Struttura molecolare della latto-N-biosidasi LnbX, un enzima da un batterio simbiotico (B. longum) nell'intestino dei bambini per abbattere gli zuccheri nel latte materno. Credito:Yamada e Gotoh et al.
Il latte materno fornisce nutrienti vitali non solo ai neonati, ma anche ai microbi benefici che abitano il tratto gastrointestinale. Uno studio pubblicato il 6 aprile in Biologia chimica cellulare mostra che una specie batterica chiamata Bifidobacterium longum si è adattato con successo alla nicchia unica dell'intestino infantile producendo un enzima chiamato LnbX, che consente a questo microbo di crescere su uno zucchero abbondante solo nel latte umano.
"Dati gli effetti salutari dei bifidobatteri, i nostri risultati rivelano un possibile percorso evolutivo per la simbiosi guidata dal latte materno tra i microbi intestinali e gli esseri umani, ", afferma l'autore senior dello studio Takane Katayama dell'Università di Kyoto.
Si ritiene che i microbi intestinali nei primi anni di vita abbiano effetti di lunga durata sulla salute umana, e gli studi hanno dimostrato che la dieta influenza fortemente la composizione di questa popolazione. Per esempio, è noto che gli zuccheri del latte umano promuovono selettivamente la crescita di microbi intestinali benefici come i bifidobatteri, che prevengono la diarrea e l'infezione patogena nei neonati. Uno dei componenti principali del latte umano è uno zucchero chiamato latto-N-tetraosio, che è praticamente assente nel latte di altri mammiferi. I bifidobatteri producono enzimi che scompongono questo zucchero, suggerendo fortemente che una relazione simbiotica si è recentemente evoluta tra questi microrganismi e gli esseri umani.
Indagando su come si è evoluta questa relazione simbiotica, Katayama e il co-autore senior dello studio Shinya Fushinobu dell'Università di Tokyo hanno precedentemente caratterizzato LnbB e isolato LnbX, enzimi che degradano il latto-N-tetraosio in Bifidobacterium bifidum e Bifidobacterium longum , rispettivamente. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno deciso di basarsi su questi risultati determinando la struttura cristallina a raggi X del dominio catalitico di LnbX. La struttura cristallina, in combinazione con mutazioni e esperimenti farmacologici, ha rivelato che LnbX ha una struttura e un meccanismo catalitico distinti da LnbB e quindi appartiene a una nuova famiglia di enzimi glicosidici idrolasi chiamati GH136.
Gli oligosaccaridi del latte umano promuovono selettivamente la crescita dei bifidobatteri nell'intestino del neonato. Questo abstract visivo descrive i risultati di Yamada e Gotoh et al., che forniscono la base strutturale della latto-N-biosidasi (LnbX), un fattore enzimatico chiave per la crescita e la proliferazione di B. longum nei neonati allattati al seno. Credito:Yamada e Gotoh et al./ Biologia chimica cellulare 2017
"Nonostante B. longum e B. bifidum appartengono allo stesso genere e abitano lo stesso ambiente, usano diversi enzimi per scomporre il latto-N-tetraosio, sfruttando le varie strutture di questo unico zucchero del latte umano, " Fushinobu dice. "I risultati suggeriscono che diversi ceppi e specie di bifidobatteri benefici hanno sviluppato indipendentemente strumenti molecolari distinti per digerire lo stesso zucchero del latte umano, spiegando la loro capacità di coesistere e prosperare nel tratto gastrointestinale dei bambini allattati con latte materno".
Ulteriori esperimenti hanno mostrato che il gene lnbX è fondamentale per la capacità di B. longum crescere specificamente su latto-N-tetraosio. Inoltre, un'analisi del DNA fecale ha rivelato che B. longum e il gene lnbX era più abbondante nel tratto gastrointestinale di dieci neonati che consumavano esclusivamente latte materno rispetto a sei neonati alimentati con una miscela di latte artificiale e latte materno. "Presi insieme, questi risultati suggeriscono che lnbX è importante per B. longum persistere nell'ecosistema intestinale dei bambini allattati con latte materno, e gli zuccheri del latte umano sono stati la principale pressione selettiva per l'evoluzione di lnbX, " dice Katayama.
Negli studi futuri, i ricercatori studieranno se altre specie di bifidobatteri producono enzimi diversi per digerire gli zuccheri del latte materno. Cercheranno anche metaboliti bifidobatterici che promuovono la salute dei bambini. Alla fine, questa ricerca potrebbe migliorare il latte artificiale attraverso la fortificazione con composti batterici benefici, o con enzimi microbici che sono stati manipolati per effettuare la reazione inversa e sintetizzare gli zuccheri del latte umano a basso costo e su larga scala.
"Sebbene l'allattamento al seno durante il primo anno di vita sia raccomandato nella maggior parte dei casi, alcune madri devono fare affidamento sul latte artificiale perché hanno infezioni virali o non producono latte con nutrienti chiave come lo zinco, " dice Katayama. "Pertanto, lo sviluppo di nuove strategie per fortificare il latte artificiale con ingredienti che promuovono la salute sarà particolarmente critico in questi rari casi in cui l'allattamento al seno non è possibile".
