三種HMO對益生菌和病原菌生長的影響
母乳是由嬰兒生長、發(fā)育和預(yù)防疾病所必需的必需營養(yǎng)素和生物活性分子組成。人乳寡糖(HMO)是人乳中發(fā)現(xiàn)的第三大固體成分，估計由大約200種不同的結(jié)構(gòu)組成。MO由葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、半乳糖(Gal)、巖藻糖(Fuc)和N-乙酰神經(jīng)氨酸（唾液酸）的組合形成，在還原端具有一個乳糖單元。HMO不會被嬰兒消化，但會被某些有益的腸道細(xì)菌選擇性地利用，例如長雙歧桿菌亞種、嬰兒雙歧桿菌（B.infantis）和雙歧雙歧桿菌。益生元是被宿主微生物選擇性利用的化合物，為宿主帶來健康益處。半乳糖寡糖(GOS)是半乳糖寡糖的混合物，葡萄糖在還原端。由于報告的健康益處，通常在嬰兒配方奶粉中補(bǔ)充GOS(6)并且直到最近才比HMO在商業(yè)上更容易獲得。評估了三種HMO——2‘-FL、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)和二巖藻糖基乳糖(DFL)——對益生菌和病原菌生長的影響。除了常見的嬰兒病原體，如艱難梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、坂崎克羅諾桿菌、沙門氏菌屬和大腸桿菌外，還評估了多種益生菌，包括雙歧桿菌和乳酸桿菌，包括24種市售菌株。一些體外研究表明HMOs的利用存在菌株依賴性變化，研究人員選擇了一些類型菌株以及益生菌和潛在致病菌株將HMO的效果與商業(yè)GOS和純化的富含寡糖的GOS級分的效果進(jìn)行了比較。還評估了作為陽性對照的葡萄糖以及作為所研究HMO成分的乳糖和巖藻糖的影響。
應(yīng)用全自動生長曲線分析儀Bioscreen C測量細(xì)菌菌株在不同碳水化合物底物上的生長。Bioscreen C系統(tǒng)置于厭氧柜（80%N2、10%CO2和10%H2)以使細(xì)菌在厭氧條件下生長。將20μL每種碳水化合物(10%)或葡萄糖(10%)溶液添加到板的孔中，并用含有單一類型微生物(1%)的細(xì)胞懸浮液(180μL)填充孔v/v)（見上文如何制備微生物培養(yǎng)物）。因此，每個孔中碳水化合物底物的最終濃度為1%(w/v)。葡萄糖被用作非選擇性的陽性對照底物。未添加任何碳水化合物的培養(yǎng)基用作陰性對照，以測定未添加碳源的微生物的生長情況；對于這些孔，使用20μL無菌Milli-Q水代替碳水化合物，然后使用180μL微生物懸浮液。將細(xì)菌在37°C或30°C下孵育24小時，每30分鐘在600 nm處測量光密度。在進(jìn)行測量之前，將板搖動10秒。在每個實(shí)驗(yàn)中使用三個重復(fù)對每個細(xì)菌-碳水化合物組合進(jìn)行至少兩個單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：研究了三種HMO、其他常用益生元和寡糖成分對眾多雙歧桿菌、乳酸桿菌和潛在致病菌的影響。評估純培養(yǎng)物生長的方法既可靠又可重復(fù)，但也存在差異。HMOs的利用增加了母乳喂養(yǎng)嬰兒中雙歧桿菌的豐度。運(yùn)輸和降解巖藻糖基化HMO結(jié)構(gòu)的能力對于這一過程至關(guān)重要。研究結(jié)果顯示了與HMO相關(guān)的選擇性以及各種益生菌和病原菌之間的益生元消耗差異。與其他選擇性較低的益生元相比，HMO的選擇性可以通過促進(jìn)有益微生物的生長而不支持有害病原體的生長，從而有利于嬰兒腸道微生物群的進(jìn)化。強(qiáng)調(diào)了評估益生菌和病原菌的菌株特異性差異的重要性。由于HMO越來越多地添加到嬰兒配方奶粉中，因此比較HMO的益生元作用與其他益生元（如GOS）的作用變得更加重要。
圖1、使用自動Bioscreen C系統(tǒng)監(jiān)測細(xì)菌（乳酸桿菌科和雙歧桿菌屬和擬桿菌屬）的生長情況。
圖2、使用各種碳源和未添加碳源的培養(yǎng)基的細(xì)菌生長。細(xì)菌生長測量為在1%葡萄糖(Glu)、商業(yè)低聚半乳糖(GOS-c)、乳糖(Lac)、富含寡糖的純化GOS(GOS-p)存在下的生長曲線下面積(AUC)、巖藻糖(Fuc)、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)、2'-巖藻糖基乳糖(2'-FL)或二巖藻糖基乳糖(DFL)。細(xì)菌菌株分為（1）雙歧桿菌，（2）乳桿菌科，（3）其他人類共生細(xì)菌，或（4）潛在致病菌。細(xì)菌菌株按縮寫在組內(nèi)按字母順序列出。AUC值用顏色編碼（深紅色）AUC>1500；AUC 1000–1500；AUC 600-999；AUC 400-599；AUC 200–399；AUC 50–199；AUC 15-49（深藍(lán)色），允許在介質(zhì)和碳源之間進(jìn)行比較。與相應(yīng)培養(yǎng)基比較的FDR校正顯著t檢驗(yàn)結(jié)果在相應(yīng)AUC單元格內(nèi)用點(diǎn)表示。
圖3、（A）雙歧桿菌B.breve Bbre_Bb03、（B）雙歧桿菌B.longum subsp.infantis Bi-26（C）雙歧桿菌B.longum Blon_TS、(D)雙歧桿菌L.plantarum Lpla_TS在不同碳源下的生長情況（2'-巖藻糖基乳糖(2'-FL)、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)、二巖藻糖基乳糖(DFL)、巖藻糖(Fuc)、商業(yè)半乳糖寡糖(GOS-c)、富含寡糖的GOS(GOS-p)、乳糖(Lac)和葡萄糖(Glu)。
圖4、（E）乳酸桿菌NCFM（F）唾液乳桿菌Ls-33（G）大腸桿菌Ecol_CCUG11412、(H)植物乳桿菌型Csak_TS在不同碳源下的生長情況（2'-巖藻糖基乳糖(2'-FL)、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)、二巖藻糖基乳糖(DFL)、巖藻糖(Fuc)、商業(yè)半乳糖寡糖(GOS-c)、富含寡糖的GOS(GOS-p)、乳糖(Lac)和葡萄糖(Glu)。
總結(jié)：研究人員評估了三種HMO——2‘-FL、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)和二巖藻糖基乳糖(DFL，lactodifucotetraose)——對益生菌和病原菌生長的影響。除了常見的嬰兒病原體，如艱難梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、坂崎克羅諾桿菌、沙門氏菌屬和大腸桿菌外，還評估了多種益生菌，包括雙歧桿菌和乳酸桿菌，包括24種市售菌株。本研究工作支持該模型，因?yàn)橹挥羞x定的雙歧桿菌和擬桿菌利用巖藻糖基化HMO，而其他研究的細(xì)菌沒有（例如，病原菌）。還觀察到潛在致病菌對巖藻糖和GOS的利用的差異。研究結(jié)果顯示了與HMO相關(guān)的選擇性以及各種益生菌和病原菌之間的益生元消耗差異。與其他選擇性較低的益生元相比，HMO的選擇性可以通過促進(jìn)有益微生物的生長而不支持有害病原體的生長，從而有利于嬰兒腸道微生物群的進(jìn)化。
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