International Milk Composition (IMiC) konsortium (IMiC)

Human Milk Composition: Melk er en svært kompleks biovæske som har utviklet seg over millioner av år for å gi næring til spedbarn og beskytte dem mot infeksjon mens immunsystemet modnes. I tillegg til å levere komplett ernæring (dvs. makronæringsstoffer og mikronæringsstoffer), gir melk bioaktive komponenter som ytterligere støtter spedbarns vekst, utvikling og helse. Disse inkluderer immunglobuliner, antistoffer, hormoner, vekstfaktorer, prebiotiske oligosakkarider og probiotiske bakterier. Melkesammensetningen er spesielt tilpasset hver pattedyrart avhengig av vekstkravene til deres unge avkom. For eksempel er gjennomsnittlig energiinnhold i morsmelk rundt 70 kcal/100g, sammenlignet med 38 kcal/100g i eselmelk og 171 kcal/100g i musemelk. Mus produserer bare 2 melkeoligosakkarider, mens mennesker produserer over 150. Selv blant mennesker er melkesammensetningen svært varierende - for eksempel kan energiinnholdet variere fra 57-83 kcal/100g og oligosakkaridkonsentrasjoner fra 5-25 g/L.

Overraskende lite er kjent om determinantene og konsekvensene av denne variasjonen. Etterforskerne vil studere følgende melkekomponenter i IMiC-konsortiet for å forstå variasjonen mellom individuelle kvinner og på tvers av ulike geografiske omgivelser, og deres assosiasjoner til spedbarnsvekst. I tillegg, for å veilede disse analysene, vil en gjennomgang av brystmelkkomponenter og spedbarnsvekst bli foretatt av IMiC-medlemmene i løpet av prosjektets første år.

Prioriterte komponenter (skal analyseres i alle prøver):

Makronæringsstoffer inkluderer karbohydrater (primært laktose), proteiner og lipider. Lipider utgjør omtrent 50 % av energiinnholdet i morsmelk. Det store flertallet (98%) av melkelipider er triacylglyserider, mens resten består av diacylglycerider, monoacylglycerider, frie fettsyrer, fosfolipider og kolesterol. Fettsyreprofilen til morsmelk varierer i forhold til mors kosthold og genetikk, spesielt i de langkjedede flerumettede fettsyrene (LCPUFA), som arakidonsyre og dokosaheksaensyrer, som bidrar til immunfunksjon og nevroutvikling.

Mikronæringsstoffkvalitet og konsentrasjoner kan bli kompromittert av mors underernæring. Mikronæringsstoffer i melk inkluderer mineraler (f. Sink, Kalsium, Fosfor, Magnesium, Jod, Selen) og vitaminer (A, B1, B2, B6, B12, C, D, E; folat, kolin).

Immunglobuliner (Ig) overføres i morsmelk, inkludert IgA, IgM og IgG. Spedbarn er født med umoden adaptiv immunitet, og er avhengige av disse maternelle antistoffene for forsvar mot patogener. Løselig IgA (sIgA) er det dominerende antistoffet i human melk; sIgA-antigenkomplekser tas opp av intestinale dendrittiske celler, noe som muliggjør antigengjenkjenning.

Cytokiner er multifunksjonelle peptider som kan krysse tarmbarrieren, hvor de påvirker immunaktiviteten. Melkebårne cytokiner inkluderer antiinflammatorisk transformerende vekstfaktor (TGF)-b, interleukiner (IL)-10 og IL-7, og proinflammatorisk tumornekrosefaktor (TNF)-a, IL-6, IL-8 og interferon ( IFN)-g.

Laktoferrin er et jernbindende glykoprotein med antimikrobiell aktivitet mot mange bakterier, virus og sopp. Osteopontin er et utstrakt fosforylert surt glykoprotein som er tilstede i høye konsentrasjoner i morsmelk. Det påvirker immunfunksjoner, tarmutvikling og hjerneutvikling.

Vekstfaktorer og hormoner i morsmelk har vidtrekkende effekter på spedbarnets tarmkanal, vaskulatur, nervesystem og endokrine system. Noen virker lokalt på neonataltarmen, og mange absorberes i systemisk sirkulasjon gjennom den "lekkende" spedbarnets tarm. Epidermal vekstfaktor (EGF) er avgjørende for modning og helbredelse av tarmslimhinnen. Insulinlignende vekstfaktor (IGF) fremmer vevsvekst. Stoffskiftehormonene leptin, insulin, adiponectin og ghrelin regulerer energisparing, appetitt og spedbarns BMI.

Human melkeoligosakkarider (HMOs) er den tredje mest tallrike komponenten i morsmelk. Over 100 forskjellige HMOer er identifisert. Disse strukturelt mangfoldige karbohydratene fordøyes ikke av spedbarnet, men metaboliseres av spedbarnets tarmbakterier, og gir et selektivt substrat for å forme det utviklende mikrobiomet. I tillegg fungerer HMO-er som løselige lokkereseptorer og forhindrer patogenbinding til spedbarns slimhinneoverflater, og reduserer risikoen for virus- og bakterieinfeksjoner. HMO-er kan også modulere epitel- og immuncelleresponser og gi spedbarnet sialinsyre, et viktig næringsstoff for hjernens utvikling. I CHILD-kohorten har etterforskerne observert at, utover genetisk sekretorstatus, er HMO-sammensetning assosiert med etnisitet, laktasjonsstadium, paritet, geografisk plassering, innsamlingssesong og eksklusivitet for amming.

Omics-tilnærminger vil bli brukt for å vurdere det komplette spekteret av peptider, proteiner, lipider og metabolitter i morsmelk. Målrettede metabolomiske analyser skal utføres ved hjelp av Biocrates-plattformen (~500 metabolitter), umålrettede metabolomiske analyser som skal utføres av Sapient Bioanalytics via massespektrometri.

Mikrober finnes i morsmelk. Kulturavhengige og uavhengige (sekvenseringsbaserte) studier har bekreftet tilstedeværelsen av bakterier og sopp i melk fra friske mødre. I CHILD-kohorten har etterforskerne funnet at sammensetningen av melkemikrobiota varierer etter spedbarns kjønn, matemetode, mors BMI og mors atopi. Det er anslått at spedbarn som ammes mottar 10^4-10^6 bakterier per dag, noe som gir en kilde til levende mikrober for å frø spedbarnets tarm, munnhule og luftveier. Studier som viser belastningslikheter mellom mors tarm, melk og spedbarns tarm støtter denne hypotesen, og finner at Bifidobacterium spp. utgjør flertallet av delte taxa mellom morsmelk og spedbarns avføring. Gitt den sentrale rollen til tarmmikrobiomet i spedbarns vekst, metabolisme og beskyttelse mot infeksjonssykdommer, inkludert i lav- til middelinntektsmiljøer (LMIC), er det avgjørende å forstå opprinnelsen til disse grunnleggende viktige tarmmikrobene tidlig i livet.

Et sekundært mål for IMiC vil være å støtte dataintegrasjon på tvers av nettsteder for å svare på viktige spørsmål knyttet til 1) virkningen av mødrehelse og ernæringsintervensjoner på morsmelksammensetningen, og 2) dens forhold til spedbarns helse, vekst og utvikling. Hvert nettsted vil eie sine egne data og vil også behandle de samme spørsmålene uavhengig av hverandre, slik de opprinnelig var ment i sine egne stipender/studier.