น้ำนมแม่มีอิทธิพลต่อจุลินทรีย์ในลำไส้ของทารกหรือไม่?

ประโยชน์ที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพจำนวนมากของโปรไบโอติกได้นำไปสู่การพัฒนาระเบียบวินัยใหม่ที่เรียกว่าโปรไบโอจีโนมิกส์ ซึ่งมุ่งเน้นไปที่กลไกระดับโมเลกุลของกิจกรรมโปรไบโอติก ตามที่สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา (FDA) ระบุว่าโปรไบโอติกรุ่นต่อไปมีคุณสมบัติตรงตามขอบเขตของ “ผลิตภัณฑ์ชีวบำบัดที่มีชีวิต” (LBPs) ซึ่งสามารถใช้ในการพัฒนาวิธีการรักษาที่มีประสิทธิภาพสำหรับโรคต่างๆ

การศึกษา: จุลินทรีย์จากนมของมนุษย์ผลิตชีวโมเลกุลที่มีศักยภาพในการรักษาโรคและสร้างรูปร่างของจุลินทรีย์ในลำไส้ของทารก เครดิตรูปภาพ: OlgaReukova / Shutterstock

พื้นหลัง

การผสมผสานระหว่างโปรไบโอติกรุ่นต่อไปกับเทคโนโลยีโอมิกส์ทำให้การประยุกต์ใช้โปรไบโอติกมีความก้าวหน้าอย่างมาก สารชีวโมเลกุลที่หลากหลายสามารถกระตุ้นกลไกระดับโมเลกุลหลายปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับประโยชน์ต่อสุขภาพของโปรไบโอติก สารชีวโมเลกุลเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์เมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์หรือโมเลกุลโปรตีนที่อยู่บนผิวเซลล์ (เช่น แลคโตบาซิลลัส พื้นผิว (S) – โปรตีนชั้น)

ใน แลคโตบาซิลลัสโปรตีน S ครอบคลุมเซลล์แบคทีเรียทั้งหมด สร้างชั้นที่ปกป้องจากความเครียดทางกลและออสโมติก เอนไซม์ที่ย่อยสลายแบคทีเรีย การเปลี่ยนแปลงค่า pH และเปปไทด์ต้านจุลชีพ เพียงไม่กี่ แลคโตบาซิลลัส สายพันธุ์ผลิต S-โปรตีนที่มีบทบาทสำคัญในการแสดงออกของคุณสมบัติของโปรไบโอติก S-layer นี้สัมผัสโดยตรงกับสภาพแวดล้อมขนาดเล็กและช่วยในการยึดเกาะกับเมือกและเซลล์เยื่อบุผิว เป็นตัวกลางในการรับรู้พื้นผิว การรวมตัวกันอัตโนมัติ และการรวมตัว

เปปไทด์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ exopolysaccharides (EPS) และแบคเทอริโอซินเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีศักยภาพและมีผลในการส่งเสริมสุขภาพ แบคเทอริโอซินมีคุณสมบัติต้านจุลชีพที่ช่วยให้เซลล์โปรไบโอติกทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีจุลินทรีย์จำนวนมาก EPS มีบทบาทในการป้องกันเมื่อเซลล์โปรไบโอติกสัมผัสกับสภาพแวดล้อมในลำไส้ นอกจากนี้ สารชีวโมเลกุลนี้ยังออกฤทธิ์ bifidogenic ต่อจุลินทรีย์ในลำไส้และขับเคลื่อนกิจกรรมภูมิคุ้มกัน ต้านจุลชีพ ต้านเนื้องอก และลดคอเลสเตอรอล

สารชีวโมเลกุลเรียกอีกอย่างว่าโมเลกุลส่งสัญญาณที่สามารถตรวจจับปฏิกิริยาของจุลินทรีย์และควบคุมเส้นทางการส่งสัญญาณ นอกจากนี้ โมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพยังใช้เป็นยารักษาโรคทางชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นทางเลือกแทนยาปฏิชีวนะ

แหล่งที่มาที่สำคัญของสายพันธุ์โปรไบโอติกใหม่คือไมโครไบโอมจากนมของมนุษย์ ซึ่งประกอบขึ้นเป็นสายพันธุ์แบคทีเรียที่ถ่ายโอนระหว่างการตั้งครรภ์และการคลอด ไมโครไบโอมจากนมของมนุษย์จะช่วยสร้างจุลินทรีย์ในลำไส้ของทารกแรกเกิด

เกี่ยวกับการศึกษา

เมื่อเร็ว ๆ นี้ วารสารวิทยาศาสตร์โมเลกุลนานาชาติ การศึกษาประเมินการมีส่วนร่วมของจุลินทรีย์ในน้ำนมของมนุษย์ในการสร้างจุลินทรีย์ในลำไส้ของทารก นอกจากนี้ยังระบุแบคทีเรียที่แยกได้จากตัวอย่างนมของมนุษย์ที่ได้จากมารดาชาวโครเอเชีย ผู้เขียนยังจำแนกโมเลกุลของเซลล์โดยเฉพาะ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง S-layer proteins, bacteriocins และ EPSs ซึ่งอาจใช้เป็นโปรไบโอติกได้ในอนาคต สารชีวโมเลกุลเหล่านี้ยังมีคุณสมบัติในการรักษาโรคทางชีวภาพอีกด้วย

การศึกษานี้คัดเลือกมารดาที่มีสุขภาพแข็งแรงที่ให้นมบุตรแก่ทารกแรกเกิดเป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งเดือนหลังจากเริ่มให้อาหารแข็ง เก็บตัวอย่างน้ำนมและอุจจาระมนุษย์ 15 ตัวอย่างแยกจากกันใน 3 จุดที่แตกต่างกัน ได้แก่ ภายในหนึ่งสัปดาห์หลังจากทารกเกิด หนึ่งเดือนหลังคลอด และหนึ่งเดือนหลังจากเริ่มให้อาหารแข็ง แบคทีเรียประมาณ 100 สายพันธุ์ถูกแยกได้จากตัวอย่างนมของมนุษย์

แลคโตบาซิลลัส เฮลเวติคัสมีการใช้ S-layer ที่แสดงความเครียดเป็นตัวควบคุมเชิงบวก ในขณะที่ พืชแลคติแพลนติบาซิลลัสสายพันธุ์ที่ผลิตที่ไม่ใช่ชั้น S ถูกใช้เป็นตัวควบคุมเชิงลบ มีการประเมินคุณสมบัติของสารต้านจุลชีพ ลิสทีเรีย โมโนไซโตจีเนส, เอสเคอริเชีย โคไล, Staphylococcus aureusและ เชื้อซัลโมเนลลา เอนเทอริกา

ผลการศึกษา

ข้อมูลการจัดลำดับ MiSeq ยืนยันว่าตัวอย่างนมและอุจจาระของทารกมีองค์ประกอบไมโครไบโอมที่ไม่เหมือนใคร องค์ประกอบของไมโครไบโอมในน้ำนมของมนุษย์นั้นแตกต่างกันไปตามมารดา เช่น ความอุดมสมบูรณ์ของ เฟิร์มมิคูทส์ แตกต่างกันระหว่าง 43.36% และ 83.37% แบคทีเรีย จาก 0.17% เป็น 13.94% แอคติโนแบคทีเรีย จาก 0.46% เป็น 21.89% โปรตีโอแบคทีเรีย จาก 2.86% เป็น 53.46% และ เวอร์รูโคไมโครเบีย จาก 0% ถึง 7.38% ในทารก ไมโครไบโอมในอุจจาระมีระดับต่างๆ Firmicutes, โปรตีโอแบคทีเรีย, แอคติโนแบคทีเรีย, เวรุกโคไมโครเบีย, และ แบคทีเรีย

ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของ OTU ที่ระดับสกุลของ: (ก) ตัวอย่างน้ำนมของมนุษย์จากแม่คนเดียวกัน (M) เช่น อุจจาระ (F) จากทารกคนเดียวกัน (ข) ตัวอย่างนมและอุจจาระของมนุษย์ทั้งหมด OTU ที่มีตัวแทนเฉลี่ยน้อยกว่า 0.5% ถูกจัดประเภทเป็นประเภทอื่น nr—ไม่รู้จักสกุลจากตระกูลที่อยู่ในวงเล็บ

ในขณะที่ไมโครไบโอมในนมแม่และอุจจาระของทารกมีความคล้ายคลึงกัน แต่น้ำนมแม่มีไฟลาเดียวกันในปริมาณที่สูงกว่าในอุจจาระ นอกจากนี้ ความหลากหลาย α ของไมโครไบโอมในนมยังพบว่าสูงกว่าอุจจาระอย่างมีนัยสำคัญ การค้นพบนี้บ่งชี้ว่าจุลินทรีย์ในนมมีความหลากหลายมากกว่าจุลินทรีย์ในอุจจาระ

การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบไมโครไบโอมในนมของมนุษย์นั้นสังเกตได้จากช่วงการให้นมที่ต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อองค์ประกอบไมโครไบโอมในอุจจาระของทารก ตัวอย่างเช่น เมื่อเวลาผ่านไป ปริมาณของแอคติโนแบคทีเรียและเวอร์รูโคไมโครเบียเพิ่มขึ้นในนมของมนุษย์และอุจจาระของทารก โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากการแนะนำอาหารแข็งแบคทีเรียที่อยู่ในไฟลัม แบคทีเรีย เพิ่มขึ้น อย่างมาก

แบคทีเรียที่มีความแตกต่างทางพันธุกรรมทั้งหมด 28 สายพันธุ์ ซึ่งเป็นผู้ผลิตชีวโมเลกุลในการรักษาโรค ได้รับการคัดเลือกโดยใช้การวิเคราะห์กลุ่มลำดับชั้นของโปรไฟล์อิเล็กโทรโฟเรติก RAPD-PCR สี่ L. สั้น แยกสายพันธุ์ได้จากไมโครไบโอมจากนมของมนุษย์ที่สังเคราะห์โปรตีน S-layer และแสดงฤทธิ์กระตุ้นภูมิคุ้มกันในลำไส้ นอกจากนี้หก L. พืช สายพันธุ์ผลิต plantaricin ซึ่งให้ผลต้านเชื้อแบคทีเรีย เท่านั้น L. ยีสต์ ถูกระบุเพื่อสังเคราะห์ EPS

ข้อสรุป

การศึกษาในปัจจุบันพบว่าตัวอย่างนมของมนุษย์และอุจจาระของทารกแต่ละตัวอย่างมีความเฉพาะเจาะจงเกี่ยวกับไมโครไบโอม อย่างไรก็ตาม ไมโครไบโอมทั้งสองที่ศึกษาพบว่าเป็นผู้ผลิตชีวโมเลกุลที่มีผลการรักษา ในอนาคต ผู้เขียนจะวิเคราะห์เพิ่มเติมเกี่ยวกับแบคทีเรียที่แยกได้และชีวโมเลกุลที่มีศักยภาพในการรักษาโรค สารชีวโมเลกุลเหล่านี้อาจเป็นโปรไบโอติกรุ่นต่อไปได้