Międzynarodowe Konsorcjum Składu Mleka (IMiC). (IMiC)

Skład mleka kobiecego: Mleko jest wysoce złożonym płynem biologicznym, który ewoluował przez miliony lat, aby odżywiać niemowlęta i chronić je przed infekcjami, podczas gdy ich układ odpornościowy dojrzewa. Oprócz dostarczania kompletnego pożywienia (tj. makroskładników i mikroelementów), mleko dostarcza składników bioaktywnych, które dodatkowo wspierają wzrost, rozwój i zdrowie niemowląt. Należą do nich immunoglobuliny, przeciwciała, hormony, czynniki wzrostu, prebiotyczne oligosacharydy i bakterie probiotyczne. Skład mleka jest specjalnie dostosowany do każdego gatunku ssaka w zależności od wymagań rozwojowych ich młodego potomstwa. Na przykład średnia wartość energetyczna ludzkiego mleka wynosi około 70 kcal/100 g, w porównaniu z 38 kcal/100 g mleka oślego i 171 kcal/100 g mleka myszy. Myszy produkują tylko 2 oligosacharydy mleka, podczas gdy ludzie ponad 150. Nawet wśród ludzi skład mleka jest bardzo zmienny – na przykład wartość energetyczna może wahać się od 57-83 kcal/100g, a stężenie oligosacharydów waha się od 5-25 g/l.

Zaskakująco mało wiadomo o determinantach i konsekwencjach tej zmienności. Badacze będą badać następujące składniki mleka w konsorcjum IMiC, aby zrozumieć zmienność między poszczególnymi kobietami w różnych lokalizacjach geograficznych oraz ich powiązania ze wzrostem niemowląt. Ponadto, aby ukierunkować te analizy, podczas pierwszego roku projektu członkowie IMiC przeprowadzą przegląd składników mleka kobiecego i wzrostu niemowląt.

Komponenty priorytetowe (do analizy we wszystkich próbkach):

Makroelementy obejmują węglowodany (głównie laktozę), białka i lipidy. Lipidy dostarczają około 50% wartości energetycznej mleka kobiecego. Zdecydowana większość (98%) lipidów mleka to triacyloglicerydy, a pozostała część składa się z diacyloglicerydów, monoacyloglicerydów, wolnych kwasów tłuszczowych, fosfolipidów i cholesterolu. Profil kwasów tłuszczowych w ludzkim mleku różni się w zależności od diety matki i genetyki, szczególnie w przypadku długołańcuchowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (LCPUFA), takich jak kwas arachidonowy i dokozaheksaenowy, które przyczyniają się do funkcji odpornościowych i rozwoju neurologicznego.

Jakość i stężenie mikroelementów może być zagrożone przez niedożywienie matki. Mikroelementy w mleku obejmują minerały (np. cynk, wapń, fosfor, magnez, jod, selen) oraz witaminy (A, B1, B2, B6, B12, C, D, E; kwas foliowy, cholina).

Immunoglobuliny (Ig) są przenoszone do mleka kobiecego, w tym IgA, IgM i IgG. Niemowlęta rodzą się z niedojrzałą odpornością nabytą i polegają na matczynych przeciwciałach w obronie przed patogenami. Rozpuszczalna IgA (sIgA) jest przeciwciałem dominującym w ludzkim mleku; Kompleksy sIgA-antygen są wychwytywane przez komórki dendrytyczne jelit, umożliwiając rozpoznanie antygenu.

Cytokiny to wielofunkcyjne peptydy, które mogą przekraczać barierę jelitową, gdzie wpływają na aktywność immunologiczną. Cytokiny przenoszone przez mleko obejmują przeciwzapalny transformujący czynnik wzrostu (TGF)-b, interleukiny (IL)-10 i IL-7 oraz prozapalny czynnik martwicy nowotworu (TNF)-a, IL-6, IL-8 i interferon ( IFN)-g.

Laktoferyna jest glikoproteiną wiążącą żelazo o działaniu przeciwbakteryjnym wobec wielu bakterii, wirusów i grzybów. Osteopontyna jest ekstensywnie fosforylowaną kwaśną glikoproteiną, która występuje w dużych stężeniach w mleku kobiecym. Wpływa na funkcje odpornościowe, rozwój jelit i rozwój mózgu.

Czynniki wzrostu i hormony w mleku kobiecym mają szeroki wpływ na przewód pokarmowy niemowlęcia, układ naczyniowy, układ nerwowy i układ hormonalny. Niektóre działają lokalnie na jelito noworodka, a wiele jest wchłanianych do krążenia ogólnoustrojowego przez „nieszczelne” jelito niemowlęcia. Naskórkowy czynnik wzrostu (EGF) ma kluczowe znaczenie dla dojrzewania i gojenia się błony śluzowej jelit. Insulinopodobny czynnik wzrostu (IGF) wspomaga wzrost tkanki. Hormony metaboliczne leptyna, insulina, adiponektyna i grelina regulują zachowanie energii, apetyt i BMI niemowlęcia.

Oligosacharydy mleka kobiecego (HMO) są trzecim najczęściej występującym składnikiem mleka kobiecego. Zidentyfikowano ponad 100 różnych HMO. Te strukturalnie zróżnicowane węglowodany nie są trawione przez niemowlę, ale są metabolizowane przez bakterie jelitowe niemowlęcia, zapewniając selektywny substrat, który pomaga kształtować rozwijający się mikrobiom. Ponadto HMO służą jako rozpuszczalne receptory wabików i zapobiegają przyczepianiu się patogenów do powierzchni błony śluzowej niemowląt, zmniejszając ryzyko infekcji wirusowych i bakteryjnych. HMO mogą również modulować odpowiedzi komórek nabłonkowych i odpornościowych oraz dostarczać niemowlęciu kwasu sialowego, ważnego składnika odżywczego dla rozwoju mózgu. W kohorcie CHILD badacze zaobserwowali, że poza genetycznym statusem wydzielania, skład HMO jest powiązany z pochodzeniem etnicznym, etapem laktacji, parzystością, położeniem geograficznym, sezonem pobrania i wyłącznością karmienia piersią.

Podejścia omiczne zostaną zastosowane do szerokiej oceny pełnego spektrum peptydów, białek, lipidów i metabolitów w ludzkim mleku. Ukierunkowane analizy metabolomiczne do przeprowadzenia przy użyciu platformy Biocrates (~500 metabolitów), nieukierunkowane analizy metabolomiczne do przeprowadzenia przez Sapient Bioanalytics za pomocą spektrometrii mas.

Drobnoustroje są obecne w mleku kobiecym. Badania zależne od kultury i niezależne (oparte na sekwencjonowaniu) potwierdziły obecność bakterii i grzybów w mleku zdrowych matek. W kohorcie CHILD badacze odkryli, że skład mikroflory mleka różni się w zależności od płci niemowlęcia, sposobu karmienia, BMI matki i atopii matki. Szacuje się, że niemowlęta karmione piersią otrzymują dziennie 10^4-10^6 bakterii, co stanowi źródło żywych drobnoustrojów do zasiedlenia jelit, jamy ustnej i dróg oddechowych niemowlęcia. Badania wykazujące podobieństwa szczepów między jelitami matki, mlekiem i jelitami niemowląt potwierdzają tę hipotezę i stwierdzają, że Bifidobacterium spp. stanowią większość wspólnych taksonów mleka matki i stolca niemowlęcia. Biorąc pod uwagę centralną rolę mikrobiomu jelitowego we wzroście niemowląt, metabolizmie i ochronie przed chorobami zakaźnymi, w tym w środowiskach o niskich i średnich dochodach (LMIC), niezwykle ważne jest zrozumienie pochodzenia tych fundamentalnie ważnych drobnoustrojów jelitowych we wczesnym okresie życia.

Drugorzędnym celem IMiC będzie wspieranie integracji danych między ośrodkami, aby odpowiedzieć na ważne pytania związane z 1) wpływem interwencji dotyczących zdrowia matki i żywienia na skład mleka matki oraz 2) jego związku ze zdrowiem, wzrostem i rozwojem niemowląt. Każdy ośrodek będzie posiadał własne dane i będzie niezależnie odpowiadał na te same pytania w poszczególnych ośrodkach, zgodnie z pierwotnym zamierzeniem zawartym w ich własnych grantach/badaniach.