för att för tidigt födda barn ska smittas av den potentiellt livshotande sjukdomen nekrotiserande enterokolit ( NEC).

Vissa av metaboliterna påverkar direkt nervsystemet eller hjärnan och kan ibland påverka barns utveckling och beteende på lång sikt. Det finns studier som tyder på att vissa HMO förser barnet med sialinsyrarester . Sialinsyra är ett viktigt näringsämne för utvecklingen av barnets hjärna och mentala förmågor.

I experiment utformade för att testa lämpligheten av HMO som en prebiotisk kolkälla för tarmbakterier upptäcktes att de är mycket selektiva för en kommensal bakterie känd som Bifidobacteria longum biovar infantis . Närvaron av gener som är unika för B. infantis , inklusive samreglerade glykosidaser, och dess effektivitet vid användning av HMOs som kolkälla kan innebära en samutveckling av HMOs och utvalda bakteriers genetiska förmåga att använda dem.

Förekomst

Mjölkoligosackarider verkar förekomma mer rikligt hos människor än hos andra djur och vara mer komplexa och varierande. Oligosackarider i primatmjölk är i allmänhet mer komplexa och olika än i icke-primater.

Oligosackarider från bröstmjölk (HMO) utgör den tredje vanligaste fasta komponenten ( upplöst eller emulgerad eller suspenderad i vatten) i bröstmjölk, efter laktos och fett . HMO förekommer i en koncentration av 11,3 – 17,7 g/L (1,5 oz/gal – 2,36 oz/gal) i bröstmjölk, beroende på laktationsstadier. Ungefär 200 strukturellt olika oligosackarider från bröstmjölk är kända, och de kan kategoriseras i fukosylerade, sialylerade och neutrala kärn-HMOs. Sammansättningen av oligosackarider från bröstmjölk i bröstmjölk är individuell för varje mor och varierar under amningsperioden . Den dominerande oligosackariden hos 80 % av alla kvinnor är 2'-fukosyllaktos , som finns i human bröstmjölk i en koncentration av cirka 2,5 g/L; andra rikliga oligosackadier inkluderar lakto- N -tetraos , lakto- N -neotetraos och lakto- N -fucopentaos. Det har visat sig genom ett flertal studier att koncentrationen av varje individuell oligosackarid från bröstmjölk förändras under de olika amningsperioderna ( råmjölk , övergångs-, mogen och sen mjölk) och beror på olika faktorer såsom moderns genetiska sekretorstatus och dräktighetslängden.

Genomsnittliga koncentrationer av de vanligaste HMOs efter laktationsstadium i [g/L] (poolade HMO-medelvärden från 31 länder)
Förkortning namn Råmjölk (0–5 dagar) Övergångsperiod (6–14 dagar) Mogen (15–90 dagar) Sen (>90 dagar)
2'FL 2'-Fukosyllaktos 3.18 2.07 2.28 1,65
LNDFH-I Lakto-N-difukohexaos I 1.03 1.06 1.10 0,87
LNFP-I Lakto-N-fucopentaos I 0,83 1.11 0,83 0,41
LNFP-II Lakto-N-fukopentaos II 0,78 0,33 0,78 0,27
LNT Lakto-N-tetraos 0,73 1.07 0,74 0,64
3-FL 3-Fukosyllaktos 0,72 0,59 0,72 0,92
6'-SL 6'-Sialyllaktos 0,40 0,71 0,40 0,30
DSLNT Disialyllakto-N-tetraos 0,38 0,67 0,38 0,22
LNnT Lakto-N-neotetraos 0,37 0,47 0,37 0,19
DFL Difukosyllaktos 0,29 0,56 0,29 0,27
FDS-LNH Fukosyldisialyllakto-N-hexaos I 0,28 N/A 0,29 0,12
LNFP-III Lakto-N-fukopentaos III 0,26 0,37 0,26 0,23
3'SL 3'-Sialyllaktos 0,19 0,13 0,19 0,13

Ansökningar

  • Modersmjölksersättning: Historiskt sett var inte HMO en del av modersmjölksersättning , och flaskmatade bebisar kunde inte dra nytta av deras positiva hälsoeffekter. På senare tid har dock fler och fler HMOs, inklusive 2'-fukosyllaktos och lakto-N-neotetraos, lagts till som tillskott till modern modersmjölksersättning .
  • Irritabel tarmsyndrom: Oligosackarider från bröstmjölk används också för att behandla symtom på irritabel tarm (IBS), som är en gastrointestinal sjukdom som drabbar 10–15 % av den utvecklade världen. En 12-veckors behandling med en oralt intagen HMO-blandning visade signifikant förbättring av livskvaliteten för IBS-patienter.

Syntes

Biosyntes hos människor

Alla HMOs härrör från laktos, som kan dekoreras med fyra monosackarider ( N-acetyl-D-glukosamin , D-galaktos , sialinsyra och/eller L-fukos ) för att bilda en oligosackarid. HMO-variabiliteten hos mänskliga mödrar beror på två specifika enzymer, α1-2-fukosyltransferas ( FUT2 ) och α1-3/4-fukosyltransferas ( FUT3 ). Mjölken från mödrar med inaktiverat FUT2-enzym innehåller inte α1-2-fukosylerade HMOs, och likaså med inaktiverat FUT3-enzym kan det nästan inte finnas några α1-4-fukasylerade HMOs. Vanligtvis har 20 % av den globala populationen av mammor inte aktivt FUT2-enzym, men har fortfarande ett aktivt FUT3-enzym, medan 1 % av mammorna varken uttrycker FUT2- eller FUT3-enzymer.

Mjölkgrupper enligt Lewis och Secretor-status
Mjölkgrupp Genetisk klassificering Lewis-status (FUT3-enzymnärvaro) Sekretorstatus (FUT2-enzymnärvaro) Huvudsakliga HMO utsöndras Beräknad global frekvens
1 Lewis positiv, sekreterare Ja Ja 2'FL, 3-FL, DFL, LNT, LNnT, LNFP-I, LNFP-II, LNDFH-I, LNDFH-II 70 %
2 Lewis positiv, icke-sekreterare Ja Nej 3-FL, LNT, LNnT, LNFP-II, LNFP-III, LNDFH-II 20 %
3 Lewis negativ, sekreterare Nej Ja 2'FL, 3-FL, DFL, LNT, LNnT, LNFP-I, LNFP-III 9 %
4 Lewis negativ, icke-sekreterare Nej Nej 3-FL, LNT, LNnT, LNFP-III, LNFP-V 1 %

Enzymatisk syntes

Enzymatisk syntes av HMO genom transgalaktosylering är ett effektivt sätt för storskalig produktion. Olika donatorer, inklusive p -nitrofenyl-p-galaktopyranosid, uridindifosfatgalaktos och laktos, kan användas vid transgalaktosylering. I synnerhet kan laktos fungera som antingen en donator eller en acceptor i en mängd olika enzymatiska reaktioner och är tillgänglig i stora mängder från vasslan som produceras som en sambearbetningsprodukt från ostproduktion. Det finns dock en brist på publicerade data som beskriver den storskaliga produktionen av sådana galakto-oligosackarider.

Industriell syntes

Oligosackarider från bröstmjölk kan syntetiseras i stora kvantiteter med användning av industriella precisionsfermenteringsmetoder, t.ex. av de vanligen använda, icke-patogena bakterierna Escherichia coli . I denna process tillsätts laktos som prekursormolekyl, som sedan dekoreras med andra sockermonomerer för att bilda en oligosackarid; efter fermenteringsprocessen separeras HMO från bakterierna, renas, kristalliseras , torkas, förpackas och blandas slutligen med andra komponenter i modersmjölksersättning.

  1. ^ a b c d e f g    Bode, L. (2012). "Oligosackarider från mänsklig mjölk: varje bebis behöver en sockermamma" . Glykobiologi . 22 (9): 1147–1162. doi : 10.1093/glycob/cws074 . PMC 3406618 . PMID 22513036 .
  2. ^    Bezirtzoglou, Eugenia; Tsiotsias, Arsenis; Welling, Gjalt W. (december 2011). "Mikrobiotaprofil i avföring från nyfödda som ammas och modermjölksersättning genom att använda fluorescens in situ hybridisering (FISH)" . Anaerob . 17 (6): 478–482. doi : 10.1016/j.anaerobe.2011.03.009 . ISSN 1075-9964 . PMID 21497661 .
  3. ^    Doare, K. Le; Holder, B.; Bassett, A.; Pannaraj, PS (2018). "Modersmjölk: ett målmedvetet bidrag till utvecklingen av spädbarnsmikrobiota och immunitet" . Frontiers in Immunology . 9 : 361. doi : 10.3389/fimmu.2018.00361 . PMC 5863526 . PMID 29599768 .
  4. ^ a b Katja Parschat, Bettina Gutiérrez (november 2016), "Fermentativ erzeugte humane Milch-Oligosaccharide wirken präbiotisch.", Dei – die Ernährungsindustrie (på tyska), sid. 38
  5. ^   Triantis, Vassilis; Bode, Lars; van Neerven, RJ Joost (2018). "Immunologiska effekter av humanmjölk-oligosackarider" . Frontiers in Pediatrics . 6 . doi : 10.3389/fped.2018.00190 . ISSN 2296-2360 .
  6. ^ a b   Newburg, DS; He, Y. (2015). "Neonatal tarmmikrobiota och humanmjölkglykaner samarbetar för att dämpa infektion och inflammation". Klinisk obstetrik och gynekologi . 58 (4): 814–826. doi : 10.1097/GRF.00000000000000156 . PMID 26457857 .
  7. ^     Tyska, JB; Lebrilla, CB; Mills, DA (18 april 2012). Oligosackarider från bröstmjölk: evolution, strukturer och bioselektivitet som substrat för tarmbakterier . Nestle Nutr Workshop Ser Pediatr Program . Nestlé Nutrition Workshop Series: Pediatric Program. Vol. 62. s. 205–22. doi : 10.1159/000146322 . ISBN 978-3-8055-8553-8 . PMC 2861563 . PMID 18626202 .
  8. ^    Nannan Tao; et al. (1 april 2012). "Evolutionär glykomik: Karakterisering av mjölkoligosackarider i primater" . J Proteome Res . 10 (4): 1548–1557. doi : 10.1021/pr1009367 . PMC 3070053 . PMID 21214271 .
  9. ^    Chen, X. (2015). "Human Milk Oligosaccharides (HMOS): Struktur, funktion och enzymkatalyserad syntes" . Framsteg inom kolhydratkemi och biokemi . 72 : 113–190. doi : 10.1016/bs.accb.2015.08.002 . PMC 9235823 . PMID 26613816 .
  10. ^ a b c d     Soyyılmaz, Buket; Mikš, Marta Hanna; Röhrig, Christoph Hermann; Matwiejuk, Martin; Meszaros-Matwiejuk, Agnes; Vigsnæs, Louise Kristine (2021-08-09). "Mean of Milk: En översyn av humanmjölksoligosackaridkoncentrationer under hela laktationen" . Näringsämnen . 13 (8): 2737. doi : 10.3390/nu13082737 . ISSN 2072-6643 . PMC 8398195 . PMID 34444897 .
  11. ^    Miesfeld, Roger L. (juli 2017). Biokemi . McEvoy, Megan M. (Första upplagan). New York, NY. ISBN 978-0-393-61402-2 . OCLC 952277065 .
  12. ^ Ralph Ammann (maj 2017), "Acheving the impossible", European Dairy Magazine (på tyska), s. 30 f
  13. ^     Wiciński, Michał; Sawicka, Ewelina; Gębalski, Jakub; Kubiak, Karol; Malinowski, Bartosz (2020-01-20). "Human Milk Oligosaccharides: Hälsofördelar, potentiella tillämpningar i modersmjölksersättningar och farmakologi" . Näringsämnen . 12 (1): 266. doi : 10.3390/nu12010266 . ISSN 2072-6643 . PMC 7019891 . PMID 31968617 .
  14. ^     Palsson, Olafur S.; Peery, Anne; Seitzberg, Dorthe; Amundsen, Ingvild Dybdrodt; McConnell, Bruce; Simrén, Magnus (2020-12-07). "Human Milk Oligosackarides stöder normal tarmfunktion och förbättrar symtom på irriterad tarm: en multicenter, öppen prövning" . Klinisk och translationell gastroenterologi . 11 (12): e00276. doi : 10.14309/ctg.00000000000000276 . ISSN 2155-384X . PMC 7721220 . PMID 33512807 .
  15. ^     M. Tonon, Karina; B. de Morais, Mauro; FV Abrão, Ana Cristina; Miranda, Antonio; B. Morais, Tania (2019-06-17). "Moder- och spädbarnsfaktorer associerade med Oligosackarider i humanmjölk enligt Secretor och Lewis fenotyper" . Näringsämnen . 11 (6): 1358. doi : 10.3390/nu11061358 . ISSN 2072-6643 . PMC 6628139 . PMID 31212920 .
  16. ^ a b    Stahl, B.; Thurl, S.; Henker, J.; Siegel, M.; Finke, B.; Sawatzki, G. (2001), "Detektion av fyra humanmjölkgrupper med avseende på Lewis-blodgruppsberoende oligosackarider genom serologisk och kromatografisk analys", Advances in Experimental Medicine and Biology, Boston, MA: Springer US, 501 : 299–306 , doi : 10.1007/978-1-4615-1371-1_37 , ISBN 978-1-4613-5521-2 , PMID 11787693 , hämtad 2021-12-10
  17. ^   Karimi Alavijeh, M.; Meyer, AS; Gras, SL; Kentish, SE (februari 2020). "Simulering och ekonomisk bedömning av storskalig enzymatisk N-acetyllaktosamintillverkning" ( PDF) . Biochemical Engineering Journal . 154 : 107459. doi : 10.1016/j.bej.2019.107459 . S2CID 214143153 .
  18. ^ a b     Bych, Katrine; Mikš, Marta Hanna; Johanson, Ted; Hederos, Markus Jondelius; Vigsnæs, Louise Kristine; Becker, Peter (2019-04-01). "Produktion av HMOs med hjälp av mikrobiella värdar - från cellteknik till storskalig produktion" . Aktuell åsikt inom bioteknik . Livsmedelsbioteknik • Växtbioteknik. 56 : 130–137. doi : 10.1016/j.copbio.2018.11.003 . ISSN 0958-1669 . PMID 30502637 . S2CID 56149182 .
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Human_milk_oligosaccharide&oldid=1140923728 "