Sukker i modermælk er en ny klasse af antibakterielle midler

mors mælk, som består af en kompleks og konstant skiftende blanding af proteiner, fedt og sukker, hjælper med at beskytte babyer mod bakterielle infektioner.

I fortiden, videnskabsmænd har koncentreret deres søgen efter kilden til dets antibakterielle egenskaber på de proteiner, den indeholder. Imidlertid, et tværfagligt team af kemikere og læger ved Vanderbilt University har opdaget, at nogle af kulhydraterne i modermælk ikke kun har deres egne antibakterielle egenskaber, men også øger effektiviteten af ​​de antibakterielle proteiner, der også er til stede.

"Dette er det første eksempel på generaliseret, antimikrobiel aktivitet fra kulhydraternes side i modermælk, " sagde adjunkt i kemi Steven Townsend, der ledede undersøgelsen. "En af de bemærkelsesværdige egenskaber ved disse forbindelser er, at de er klart ikke-toksiske, i modsætning til de fleste antibiotika."

Resultaterne blev præsenteret den 20. august på det årlige møde i American Chemical Society i Washington DC af doktorand Dorothy Ackerman og offentliggjort i tidsskriftet ACS Infectious Diseases den 1. juni i et papir med titlen, "Human Milk Oligosaccharides udviser antimikrobielle og anti-biofilm egenskaber mod gruppe B. Streptococcus."

Den grundlæggende motivation for forskningen var det voksende problem med bakteriel resistens over for antibiotika, som Center for Disease Control and Prevention vurderer forårsager 23, 000 dødsfald årligt.

"Vi begyndte at lede efter forskellige metoder til at besejre smitsomme bakterier. Til inspiration, vi henvendte os til en bestemt bakterie, Gruppe B strep. Vi spekulerede på, om dens fælles vært, gravid kvinde, producerer forbindelser, der enten kan svække eller dræbe streptokokker, som er en førende årsag til infektioner hos nyfødte på verdensplan, " sagde Townsend.

I stedet for at søge efter proteiner i modermælk med antimikrobielle egenskaber, Townsend og hans kolleger vendte deres opmærksomhed mod sukkerarterne, som er betydeligt sværere at studere.

"I det meste af det sidste århundrede, biokemikere har hævdet, at proteiner er vigtigst, og sukker er en eftertanke. De fleste mennesker har købt ind i det argument, selvom der ikke er nogen data der understøtter det, Townsend sagde. "Langt mindre er kendt om funktionen af ​​sukker og, som uddannet glykoproteinkemiker, Jeg ville udforske deres rolle."

For at gøre det, forskerne indsamlede humane mælkekulhydrater, også kaldet oligosaccharider, fra en række forskellige donorprøver og profileret dem med en massespektrometriteknik, der kan identificere tusindvis af store biomolekyler samtidigt. Derefter tilsatte de forbindelserne til strep-kulturer og observerede resultatet under mikroskop. Dette viste, at ikke kun nogle af disse oligosaccharider dræber bakterierne direkte, men nogle nedbryder også fysisk de biofilm, som bakterierne danner for at beskytte sig selv.

I en pilotundersøgelse, Townsends laboratorium indsamlede fem prøver. De fandt ud af, at sukker fra én prøve næsten dræbte en hel strep-koloni. I en anden prøve, sukkerarterne var moderat effektive, mens de resterende tre prøver udviste et lavere aktivitetsniveau. I en opfølgende undersøgelse, de tester mere end to dusin ekstra prøver. Indtil nu, to nedbrød de bakterielle biofilm og dræbte bakterierne, fire nedbrød biofilmene, men dræbte ikke bakterierne og to dræbte bakterierne uden at nedbryde biofilmene.

"Vores resultater viser, at disse sukkerarter har en en-to-punch, sagde Townsend. de sensibiliserer målbakterierne, og så dræber de dem. Biologer kalder dette nogle gange 'syntetisk dødelighed', og der er et stort skub for at udvikle nye antimikrobielle lægemidler med denne evne."

Ved at dosere strep-kulturer med en blanding af mælkesukker og antimikrobielle peptider fra menneskespyt, forskerne viste også, at sukkerarternes evne til at nedbryde biofilm også kan øge effektiviteten af ​​de andre antimikrobielle midler, som modermælken indeholder.

I opfølgende undersøgelser har holdet også vist, at mælkesukkernes antimikrobielle aktivitet strækker sig til en række andre smitsomme bakterier, herunder to af de seks "ESKAPE"-patogener, der er den førende årsag til hospitalsinfektioner på verdensplan.

Townsend samarbejder med kolleger i Vanderbilts Mass Spectrometry Research Center for at identificere de specifikke typer af kulhydratmolekyler, der er ansvarlige for de antibakterielle virkninger, de har opdaget.