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妈妈奶水里的“糖”是一种新型抗菌物

2017/08/23 来源:生物通
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导读
母乳是蛋白质、脂肪、糖类组成的成分不断变化的混合物,有助于保护婴儿免受细菌感染。

本文转载自生物通网站


母乳是蛋白质、脂肪、糖类组成的成分不断变化的混合物,有助于保护婴儿免受细菌感染。

前阵子Facebook上一篇帖子被分享了7万多次。 Mallory Smothers 上传了一张自己的母乳照片,她发现两袋母乳的颜色差异非常大。


左边的母乳是她在周四晚上睡前挤的,她通常隔天早上起床后才会再次挤奶。Mallory 晚上每隔 2 个小时就会喂宝宝一次,星期五凌晨喂奶的时候她却发现宝宝的呼吸不顺、有点暴躁而且一直打喷嚏,可能是感冒了。结果当她早上挤奶的时候却发现挤出来的母乳变成了右边的那个颜色。

对这个状况感到不解的 Mallory想到自己之前读到一篇医学文章,说母亲的母乳会根据婴儿的需求改变。当母亲在喂母乳时,婴儿的唾液会经由通道进入妈妈的体内,而乳腺的传感器会分析宝宝的唾液中有没有细菌或病毒,如果感应到有什么不对劲,就会改变母乳中的免疫成分,调整成专属给宝宝的抗体母乳来保护宝宝。

过去,科学家普遍认为母乳中的抗菌特性源于其中的蛋白质。然而最近,范德堡大学一支由化学家和医生组成的跨学科小组却发现,人乳中的一些碳水化合物不仅自带抗菌特性,还能提高抗菌蛋白的有效性。

北京时间8月21日在华盛顿举办的“美国化学学会年度会议”上,博士生Dorothy Ackerman报道了他们的题为“Human Milk Oligosaccharides Exhibit Antimicrobial and Anti-Biofilm Properties Against Group B. Streptococcus(人乳低聚糖对B组链球菌具有抗菌和抗生物膜特性)”的研究结果。

该项目的负责人Steven Townsend化学助理教授说:“人乳中这些化合物的显著特点之一是安全无毒,毫无疑问它们并不像大多数的已知抗生素。”


“我正在寻找战胜传染细菌的不同方法,B组链球菌(Group B Strep.)的常见宿主是孕妇,它在世界范围内非常容易导致新生儿感染。我们想知道她们体内是否会产生削弱或杀死细菌的化合物,”Townsend说。

Townsend和同事们认为上世纪许多生物化学家已经花费了大量时间研究人乳中的抗菌蛋白质,而由于人乳糖类的研究较为困难,人们对其功能了解还知之甚少。“人们普遍认为,蛋白质是主导抗菌物,糖是随后被添加的物质,尽管大多数人已经同意了这一观点,但仍缺乏有效数据支持,”Townsend说。“作为一个训练有素的糖蛋白化学家,我觉得我应该去探索它们的作用。”

为了实现这一课题,研究人员从不同供体样本中富集了人乳碳水化合物(又称寡糖),用质谱技术(可同时识别上万的生物大分子)对它们进行分类。随后,向链球菌培养基中添加这些化合物,在显微镜下观察结果。

结果表明,这些寡糖不仅直接杀死了细菌,有些还能物理上破坏细菌用于自我保护的生物膜。

作为试验性研究,Townsend实验室采用了5个样本。他们发现来自一个样本中的糖类几乎杀光了整个链球菌群落,另一个样本中的糖类具有中等效力,而其他3个样本的活力水平较低。在后续试验中,他们测试了20多个其他样本,其中2个分解了细菌的生物膜并杀死了细菌,4个破坏了生物膜但没有杀死细菌,2个杀死了细菌但没有破坏生物膜。

“我们的结果显示,这些糖类的作用类似‘组合拳’,” Townsend说。“首先,它们使细菌更敏感,进而再杀死它们。生物学家称之为‘合成致命性(synthetic lethality)’,根据这种能力可推动新型抗菌药物开发。”


左图正常链球菌;右图菌体的生物膜被人乳寡糖破坏了,让细菌更容易地受抗菌物质攻击

通过向链球菌培养物中投放人奶糖和来自人唾液的抗菌肽,研究者还发现,糖分解生物膜的能力可增强其他抗菌药物的有效性,也包括人乳中所含的其他抗菌物。

后来,该团队还发现,人奶糖的抗菌活性还能延伸到其他感染性细菌中,其中甚至包括6个威胁全球健康的" ESKAPE(肠球菌,金黄色葡萄球菌,肺炎克雷伯菌,鲍曼不动杆菌,铜绿假单胞菌和肠杆菌属等6属的简称)"病原体中的2个。

本研究由Townsend与范德堡质谱研究中心的同事合作完成,他们已经鉴定了具有抗菌效果的碳水化合物分子的具体类型。


这项研究成果不仅对抗菌药物开发具有借鉴意义,同时对婴儿奶粉的配方改进也提出了挑战。

早在1957年,人们首次在人乳中发现了寡糖,而牛奶中并没有这种成分。随着奶粉喂养的比重上升,向婴儿配方奶中引入合适的母乳寡糖或开发相应的膳食补充剂是有利于全球人类健康的大事。

原文标题:Human Milk Oligosaccharides Exhibit Antimicrobial and Anti-Biofilm Properties Against Group B. Streptococcus

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