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三种HMO对益生菌和病原菌生长的影响

来源: 发布时间:2024-02-21 06:46:57 浏览:42 次

母乳是由婴儿生长、发育和预防疾病所必需的必需营养素和生物活性分子组成。人乳寡糖(HMO)是人乳中发现的第三大固体成分,估计由大约200种不同的结构组成。MO由葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、半乳糖(Gal)、岩藻糖(Fuc)和N-乙酰神经氨酸(唾液酸)的组合形成,在还原端具有一个乳糖单元。HMO不会被婴儿消化,但会被某些有益的肠道细菌选择性地利用,例如长双歧杆菌亚种、婴儿双歧杆菌(B.infantis)和双歧双歧杆菌。益生元是被宿主微生物选择性利用的化合物,为宿主带来健康益处。半乳糖寡糖(GOS)是半乳糖寡糖的混合物,葡萄糖在还原端。由于报告的健康益处,通常在婴儿配方奶粉中补充GOS(6)并且直到最近才比HMO在商业上更容易获得。评估了三种HMO——2‘-FL、3-岩藻糖基乳糖(3-FL)和二岩藻糖基乳糖(DFL)——对益生菌和病原菌生长的影响。除了常见的婴儿病原体,如艰难梭菌、产气荚膜梭菌、坂崎克罗诺杆菌、沙门氏菌属和大肠杆菌外,还评估了多种益生菌,包括双歧杆菌和乳酸杆菌,包括24种市售菌株。一些体外研究表明HMOs的利用存在菌株依赖性变化,研究人员选择了一些类型菌株以及益生菌和潜在致病菌株将HMO的效果与商业GOS和纯化的富含寡糖的GOS级分的效果进行了比较。还评估了作为阳性对照的葡萄糖以及作为所研究HMO成分的乳糖和岩藻糖的影响。


应用全自动生长曲线分析仪Bioscreen C测量细菌菌株在不同碳水化合物底物上的生长。Bioscreen C系统置于厌氧柜(80%N2、10%CO2和10%H2)以使细菌在厌氧条件下生长。将20μL每种碳水化合物(10%)或葡萄糖(10%)溶液添加到板的孔中,并用含有单一类型微生物(1%)的细胞悬浮液(180μL)填充孔v/v)(见上文如何制备微生物培养物)。因此,每个孔中碳水化合物底物的最终浓度为1%(w/v)。葡萄糖被用作非选择性的阳性对照底物。未添加任何碳水化合物的培养基用作阴性对照,以测定未添加碳源的微生物的生长情况;对于这些孔,使用20μL无菌Milli-Q水代替碳水化合物,然后使用180μL微生物悬浮液。将细菌在37°C或30°C下孵育24小时,每30分钟在600 nm处测量光密度。在进行测量之前,将板摇动10秒。在每个实验中使用三个重复对每个细菌-碳水化合物组合进行至少两个单独的实验。


实验结果:研究了三种HMO、其他常用益生元和寡糖成分对众多双歧杆菌、乳酸杆菌和潜在致病菌的影响。评估纯培养物生长的方法既可靠又可重复,但也存在差异。HMOs的利用增加了母乳喂养婴儿中双歧杆菌的丰度。运输和降解岩藻糖基化HMO结构的能力对于这一过程至关重要。研究结果显示了与HMO相关的选择性以及各种益生菌和病原菌之间的益生元消耗差异。与其他选择性较低的益生元相比,HMO的选择性可以通过促进有益微生物的生长而不支持有害病原体的生长,从而有利于婴儿肠道微生物群的进化。强调了评估益生菌和病原菌的菌株特异性差异的重要性。由于HMO越来越多地添加到婴儿配方奶粉中,因此比较HMO的益生元作用与其他益生元(如GOS)的作用变得更加重要。

图1、使用自动Bioscreen C系统监测细菌(乳酸杆菌科和双歧杆菌属和拟杆菌属)的生长情况。

图2、使用各种碳源和未添加碳源的培养基的细菌生长。细菌生长测量为在1%葡萄糖(Glu)、商业低聚半乳糖(GOS-c)、乳糖(Lac)、富含寡糖的纯化GOS(GOS-p)存在下的生长曲线下面积(AUC)、岩藻糖(Fuc)、3-岩藻糖基乳糖(3-FL)、2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)或二岩藻糖基乳糖(DFL)。细菌菌株分为(1)双歧杆菌,(2)乳杆菌科,(3)其他人类共生细菌,或(4)潜在致病菌。细菌菌株按缩写在组内按字母顺序列出。AUC值用颜色编码(深红色)AUC>1500;AUC 1000–1500;AUC 600-999;AUC 400-599;AUC 200–399;AUC 50–199;AUC 15-49(深蓝色),允许在介质和碳源之间进行比较。与相应培养基比较的FDR校正显着t检验结果在相应AUC单元格内用点表示。

图3、(A)双歧杆菌B.breve Bbre_Bb03、(B)双歧杆菌B.longum subsp.infantis Bi-26(C)双歧杆菌B.longum Blon_TS、(D)双歧杆菌L.plantarum Lpla_TS在不同碳源下的生长情况(2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)、3-岩藻糖基乳糖(3-FL)、二岩藻糖基乳糖(DFL)、岩藻糖(Fuc)、商业半乳糖寡糖(GOS-c)、富含寡糖的GOS(GOS-p)、乳糖(Lac)和葡萄糖(Glu)。

图4、(E)乳酸杆菌NCFM(F)唾液乳杆菌Ls-33(G)大肠杆菌Ecol_CCUG11412、(H)植物乳杆菌型Csak_TS在不同碳源下的生长情况(2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)、3-岩藻糖基乳糖(3-FL)、二岩藻糖基乳糖(DFL)、岩藻糖(Fuc)、商业半乳糖寡糖(GOS-c)、富含寡糖的GOS(GOS-p)、乳糖(Lac)和葡萄糖(Glu)。


总结:研究人员评估了三种HMO——2‘-FL、3-岩藻糖基乳糖(3-FL)和二岩藻糖基乳糖(DFL,lactodifucotetraose)——对益生菌和病原菌生长的影响。除了常见的婴儿病原体,如艰难梭菌、产气荚膜梭菌、坂崎克罗诺杆菌、沙门氏菌属和大肠杆菌外,还评估了多种益生菌,包括双歧杆菌和乳酸杆菌,包括24种市售菌株。本研究工作支持该模型,因为只有选定的双歧杆菌和拟杆菌利用岩藻糖基化HMO,而其他研究的细菌没有(例如,病原菌)。还观察到潜在致病菌对岩藻糖和GOS的利用的差异。研究结果显示了与HMO相关的选择性以及各种益生菌和病原菌之间的益生元消耗差异。与其他选择性较低的益生元相比,HMO的选择性可以通过促进有益微生物的生长而不支持有害病原体的生长,从而有利于婴儿肠道微生物群的进化。


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