Estructura molecular de lacto-N-biosidasa LnbX, una enzima de una bacteria simbiótica (B. longum) en el intestino de los bebés para descomponer los azúcares en la leche materna. Crédito:Yamada y Gotoh et al.
La leche materna proporciona nutrientes vitales no solo a los bebés, sino también a los microbios beneficiosos que habitan el tracto gastrointestinal. Un estudio publicado el 6 de abril en Biología química celular muestra que una especie bacteriana llamada Bifidobacterium longum se ha adaptado con éxito al nicho único del intestino infantil al producir una enzima llamada LnbX, lo que permite que este microbio crezca en un azúcar que solo abunda en la leche materna.
"Dados los efectos de promoción de la salud de las bifidobacterias, Nuestros hallazgos revelan una posible ruta evolutiva para la simbiosis impulsada por la leche materna entre los microbios intestinales y los humanos. ", dice el coautor principal del estudio, Takane Katayama, de la Universidad de Kyoto.
Se cree que los microbios intestinales en la vida temprana tienen efectos duraderos en la salud humana, y los estudios han demostrado que la dieta influye fuertemente en la composición de esta población. Por ejemplo, Se sabe que los azúcares de la leche materna promueven selectivamente el crecimiento de microbios intestinales beneficiosos como las bifidobacterias. que previenen la diarrea y las infecciones patógenas en los bebés. Un componente principal de la leche materna es un azúcar llamado lacto-N-tetraosa, que está prácticamente ausente en la leche de otros mamíferos. Las bifidobacterias producen enzimas que descomponen este azúcar, sugiriendo fuertemente que recientemente se desarrolló una relación simbiótica entre estos microorganismos y los humanos.
Mientras investigaba cómo evolucionó esta relación simbiótica, Katayama y el coautor principal del estudio Shinya Fushinobu de la Universidad de Tokio previamente caracterizaron LnbB y aislaron LnbX, enzimas que degradan la lacto-N-tetraosa en Bifidobacterium bifidum y Bifidobacterium longum , respectivamente. En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron basarse en estos hallazgos determinando la estructura cristalina de rayos X del dominio catalítico de LnbX. La estructura cristalina, en combinación con mutaciones y experimentos farmacológicos, reveló que LnbX tiene una estructura y un mecanismo catalítico distintos de LnbB y, por lo tanto, pertenece a una nueva familia de enzimas glucósido hidrolasa llamada GH136.
Los oligosacáridos de la leche materna promueven selectivamente el crecimiento de bifidobacterias en el intestino del lactante. Este resumen visual muestra los hallazgos de Yamada y Gotoh et al., que proporcionan la base estructural de lacto-N-biosidasa (LnbX), un factor enzimático clave para el crecimiento y la proliferación de B. longum en lactantes amamantados. Crédito:Yamada y Gotoh et al./ Biología química celular 2017
"Aunque B. longum y B. bifidum pertenecen al mismo género y habitan el mismo entorno, utilizan diferentes enzimas para descomponer la lacto-N-tetraosa, aprovechando las variadas estructuras de este azúcar de leche materna único, "Dice Fushinobu." Los hallazgos sugieren que diferentes cepas y especies de bifidobacterias beneficiosas han desarrollado de forma independiente distintas herramientas moleculares para digerir el mismo azúcar de la leche humana, explicando su capacidad para coexistir y prosperar en el tracto gastrointestinal de los bebés alimentados con leche materna ".
Experimentos adicionales demostraron que el gen lnbX es crítico para la capacidad de B. longum para crecer específicamente en lacto-N-tetraosa. Es más, un análisis de ADN fecal reveló que B. longum y el gen lnbX fueron más abundantes en el tracto gastrointestinal de diez lactantes que consumían exclusivamente leche materna en comparación con seis lactantes alimentados con una mezcla de fórmula y leche materna. "Tomados en conjunto, Estos hallazgos sugieren que lnbX es importante para B. longum persistir en el ecosistema intestinal de los lactantes alimentados con leche materna, y los azúcares de la leche materna han sido la principal presión selectiva para la evolución de lnbX, "Dice Katayama.
En estudios futuros, los investigadores investigarán si otras especies de bifidobacterias producen diferentes enzimas para digerir los azúcares de la leche materna. También buscarán metabolitos bifidobacterianos que promuevan la salud infantil. En el final, esta investigación podría mejorar la leche de fórmula mediante la fortificación con compuestos bacterianos beneficiosos, o con enzimas microbianas que han sido manipuladas para llevar a cabo la reacción inversa y sintetizar los azúcares de la leche materna a bajo costo ya gran escala.
"Aunque en la mayoría de los casos se recomienda amamantar durante el primer año de vida, Algunas madres tienen que depender de la leche de fórmula porque tienen infecciones virales o no producen leche con nutrientes clave como el zinc. "Katayama dice." Por lo tanto, el desarrollo de nuevas estrategias para fortalecer la leche de fórmula con ingredientes que promueven la salud será especialmente crítico en estos raros casos en los que la alimentación con leche materna no es posible ".
