«Принимая во внимание благотворное влияние бифидобактерий на здоровье, наши результаты показывают возможный эволюционный путь симбиоза между кишечными микробами и людьми на основе грудного молока», — говорит соавтор исследования Такане Катаяма из Университета Киото.Считается, что кишечные микробы в молодом возрасте оказывают долгосрочное воздействие на здоровье человека, и исследования показали, что диета сильно влияет на состав этой популяции. Например, известно, что сахар в грудном молоке избирательно способствует росту полезных кишечных микробов, таких как бифидобактерии, которые предотвращают диарею и патогенные инфекции у младенцев. Одним из основных компонентов грудного молока является сахар, называемый лакто-N-тетраозой, который практически отсутствует в молоке других млекопитающих.
Бифидобактерии вырабатывают ферменты, расщепляющие этот сахар, что позволяет предположить, что недавно между этими микроорганизмами и людьми возникли симбиотические отношения.Изучая, как развивались эти симбиотические отношения, Катаяма и старший автор исследования Шинья Фушинобу из Токийского университета ранее охарактеризовали LnbB и изолированный LnbX — ферменты, которые разлагают лакто-N-тетраозу в Bifidobacterium bifidum и Bifidobacterium longum соответственно. В новом исследовании исследователи намеревались опираться на эти результаты, определяя рентгеновскую кристаллическую структуру каталитического домена LnbX. Кристаллическая структура в сочетании с мутациями и фармакологическими экспериментами показала, что LnbX имеет структуру и каталитический механизм, отличные от LnbB, и, следовательно, принадлежит к новому семейству ферментов гликозидгидролазы под названием GH136.
«Несмотря на то, что B. longum и B. bifidum принадлежат к одному роду и обитают в одной и той же среде, они используют разные ферменты для расщепления лакто-N-тетраозы, используя преимущества различных структур этого уникального сахара грудного молока», — говорит Фушинобу. . «Результаты показывают, что разные штаммы и виды полезных бифидобактерий независимо друг от друга развили разные молекулярные инструменты для переваривания одного и того же сахара в грудном молоке, что объясняет их способность сосуществовать и процветать в желудочно-кишечном тракте младенцев, вскармливаемых грудным молоком».Дополнительные эксперименты показали, что ген lnbX имеет решающее значение для способности B. longum специфически расти на лакто-N-тетраозе. Более того, анализ фекальной ДНК показал, что B. longum и ген lnbX были более многочисленны в желудочно-кишечном тракте десяти младенцев, которые потребляли исключительно грудное молоко, по сравнению с шестью младенцами, которых кормили смесью и грудным молоком. «Взятые вместе, эти результаты предполагают, что lnbX важен для B. longum для сохранения в кишечной экосистеме младенцев, вскармливаемых грудным молоком, а сахара в грудном молоке были основным селективным давлением для эволюции lnbX», — говорит Катаяма.
В будущих исследованиях исследователи будут изучать, производят ли другие виды бифидобактерий различные ферменты для переваривания сахаров грудного молока. Они также будут искать метаболиты бифидобактерий, которые способствуют здоровью младенцев.
В конце концов, это исследование может улучшить молочную смесь за счет обогащения либо полезными бактериальными соединениями, либо микробными ферментами, которые были изменены для проведения обратной реакции и синтеза сахаров грудного молока при низких затратах и в больших масштабах.«Хотя грудное вскармливание в течение первого года жизни рекомендуется в большинстве случаев, некоторым матерям приходится полагаться на молочные смеси, потому что у них есть вирусные инфекции или они не вырабатывают молоко с ключевыми питательными веществами, такими как цинк», — говорит Катаяма. «Поэтому разработка новых стратегий обогащения молочных смесей полезными для здоровья ингредиентами будет особенно важна в тех редких случаях, когда кормление грудным молоком невозможно».