Международная группа молекулярных биологов под руководством Люси Крауч из Бирмингемского университета обнаружила ранее неизвестный механизм, с помощью которого некоторые полезные бактерии кишечника младенцев получают питательные вещества из грудного молока. Открытие поможет приблизить состав детских смесей к грудному молоку, пишет «Мел» со ссылкой на материал научного журнала Nature Communications.
Грудное молоко содержит не только жиры, белки и привычные углеводы, но и множество других биологически активных молекул. Они помогают полезным микроорганизмам расти и взаимодействовать с организмом ребенка, кишечник которого после появления на свет постепенно заселяют различные микроорганизмы, формируется сложное микробное сообщество.
Большую роль в этом микробном сообществе играют бифидобактерии. Они особенно хорошо приспособлены к питательным веществам, содержащимся в грудном молоке и помогают формировать микробной среду младенца. Но ученые все еще не до конца понимают, как бифидобактерии используют все компоненты естественного питания. Часть их пока не удается воспроизвести в лаборатории и добавить в детские смеси.
Исследователи Бирмингемского университета сосредоточились на N-гликанах. Это особые углеводные структуры, которые присоединяются к белкам. Они встречаются в разных тканях и клетках человеческого организма, в том числе на поверхности антител, а также присутствуют в грудном молоке.
Ученые уже выяснили, что некоторые виды бифидобактерий способны использовать эти молекулы как источник энергии. Но было неясно, как микроорганизмы получают доступ к сахарам, если те соединены с белковыми фрагментами.
Разбираясь в этом, исследователи изучили несколько видов бифидобактерий, выделенных из кишечника младенцев. Они выяснили, что некоторые из этих микроорганизмов производят фермент PNGaseA, который помогает им отделять N-гликаны от коротких белковых цепочек. Освободившиеся углеводы становятся доступными для бактерий и могут использоваться ими в качестве питательных веществ.
Особенность обнаруженного механизма заключается в избирательности фермента. PNGaseA распознает не любые соединения с углеводами, а определенные N-гликаны, связанные именно с короткими фрагментами белков. Такие молекулы встречаются в грудном молоке, но отсутствуют в современных детских молочных смесях.
Так ученые выявили еще один способ, с помощью которого компоненты естественного питания поддерживают жизнедеятельность бактерий, характерных для кишечника младенцев.
Ранее фермент PNGaseA связывали преимущественно с другими биологическими процессами, в частности с переработкой компонентов клеток у животных и растений. Теперь же выяснилось, что некоторые кишечные бактерии используют его для добычи питательных веществ из окружающей среды.
Ученые впервые получили структуру фермента PNGase, связанного с N-гликопептидом — соединением из короткого белкового фрагмента и присоединенного к нему углевода. Это позволило рассмотреть, как фермент распознает сразу две части молекулы: и сахар, и белковую цепочку, к которой тот прикреплен.
«Это открытие показывает, насколько сложна микробная среда кишечника младенца, питающегося грудным молоком. Мы были искренне удивлены, обнаружив, что кишечные бактерии используют PNGaseA для получения питательных веществ и, возможно, тем самым способствуют формированию здорового микробного сообщества», — сказала Люси Крауч.
Понимание того, какими именно веществами питаются полезные кишечные бактерии и как они получают к ним доступ, может помочь в разработке новых компонентов детского питания.
Ученые рассчитывают использовать эти знания для создания смесей, которые будут лучше воспроизводить свойства грудного молока и содержать дополнительные питательные вещества для поддержки бифидобактерий и других представителей нормальной микрофлоры.
Это особенно актуально для младенцев, которые по разным причинам не получают грудное молоко. Добавление в смеси подходящих компонентов может помочь создать условия для формирования у них более разнообразного и благоприятного кишечного микробного сообщества.
