Razem o wiele korzystniej: Pre- i probiotyki wspierające mikrobiom jelitowy niemowląt i dojrzewanie układu odpornościowego

Wczesne etapy życia to kluczowy okres w rozwoju niemowlęcia: to właśnie w tym okresie kształtuje się mikrobiom i układ odpornościowy. Ścieżka dojrzewania i współpraca obu jest kluczowa, ponieważ kładzie fundament pod zdrowie w późniejszym życiu. Badania wykazały, że mleko ludzkie, z jego wyjątkową różnorodnością i obfitością oligosacharydów mleka ludzkiego (HMO), jest idealnym pożywieniem wspierającym rozwój mikrobiomu i układu odpornościowego,¹ i dlatego jest zalecane jako jedyny pokarm dla niemowląt do 6 miesiąca życia. Ponieważ HMO nie są trawione przez enzymy trawienne niemowlęcia, pozostają dostępne jako “pierwsze włókna” (prebiotyki) dla pierwszych mikrobów kolonizujących jelita. Podczas pierwszych miesięcy wyłącznego karmienia piersią, pozostałość początkowych grup drobnoustrojów szybko się rozwija i powoduje dominację różnych gatunków Bifidobacterium, dopóki wprowadzenie pokarmów uzupełniających z jednoczesnym spożyciem mleka ludzkiego nie doprowadzi do dalszego postępującego zróżnicowania mikrobiologicznego i dojrzewania mikrobiomu. 

Dominacja gatunków Bifidobacterium na wczesnym etapie życia wpływa długoterminowo na prawidłowy stan zdrowia. Czynniki zakłócające tę dominację, takie jak antybiotyki czy poród poprzez cesarskie cięcie, mogą wpłynąć na późniejsze ryzyko wystąpienia alergii. Jednak nie wsz ystkie gatunki i szczepy Bifidobacterium są takie same. Zróżnicowanie ich struk tur y genetycznej wpływa na zróżnicowaną aktywność metaboliczną.² Głównym czynnikiem jest obecność w tych bifidobakteriach specyficznych genów pozwalających na wykorzystywanie HMO.³ 

Nie wszystkie Bifidobacterie tworzące mikrobiom w okresie niemowlęcym są zdolne do metabolizowania HMO, a co za tym idzie, do kierowania różnymi strukturami społeczności drobnoustrojów. W trakcie karmienia piersią zmienia się skład HMO w mleku kobiecym, co skutkuje rozkwitem różnych szczepów bifidobakterii w pierwszych miesiącach życia. Warto zauważyć, że u niemowląt w krajach uprzemysłowionych w porównaniu do zamieszkujących obszarów nieuprzemysłowione – występuje obniżona dominacja klastrów zdolnych do wykorzystania HMO - takich jak B. longum (B.infantis), o których wiadomo, że są szczególnie dobrze przygotowane do metabolizowania HMO.^3,4 

Ryc. 1. Razem łatwiej - jak B. infantis wykorzystuje HMO oraz wspiera mikrobiom i układ immunologiczny. B. infantis jest gatunkiem bakterii zdolnym do wchłaniania i metabolizowania określonych oligosacharydów mleka ludzkiego spośród zróżnicowanego zestawu obecnych w ludzkim mleku. Po wchłonięciu, B. infantis produkują specyficzne enzymy, które metabolizują wchłonięte HMO. W wyniku tego procesu powstają różnorodne metabolity o właściwościach prozdrowotnych dla niemowlęcia. Dane z podstawowego modelu badawczego wykazują, że synergia między B. infantis (probiotykiem) a mieszanką HMO (prebiotykiem) wywiera synergistyczny efekt na produkcję całkowitych krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) w porównaniu do ich indywidualnego działania (De Bruyn i in., wyniki niepublikowane).

Po wykorzystaniu HMO, B. infantis i inne bakterie jelitowe mogą wytwarzać metabolity takie jak octan i kwas indolomlekowy, które wspomagają utrzymanie zdrowych jelit.⁵ Obydwa związki przyczyniają się do utrzymania równowagi mikrobiomu jelitowego oraz  wzmacniają odpowiedź immunologiczną. Octan to krótkołańcuchowy kwas tłuszczowy (SCFA), który jest źródłem energii dla komórek jelitowych, wspiera ich wzrost i funkcjonowanie oraz może być metabolizowany przez inne rodzaje bakterii tworzących mikrobiote jelitową. Indolooctan wykazuje właściwości przeciwzapalne i immunomodulujące oraz wspiera integralność bariery jelitowej. Wszystkie te procesy są niezbędne w dojrzewającym jelicie niemowlęcia - funkcjonowanie układu trawiennego i ogólne dobre samopoczucie. Zarówno B. infantis, jak i HMO wywierają zatem głęboki pozytywny wpływ na mikrobiom jelitowy niemowląt. Ponieważ B. infantis może skutecznie metabolizować różne HMO obecne w mleku matki, jego wzrost i korzystne właściwości są wspomagane w jelitach niemowląt karmionych piersią. Związek pomiędzy B. infantis (probiotykiem) a HMO (prebiotykiem) nazywamy synbiotykiem, co oznacza, że łączny efekt ich współpracy daje więcej korzyści niż suma ich indywidualnego wkładu. Oczekuje się, że synergistyczny efekt między B. infantis i HMO przyczyni się do powstania zrównoważonego mikrobiomu jelitowego i dojrzewania układu odpornościowego. Ten wyjątkowy związek między B. infantis a HMO podkreśla znaczenie karmienia piersią i to jak ważna dla zdrowia jelit niemowlęcia jest obecność specyficznych dla wieku szczepów drobnoustrojów. 

Wykazano, że trajektoria dojrzewania mikrobiomu jelitowego u niemowląt odgrywa kluczową rolę w rozwoju stabilnego i odpornego mikrobiomu. Dominacja bifidobakterii we wczesnym okresie życia, wspierana między innymi przez HMO zawarte w ludzkim mleku, stanowi kluczowy element tego procesu. Zbyt szybkie różnicowanie i dojrzewanie mikrobiomu niemowlęcia wiąże się z większym ryzykiem powikłań zdrowotnych we wczesnym i późniejszym życiu. Aktualne badania skupiają się na dalszym zrozumieniu synergii między pożytecznymi bakteriami, takimi jak gatunki Bifidobacterium, a HMO, aby umożliwić dostęp do nich niemowlętom, które nie spożywają mleka kobiecego jako źródła „pierwszego błonnika”.

Bibliografia 

1. Henrick BM, Rodriguez L, et al. Bifidobacteriamediated immune system imprinting early in life. Cell. 2021 Jul 22;184(15):3884-98 e11. 

2. Matsuki T, Yahagi K, et al. A key genetic factor for fucosyllactose utilization affects infant gut microbiota development. Nat Commun. 2016 Jun 24;7:11939. 

3. Olm MR, Dahan D, et al. Robust variation in infant gut microbiome assembly across a spectrum of lifestyles. Science. 2022 Jun 10;376(6598):1220-23. 

4. Vatanen T, Ang QY, et al. A distinct clade of Bifidobacterium longum in the gut of Bangladeshi children thrives during weaning. Cell. 2022 Nov 10;185(23):4280-97 e12. 

5. Laursen MF, Sakanaka M, et al. Bifidobacterium species associated with breastfeeding produce aromatic lactic acids in the infant gut. Nat Microbiol. 2021 Nov;6(11):1367-82.