Олигосахариды грудного молока: эволюции, структуры и
advertisement
Олигосахариды грудного молока: эволюции, структуры и биологический отбор в качестве субстратов для кишечных бактерий Bruce J. German, Samara L. Freeman, Carlito B. Lebrilla и David A. Mills Грудное молоко содержит высокие концентрации различных, однако структурно специфичных растворимых олигосахаридов. Эти необычные молекулы представляют собой углеводные полимеры, образованные при помощи уникальных связей, стереоспецифичной группой гликозилтрансфераз молочной железы из относительно небольшого количества различных моносахаридов. На сегодняшний день мало что известно об этом классе молекул, обнаруженных только в молоке млекопитающих, и присутствующих в необычно высоких концентрациях в грудном молоке человека, особенно в отношении уникальных функций этих молекул в контексте здоровья детей, потребляющих грудное молоко. Применение новых методов, объединяющих использование жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии высокого разрешения, позволило выявить примерно 200 уникальных структур олигосахаридов, в которые входит от 3 до 22 сахаров. Эти методы были использованы для разработки высокопроизводительной ЖХВД массспектрометрии с применением чипов. Став коммерчески доступными, эти методы были применены для изучения структур олигосахаридов в молоке различных млекопитающих и в разных пробах женского грудного молока. Увеличение структурной сложности олигосахаридов в молоке млекопитающих различных видов соответствует основному тренду эволюции млекопитающих и приматов, хотя концентрация и разнообразие этих структур у вида homo sapiens поразительно велики. Значительная вариабельность структур олигосахаридов также характерна для грудного молока разных женщин. В молоке, полученном от случайно выбранных матерей, содержалось от 23 и до 130 различных олигосахаридов. Генетические, нутрициологические или патогенетические основы этого разнообразия еще не установлены, как не описаны и функции разных полисахаридов, еще меньше мы понимаем смысл этого явления. В настоящее время, например, неизвестно, обеспечивают ли матери, молоко которых содержит большее количество видов олигосахаридов или большее их количество, дополнительные преимущества своим детям. 29 Несмотря на то, что молоко служит единственным источником питания для детенышей млекопитающих и детей человека, большинство олигосахаридов молока не переваривается новорожденными детьми. Этот очевидный парадокс вызывает закономерные вопросы о функции этих олигосахаридов, а также о том, как их разнообразные молекулярные структуры определяют их функции. Нутрициологическая функция олигосахаридов молока, которую им часто приписывают, - функция пребиотиков, это форма неперевариваемых углеводов, которые селективно ферментируются определенными видами микрофлоры кишечника. Эта функция была изучена при помощи очистки олигосахаридов грудного молока, после чего их использовали как единственный источник углерода для различных бактерий кишечника в изолированных культурах, проводя измерения роста бактерий. Результаты подтвердили удивительную избирательность микробного роста в отношении сложной смеси олигосахаридов, полученной после объединения многих проб грудного молока. Среди ряда протестированных видов Bifidobacteria, только Bifidobacteria longum биовар infantis была способна активно расти на олигосахаридах грудного молока, используя их как единственный источник углерода. Для того чтобы понять эти необычные показатели роста данного микроорганизма, было проведено секвенирование всего генома. Анализ геномной последовательности данного штамма выявил примерно 700 генов, уникальных для B. infantis, включая ряд гликозидаз с взаимно-зависимой регуляцией, свойственных другим Bifidobacteria. Эти результаты соответствуют преставлениям о совместной эволюции олигосахаридов грудного молока и способности генома отдельных бактерии кишечника их использовать. Целью продолжающего исследования является соотнесение специфических функций, появившихся под давлением эволюционных механизмов, со сложными взаимодействиями между олигосахаридами, бактериями и организмом хозяина. Разнообразие олигосахаридов в грудном молоке человека может внести вклад в регулирование разнообразия микроорганизмов в микробиоме каждого человека на протяжении периода грудного вскармливания. Как показывает этот вновь выявленный аспект биологии человека, состав и количество олигосахаридов может иметь большое значение с точки зрения развития бактерий в кишечнике каждого индивидуума от момента отнятия от груди и до появления взрослого и постоянного микробиома. 30
