Oligosacáridos de la leche humana

Los oligosacáridos de la leche humana ( HMO ), también conocidos como glicanos de la leche humana , son polímeros cortos de azúcares simples que se pueden encontrar en altas concentraciones en la leche materna humana . ^[1] Los oligosacáridos de la leche humana promueven el desarrollo del sistema inmunológico, pueden reducir el riesgo de infecciones por patógenos y mejorar el desarrollo del cerebro y la cognición. ^[1] El perfil de HMO de la leche materna humana da forma a la microbiota intestinal del bebé al estimular selectivamente las bifidobacterias y otras bacterias. ^[2]

A diferencia de los demás componentes de la leche materna que el lactante absorbe a través de la lactancia, los HMO son indigeribles para el lactante. Sin embargo, tienen un efecto prebiótico y sirven como alimento para las bacterias intestinales, especialmente las bifidobacterias . ^[3]  El predominio de estas bacterias intestinales en el intestino reduce la colonización por bacterias patógenas (probiosis) y, por lo tanto, promueve una microbiota intestinal saludable y reduce el riesgo de infecciones intestinales peligrosas. Estudios recientes sugieren que los HMO reducen significativamente el riesgo de infecciones virales y bacterianas y, por lo tanto, disminuyen la posibilidad de diarrea y enfermedades respiratorias.

Esta función protectora de los HMO se activa cuando entran en contacto con patógenos específicos , como ciertas bacterias o virus . Estos tienen la capacidad de unirse a los receptores de glicano (receptores de cadenas largas de moléculas de azúcar conectadas en la superficie de las células humanas) ubicados en la superficie de las células intestinales y pueden así infectar las células de la mucosa intestinal . Los investigadores han descubierto que los HMO imitan estos receptores de glicano, por lo que los patógenos se unen a los HMO en lugar de a las células intestinales. Esto reduce el riesgo de una infección con un patógeno. ^{[1] [4]} También se ha demostrado que los HMO pueden unirse a varios virus intestinales, como el norovirus y el virus Norwalk , además de que pueden reducir la carga viral de la gripe y el VRS . ^[5]

Además de esto, los HMO parecen influir en la reacción de células específicas del sistema inmunológico de una manera que reduce las respuestas inflamatorias . ^{[1] [6]} También se sospecha que los HMO reducen el riesgo de que los bebés prematuros se infecten con la enfermedad potencialmente mortal enterocolitis necrotizante (ECN). ^[1]

Algunos de los metabolitos afectan directamente al sistema nervioso o al cerebro y, en ocasiones, pueden influir en el desarrollo y el comportamiento de los niños a largo plazo. Hay estudios que indican que ciertos HMO aportan al niño residuos de ácido siálico . El ácido siálico es un nutriente esencial para el desarrollo del cerebro y las capacidades mentales del niño. ^{[1] [6]}

En experimentos diseñados para probar la idoneidad de los HMO como fuente prebiótica de carbono para las bacterias intestinales, se descubrió que son altamente selectivos para una bacteria comensal conocida como Bifidobacteria longum biovar infantis . La presencia de genes exclusivos de B. infantis , incluidas las glicosidasas correguladas, y su eficiencia en el uso de HMO como fuente de carbono pueden implicar una coevolución de los HMO y la capacidad genética de bacterias seleccionadas para utilizarlos. ^[7]

Los oligosacáridos de la leche parecen ser más abundantes en los seres humanos que en otros animales y ser más complejos y variados. ^[8] Los oligosacáridos en la leche de los primates son generalmente más complejos y diversos que en los no primates. ^[1]

Los oligosacáridos de la leche humana (HMO) forman el tercer componente sólido más abundante ( disuelto o emulsionado o suspendido en agua) de la leche humana, después de la lactosa y la grasa . ^[9] Los HMO están presentes en una concentración de 11,3 – 17,7 g/L (1,5 oz/gal – 2,36 oz/gal) en la leche humana, dependiendo de las etapas de la lactancia. ^[10] Se conocen aproximadamente 200 oligosacáridos de la leche humana estructuralmente diferentes, y se pueden clasificar en HMO fucosilados, sialilados y de núcleo neutro. La composición de los oligosacáridos de la leche humana en la leche materna es individual para cada madre y varía durante el período de lactancia . El oligosacárido dominante en el 80% de todas las mujeres es la 2'-fucosil-lactosa , que está presente en la leche materna humana en una concentración de aproximadamente 2,5 g/L; ^[4] Otros oligosacáridos abundantes incluyen la lacto- N -tetraosa , la lacto- N -neotetraosa y la lacto -N -fucopentosa. ^[11] Numerosos estudios han demostrado que la concentración de cada oligosacárido de la leche humana cambia a lo largo de los diferentes períodos de lactancia ( calostro , leche de transición, madura y tardía) y depende de diversos factores, como el estado secretor genético de la madre y la duración de la gestación. ^[10]

• Fórmula infantil: Históricamente, los HMO no formaban parte de la fórmula infantil y los bebés alimentados con biberón no podían beneficiarse de sus efectos positivos para la salud. Sin embargo, recientemente se están añadiendo cada vez más HMO, incluidos 2'-fucosil-lactosa y lacto-N-neotetraosa, como suplementos a la fórmula infantil moderna . ^{[12] [13]} Recientemente, una fórmula infantil con una combinación de 5 HMO diferentes (2'-fucosil-lactosa, 2',3-di-fucosil-lactosa, lacto-N-tetraosa, 3'-sialil-lactosa y 6'-sialil-lactosa) se probó en un ensayo clínico con efectos positivos en la microflora intestinal. ^[14] Sin embargo, es importante señalar que incluso este tipo de fórmula infantil está lejos de la abundancia natural de casi 200 HMO presentes en la leche materna.
• Síndrome del intestino irritable: Los oligosacáridos de la leche humana también se utilizan para tratar los síntomas del síndrome del intestino irritable (SII), un trastorno gastrointestinal que afecta entre el 10 y el 15 % de la población del mundo desarrollado. Un tratamiento de 12 semanas con una mezcla de HMO administrada por vía oral mostró una mejora significativa de la calidad de vida de los pacientes con SII. ^[15]

Todos los HMO derivan de la lactosa, que puede estar decorada con cuatro monosacáridos ( N-acetil-D-glucosamina , D-galactosa , ácido siálico y/o L-fucosa ) para formar un oligosacárido. ^[10] La variabilidad de los HMO en madres humanas depende de dos enzimas específicas , la α1-2-fucosiltransferasa ( FUT2 ) y la α1-3/4-fucosiltransferasa ( FUT3 ). ^[16] La leche de madres con la enzima FUT2 inactivada no contiene HMO α1-2-fucosilados, y de la misma manera con la enzima FUT3 inactivada casi no se encuentran HMO α1-4-fucasilados. Por lo general, el 20% de la población mundial de madres no tiene la enzima FUT2 activa, pero aún tiene una enzima FUT3 activa, mientras que el 1% de las madres no expresan ni las enzimas FUT2 ni FUT3. ^[17]

Los oligosacáridos de la leche humana se pueden sintetizar en grandes cantidades utilizando métodos de fermentación industrial de precisión , por ejemplo, mediante la bacteria no patógena Escherichia coli , de uso común . ^[18] Durante el proceso de fermentación, las bacterias se alimentan con una fuente de carbono (por ejemplo, glucosa), sales, minerales y oligoelementos en condiciones asépticas en un biorreactor de acero inoxidable , mientras que se añade lactosa al proceso como molécula precursora. Las bacterias luego convierten la lactosa en oligosacáridos de la leche humana decorándola con otros monómeros de azúcar. Después del proceso de fermentación, los HMO se separan completamente de las bacterias, las proteínas y el ADN utilizando diferentes técnicas de filtración. ^[18] Posteriormente, los HMO se purifican, cristalizan , se secan, se envasan y se envían a los fabricantes de fórmulas infantiles , donde se mezclan con otros componentes de la fórmula infantil. ^[18]

La síntesis enzimática de HMO a través de la transgalactosilación es una forma eficiente de producción. Se pueden utilizar varios donantes, incluidos p -nitrofenil-β-galactopiranósido, uridina difosfato galactosa y lactosa, en la transgalactosilación. En particular, la lactosa puede actuar como donante o aceptor en una variedad de reacciones enzimáticas y está disponible en grandes cantidades a partir del suero producido como producto de coprocesamiento de la producción de queso. Sin embargo, no hay datos publicados que describan la producción a gran escala de dichos galactooligosacáridos. ^[19]