International Milk Composition (IMiC) Konsortium (IMiC)

Zusammensetzung der Muttermilch: Milch ist eine hochkomplexe Bioflüssigkeit, die sich über Millionen von Jahren entwickelt hat, um Säuglinge zu ernähren und sie vor Infektionen zu schützen, während ihr Immunsystem reift. Zusätzlich zur Bereitstellung einer vollständigen Ernährung (d. h. Makronährstoffe und Mikronährstoffe) liefert Milch bioaktive Komponenten, die das Wachstum, die Entwicklung und die Gesundheit des Säuglings weiter unterstützen. Dazu gehören Immunglobuline, Antikörper, Hormone, Wachstumsfaktoren, präbiotische Oligosaccharide und probiotische Bakterien. Die Milchzusammensetzung wird für jede Säugetierart speziell an die Wachstumsanforderungen ihrer jungen Nachkommen angepasst. Beispielsweise beträgt der durchschnittliche Energiegehalt von Muttermilch etwa 70 kcal/100 g, verglichen mit 38 kcal/100 g in Eselsmilch und 171 kcal/100 g in Mäusemilch. Mäuse produzieren nur 2 Milch-Oligosaccharide, während Menschen über 150 produzieren. Auch beim Menschen ist die Milchzusammensetzung sehr variabel – zum Beispiel kann der Energiegehalt zwischen 57 und 83 kcal/100 g und die Oligosaccharidkonzentration zwischen 5 und 25 g/L liegen.

Über die Determinanten und Folgen dieser Variation ist überraschend wenig bekannt. Die Forscher werden die folgenden Milchbestandteile im IMiC-Konsortium untersuchen, um die Variabilität zwischen einzelnen Frauen und über verschiedene geografische Umgebungen hinweg sowie ihre Assoziationen mit dem Wachstum von Säuglingen zu verstehen. Um diese Analysen zu leiten, wird außerdem von den IMiC-Mitgliedern im ersten Jahr des Projekts eine Überprüfung der Muttermilchbestandteile und des Säuglingswachstums durchgeführt.

Prioritäre Komponenten (in allen Proben zu analysieren):

Zu den Makronährstoffen gehören Kohlenhydrate (hauptsächlich Laktose), Proteine ​​und Lipide. Lipide liefern etwa 50 % des Energiegehalts in der Muttermilch. Die überwiegende Mehrheit (98 %) der Milchlipide sind Triacylglyceride, der Rest besteht aus Diacylglyceriden, Monoacylglyceriden, freien Fettsäuren, Phospholipiden und Cholesterin. Das Fettsäureprofil der Muttermilch variiert in Abhängigkeit von der mütterlichen Ernährung und Genetik, insbesondere bei den langkettigen mehrfach ungesättigten Fettsäuren (LCPUFAs) wie Arachidon- und Docosahexaensäure, die zur Immunfunktion und Neuroentwicklung beitragen.

Die Qualität und Konzentration von Mikronährstoffen kann durch Mangelernährung der Mutter beeinträchtigt werden. Zu den Mikronährstoffen in Milch gehören Mineralstoffe (z. Zink, Calcium, Phosphor, Magnesium, Jod, Selen) und Vitamine (A, B1, B2, B6, B12, C, D, E; Folsäure, Cholin).

Immunglobuline (Ig) werden in die Muttermilch übertragen, einschließlich IgA, IgM und IgG. Säuglinge werden mit einer unreifen adaptiven Immunität geboren und verlassen sich auf diese mütterlichen Antikörper zur Abwehr von Krankheitserregern. Lösliches IgA (sIgA) ist der vorherrschende Antikörper der Muttermilch; sIgA-Antigen-Komplexe werden von intestinalen dendritischen Zellen aufgenommen, was eine Antigenerkennung ermöglicht.

Zytokine sind multifunktionale Peptide, die die Darmbarriere überwinden können, wo sie die Immunaktivität beeinflussen. Zu den durch Milch übertragenen Zytokinen gehören der entzündungshemmende transformierende Wachstumsfaktor (TGF)-b, Interleukine (IL)-10 und IL-7 sowie der proinflammatorische Tumornekrosefaktor (TNF)-a, IL-6, IL-8 und Interferon ( IFN)-g.

Lactoferrin ist ein eisenbindendes Glykoprotein mit antimikrobieller Aktivität gegen viele Bakterien, Viren und Pilze. Osteopontin ist ein stark phosphoryliertes saures Glykoprotein, das in hohen Konzentrationen in der Muttermilch vorhanden ist. Es beeinflusst die Immunfunktionen, die Darmentwicklung und die Gehirnentwicklung.

Wachstumsfaktoren und Hormone in der Muttermilch haben weitreichende Auswirkungen auf den Darmtrakt, das Gefäßsystem, das Nervensystem und das endokrine System des Säuglings. Einige wirken lokal auf den Darm des Neugeborenen und viele werden durch den „undichten“ Darm des Säuglings in den systemischen Kreislauf aufgenommen. Der epidermale Wachstumsfaktor (EGF) ist entscheidend für die Reifung und Heilung der Darmschleimhaut. Der insulinähnliche Wachstumsfaktor (IGF) fördert das Gewebewachstum. Die Stoffwechselhormone Leptin, Insulin, Adiponectin und Ghrelin regulieren die Energieeinsparung, den Appetit und den BMI des Säuglings.

Humanmilch-Oligosaccharide (HMOs) sind der dritthäufigste Bestandteil der Muttermilch. Über 100 verschiedene HMOs wurden identifiziert. Diese strukturell unterschiedlichen Kohlenhydrate werden vom Säugling nicht verdaut, sondern von den Darmbakterien des Säuglings verstoffwechselt und bieten ein selektives Substrat, um das sich entwickelnde Mikrobiom zu formen. Darüber hinaus dienen HMOs als lösliche Köderrezeptoren und verhindern die Anhaftung von Krankheitserregern an Schleimhautoberflächen von Säuglingen, wodurch das Risiko für virale und bakterielle Infektionen gesenkt wird. HMOs können auch die Reaktionen von Epithel- und Immunzellen modulieren und den Säugling mit Sialinsäure versorgen, einem wichtigen Nährstoff für die Gehirnentwicklung. In der CHILD-Kohorte haben die Forscher beobachtet, dass die HMO-Zusammensetzung über den genetischen Sekretorstatus hinaus mit der ethnischen Zugehörigkeit, dem Laktationsstadium, der Parität, dem geografischen Standort, der Jahreszeit der Entnahme und der Exklusivität des Stillens verbunden ist.

Omics-Ansätze werden angewendet, um das gesamte Spektrum von Peptiden, Proteinen, Lipiden und Metaboliten in Muttermilch umfassend zu bewerten. Gezielte Metabolomikanalysen, die mithilfe der Biocrates-Plattform (~500 Metaboliten) durchgeführt werden sollen, ungezielte Metabolomanalysen, die von Sapient Bioanalytics mittels Massenspektrometrie durchgeführt werden.

Mikroben sind in der Muttermilch vorhanden. Kulturabhängige und unabhängige (sequenzbasierte) Studien haben das Vorhandensein von Bakterien und Pilzen in der Milch gesunder Mütter bestätigt. In der CHILD-Kohorte haben die Forscher festgestellt, dass sich die Zusammensetzung der Milchmikrobiota je nach Geschlecht des Säuglings, Fütterungsmethode, mütterlichem BMI und mütterlicher Atopie unterscheidet. Es wird geschätzt, dass gestillte Säuglinge 10^4-10^6 Bakterien pro Tag erhalten, was eine Quelle lebender Mikroben darstellt, um den Darm, die Mundhöhle und die Atemwege des Säuglings zu säen. Studien, die Stammähnlichkeiten zwischen mütterlichem Darm, Milch und Säuglingsdarm zeigen, stützen diese Hypothese und zeigen, dass Bifidobacterium spp. bilden die Mehrheit der gemeinsamen Taxa zwischen Muttermilch und Säuglingsstuhl. Angesichts der zentralen Rolle des Darmmikrobioms für das Wachstum, den Stoffwechsel und den Schutz vor Infektionskrankheiten von Säuglingen, auch in Umgebungen mit niedrigem bis mittlerem Einkommen (LMIC), ist es wichtig, die Ursprünge dieser grundlegend wichtigen Darmmikroben früh im Leben zu verstehen.

Ein sekundäres Ziel von IMiC wird es sein, die standortübergreifende Datenintegration zu unterstützen, um wichtige Fragen im Zusammenhang mit 1) den Auswirkungen von Gesundheits- und Ernährungsmaßnahmen der Mutter auf die Zusammensetzung der Muttermilch und 2) ihrer Beziehung zu Gesundheit, Wachstum und Entwicklung von Säuglingen zu beantworten. Jeder Standort wird seine eigenen Daten besitzen und sich auch unabhängig von jedem Standort mit denselben Fragen befassen, wie es ursprünglich in seinen eigenen Stipendien/Studien vorgesehen war.