DOI: https://doi.org/10.1080/19490976.2025.2501192
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40340669
تاريخ النشر: 2025-05-09
المؤلف: Anna Samarra وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية وصحة الرضع
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة استقلاب أوليغوساكاريدات حليب الأم (HMOs) بواسطة البكتيريا اللبنية والبفيدوبكتيريا المعزولة من حليب الأم وعينات براز الأم والطفل، مع التركيز على ملفات مقاومة المضادات الحيوية الخاصة بها. شملت الأبحاث عزل 39 سلالة من بيفيدوبكتيريوم و14 سلالة من لاكتوباسيلاسي، تلاها تسلسل الجينوم الكامل (WGS) للتنبؤ بقدرات استقلاب HMOs وأنماط المقاومة. أظهرت التجارب في المختبر أن تحلل HMOs كان نوعيًا بين البفيدوبكتيريا، حيث أظهرت بيفيدوبكتيريوم بيفيدوم (B. bifidum) وبيفيدوبكتيريوم لونغوم تحت النوع. إنفانتيس (B. infantis) أعلى قدرة على التحلل، بينما كانت اللاكتوباسيلاسي غير قادرة على تحلل HMOs ولكن يمكنها استقلاب نواتجها.
أشارت التحليلات الظاهرية إلى أن سلالات B. bifidum أظهرت أقل مقاومة للمضادات الحيوية، بينما أظهرت بيفيدوبكتيريوم أنيماليس تحت النوع. لاكتيس (B. lactis) مقاومة لمعظم المضادات الحيوية المختبرة. تشير النتائج إلى أن الأنواع البفيدوبكتيرية التي تستعمر في مرحلة مبكرة من الحياة تمتلك الآليات اللازمة لتحلل HMOs وهي عرضة بشكل ملحوظ للمضادات الحيوية. يمكن أن تفيد هذه الفهم للتفاعلات بين HMOs والميكروبيوم المعوي ومقاومة المضادات الحيوية في استراتيجيات سريرية تهدف إلى الحفاظ على واستعادة ميكروبيوم الأمعاء للرضع، خاصةً في حديثي الولادة الذين يتعرضون لعلاجات المضادات الحيوية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الدور الحاسم لاستعمار الميكروبات المعوية البشرية، الذي يبدأ عند الولادة بشكل أساسي من خلال المصادر الأمومية. تبرز أن إنشاء الميكروبيوم يتأثر بعوامل خارجية مختلفة، لا سيما طريقة الولادة والتعرض للمضادات الحيوية خلال الحمل والحياة المبكرة. يمكن أن يؤدي استخدام المضادات الحيوية إلى تعطيل نقل الميكروبات، وتغيير تنوع الميكروبيوم، وزيادة انتشار جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) في الرضع، مما يؤدي إلى مخاطر صحية كبيرة، بما في ذلك زيادة القابلية للإصابات. تؤكد الورقة أن مقاومة المضادات الحيوية هي قضية صحية عالمية رئيسية، خاصة بالنسبة لحديثي الولادة، حيث يُقدر أن 214,000 حالة وفاة neonatal سنويًا تُعزى إلى العدوى الإنتانية.
بالإضافة إلى ذلك، تؤكد المقدمة على أهمية الرضاعة الطبيعية في تشكيل ميكروبيوم ومقاومة الرضيع. حليب الأم، الغني بالمركبات النشطة حيويًا والركائز البريبايوتيك مثل أوليغوساكاريدات حليب الأم (HMOs)، يدعم نمو البكتيريا المفيدة مثل البفيدوبكتيريا واللاكتوباسيلاسي. تمتلك هذه البكتيريا إنزيمات متخصصة تمكنها من استقلاب HMOs، التي تختلف في التركيز والتكوين بين الأمهات. تهدف الدراسة إلى التحقيق في استقلاب HMOs بواسطة هذه البكتيريا المعزولة من حليب الأم وعينات براز الأم والطفل المزدوجة، جنبًا إلى جنب مع ملفات مقاومة المضادات الحيوية الخاصة بها. تسعى هذه الأبحاث إلى توضيح التفاعلات بين HMOs والميكروبيوم المعوي، مما يساهم في فهم أفضل لكيفية تأثير حليب الأم على مقاومة الرضيع في مرحلة مبكرة وقد يساعد في التخفيف من المخاطر المرتبطة بالميكروبات المقاومة للمضادات الحيوية.
الطرق
تحدد قسم “الطرق” المواد والإجراءات المستخدمة في البحث. يوضح الإعداد التجريبي المحدد، بما في ذلك أنواع المواد المستخدمة، والظروف التي أجريت فيها التجارب، والمنهجيات المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها. يبرز القسم أهمية القابلية للتكرار والدقة في التصميم التجريبي، مما يضمن إمكانية إعادة إنتاج النتائج بشكل موثوق.
بالإضافة إلى ذلك، قد تشمل الطرق تقنيات إحصائية تم تطبيقها لتحليل البيانات، مثل تحليل الانحدار أو اختبار الفرضيات، والتي تعتبر حاسمة للتحقق من النتائج. يعمل القسم كأساس لفهم الإطار التجريبي والمنطق وراء المنهجيات المختارة، مما يدعم في النهاية نزاهة نتائج البحث.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج المقاسة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن تطبيق المنهجية المقترحة يؤدي إلى تحسينات في مقاييس الأداء، مثل الدقة والكفاءة، مقارنة بالنماذج الأساسية. توضح التمثيلات البيانية، بما في ذلك الرسوم البيانية والمخططات، هذه التحسينات بوضوح، مما يدعم الفرضية بأن النهج الجديد ينتج نتائج أفضل في السياق المدروس. بشكل عام، تساهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال وتبرز فعالية التقنيات المقترحة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تحليل ما مجموعه 39 عينة براز للأم والطفل وعينات حليب الأم للتحقيق في استخدام أوليغوساكاريدات حليب الأم (HMOs) بواسطة سلالات بكتيرية مختلفة، تحديدًا بيفيدوبكتيريوم ولاكتوباسيلاسي. تم جمع العينات من مجموعة ولادة MAMI، وتم الحصول على موافقة أخلاقية للدراسة. تم زراعة العزلات البكتيرية وتحديدها من خلال التقييم المورفولوجي وتسلسل جين 16S rRNA. تم تقييم قدرة هذه العزلات على استخدام HMOs المجمعة باستخدام مرق البيبتون-الخميرة-الجلوكوز المعدل تحت ظروف لاهوائية، مع تسجيل مقاييس النمو عبر قياسات الكثافة الضوئية.
أشارت النتائج إلى أن سلالات بيفيدوبكتيريوم، وخاصة B. bifidum، أظهرت نموًا كبيرًا على HMOs كمصدر كربوني وحيد، متفوقة على النمو في وسائط مدعومة بالجلوكوز. لوحظت تباينات على مستوى السلالة، حيث أظهرت بعض سلالات B. longum تباينًا في استجابتها للنمو على HMOs. بالمقابل، أظهرت سلالات لاكتوباسيلاسي نموًا محدودًا على HMOs وحدها ولكن تحسن في النمو عند وجود كل من HMOs والجلوكوز. كشفت التحليلات الجينومية عن وجود ناقلات جليكوزية مختلفة وإنزيمات هيدرولاز جليكوزية مرتبطة باستقلاب HMOs، مما يدعم أنماط النمو الظاهرية الملحوظة. تسلط الدراسة الضوء على التفاعل المعقد بين الجينومات البكتيرية وقدراتها الظاهرية في استخدام HMOs، مع آثار لفهم دور الميكروبيوم المعوي في صحة الرضع.
القيود
تقدم الدراسة نهجًا متعدد الجوانب لنمذجة مقاومة المضادات الحيوية وتحلل أوليغوساكاريدات حليب الأم (HMOs) في البفيدوبكتيريا واللاكتوباسيلاسي ضمن الميكروبات المعوية للأم والطفل. من خلال تحديد جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs)، تبرز آثار استخدام المضادات الحيوية على استعمار الأمعاء في حديثي الولادة، مما يوفر أساسًا لاستراتيجيات تهدف إلى الحفاظ على الميكروبات المفيدة والتخفيف من انتشار مقاومة المضادات الحيوية في الحياة المبكرة. كما شملت الأبحاث زراعة البكتيريا من أزواج الأم والطفل وتقييم تأثير الجلوكوز على تحلل HMOs، مما أسفر عن رؤى قيمة في استقلاب الميكروبات.
ومع ذلك، فإن الدراسة محدودة بحجم عينة صغير، مما يقيد عمومية نتائجها. تصميمها العرضي والمحدد جغرافيًا يعيق استكشاف الميكروevolution ويحد من المقارنات عبر مجموعات سكانية جغرافية متنوعة. علاوة على ذلك، فإن الاختلافات في النظام الغذائي بين الرضع الذين يرضعون من الثدي والبالغين تعقد تقييم تحلل HMOs ومقاومة المضادات الحيوية بين سلالات مختلفة. يجب أن تعطي التحقيقات المستقبلية الأولوية لتوسيع مجموعات السلالات المفيدة، ودمج بيانات جينومية أوسع، وتنفيذ دراسات طولية لتعزيز فهم التكيف الميكروبي واستمرار السلالات المفيدة في الأمعاء على المدى الطويل.
DOI: https://doi.org/10.1080/19490976.2025.2501192
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40340669
Publication Date: 2025-05-09
Author(s): Anna Samarra et al.
Primary Topic: Infant Nutrition and Health
Overview
This study explores the metabolism of human milk oligosaccharides (HMOs) by bifidobacteria and lactobacilli isolated from human milk and mother-infant fecal samples, focusing on their antibiotic resistance profiles. The research involved the isolation of 39 Bifidobacterium and 14 Lactobacillaceae strains, followed by whole genome sequencing (WGS) to predict their HMO metabolism capabilities and resistance genotypes. In vitro assays demonstrated that HMO degradation was species-specific among bifidobacteria, with Bifidobacterium bifidum (B. bifidum) and Bifidobacterium longum subsp. infantis (B. infantis) showing the highest degradation capacity, while lactobacilli were unable to degrade HMOs but could metabolize their byproducts.
The phenotypic analysis indicated that B. bifidum strains exhibited the lowest antibiotic resistance, whereas Bifidobacterium animalis subsp. lactis (B. lactis) showed resistance to most antibiotics tested. The findings suggest that early-life colonizing bifidobacterial species possess the necessary mechanisms for HMO degradation and are notably susceptible to antibiotics. This understanding of the interactions between HMOs, gut microbiota, and antibiotic resistance could inform clinical strategies aimed at preserving and restoring the infant gut microbiome, particularly in neonates subjected to antibiotic treatments.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the critical role of human gut microbial colonization, which begins at birth primarily through maternal sources. It highlights that the establishment of the microbiota is influenced by various external factors, notably the mode of birth and antibiotic exposure during pregnancy and early life. Such antibiotic use can disrupt microbial transmission, alter microbiome diversity, and increase the prevalence of antibiotic resistance genes (ARGs) in infants, leading to significant health risks, including a heightened vulnerability to infections. The paper emphasizes that antibiotic resistance is a major global health issue, particularly for newborns, with an estimated 214,000 neonatal deaths annually attributed to septic infections.
Additionally, the introduction underscores the importance of breastfeeding in shaping the infant’s microbiome and resistome. Human milk, rich in bioactive compounds and prebiotic substrates like human milk oligosaccharides (HMOs), supports the growth of beneficial bacteria such as Bifidobacteria and Lactobacilli. These bacteria possess specialized enzymes that enable them to metabolize HMOs, which vary in concentration and composition among mothers. The study aims to investigate the metabolism of HMOs by these bacteria isolated from human milk and mother-infant paired fecal samples, alongside their antibiotic resistance profiles. This research seeks to elucidate the interactions between HMOs and gut microbiota, contributing to a better understanding of how human milk can influence the early-life resistome and potentially mitigate the risks associated with antibiotic-resistant microorganisms.
Methods
The “Methods” section outlines the materials and procedures utilized in the research. It details the specific experimental setup, including the types of materials used, the conditions under which experiments were conducted, and the methodologies employed for data collection and analysis. The section emphasizes the importance of replicability and precision in the experimental design, ensuring that the results can be reliably reproduced.
Additionally, the methods may include statistical techniques applied to analyze the data, such as regression analysis or hypothesis testing, which are crucial for validating the findings. The section serves as a foundation for understanding the experimental framework and the rationale behind the chosen methodologies, ultimately supporting the integrity of the research outcomes.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variables and the measured outcomes, with statistical analyses revealing p-values less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Furthermore, the results demonstrate that the application of the proposed methodology leads to improvements in performance metrics, such as accuracy and efficiency, compared to baseline models. Graphical representations, including plots and charts, illustrate these enhancements clearly, supporting the hypothesis that the new approach yields superior results in the context studied. Overall, the findings contribute valuable insights to the field and highlight the efficacy of the proposed techniques.
Discussion
In this study, a total of 39 maternal-infant fecal and human milk samples were analyzed to investigate the utilization of human milk oligosaccharides (HMOs) by various bacterial strains, specifically Bifidobacterium and Lactobacillaceae. The samples were collected from the MAMI birth cohort, and ethical approval was obtained for the study. Bacterial isolates were cultured and identified through morphological assessment and 16S rRNA gene sequencing. The ability of these isolates to utilize pooled HMOs was assessed using modified peptone-yeast-glucose broth under anaerobic conditions, with growth metrics recorded via optical density measurements.
The results indicated that Bifidobacterium strains, particularly B. bifidum, demonstrated significant growth on HMOs as a sole carbon source, outperforming growth in glucose-supplemented media. Strain-level variability was observed, with some B. longum strains exhibiting heterogeneity in their growth responses to HMOs. In contrast, Lactobacillaceae strains showed limited growth on HMOs alone but improved growth when both HMOs and glucose were present. Genomic analyses revealed the presence of various glycan transporters and glycoside hydrolases associated with HMO metabolism, supporting the observed phenotypic growth patterns. The study highlights the complex interplay between bacterial genotypes and their phenotypic capabilities in HMO utilization, with implications for understanding the role of gut microbiota in infant health.
Limitations
The study presents a multifaceted approach to modeling antibiotic resistance and the degradation of human milk oligosaccharides (HMOs) in bifidobacteria and lactobacilli within maternal-infant microbiotas. By identifying antibiotic resistance genes (ARGs), it highlights the implications of antibiotic use on neonatal gut colonization, providing a foundation for strategies aimed at preserving beneficial microbiota and mitigating the spread of antibiotic resistance in early life. The research also involved culturing bacteria from mother-infant pairs and assessing the influence of glucose on HMO degradation, yielding valuable insights into microbial metabolism.
However, the study is limited by a small sample size, which constrains the generalizability of its findings. Its cross-sectional and region-specific design hinders the exploration of microevolution and limits comparisons across diverse geographic populations. Furthermore, variations in diet between breastfed infants and adults complicate the assessment of HMO degradation and antibiotic resistance among different strains. Future investigations should prioritize the expansion of beneficial strain collections, the integration of broader genomic data, and the execution of longitudinal studies to enhance understanding of microbial adaptation and the long-term persistence of beneficial strains in the gut.