DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-024-06628-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39098939
تاريخ النشر: 2024-08-04
المؤلف: Florac De Bruyn وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية وصحة الرضع
الطرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون المنهجيات المستخدمة لتحليل الفروق في الميكروبيوتا المرتبطة بشروط تجريبية مختلفة. استخدموا تسلسل 16S rDNA لتحديد كثافات الخلايا المحددة للأنواع، والتي تم رسمها بعد ذلك على إجمالي عدد الخلايا التي تم الحصول عليها عبر قياس التدفق الخلوي. لتوحيد البيانات، تم تحويل كثافات الخلايا عن طريق طرح المتوسط العام والقسمة على الانحراف المعياري، مما أسفر عن متغير بمتوسط 0 وانحراف معياري 1. تم إجراء نمذجة كثافة الخلايا لكل نوع بكتيري باستخدام نهج احتمالية غاوسية، حيث تأثر المتوسط بمساهمات من عوامل تجريبية مختلفة، بما في ذلك الحالة، والعمر، وحالة المستجيب، والوقت.
بالإضافة إلى ذلك، طور المؤلفون مقياس تواجد مستمر لتقييم العلاقة بين نوعين تحت ظروف تجريبية محددة وأعمار المتبرعين. تم تعريف هذا المقياس بحيث يساوي صفرًا إذا كان لدى أي نوع كثافة صفر؛ وإلا، تم حسابه كمتوسط كثافات الخلايا المجمعة لكلا النوعين. تم بعد ذلك تطبيع قيم التواجد إلى نطاق بين 0 و 1. أخيرًا، تم تصور شبكة التواجد باستخدام تخطيط كامادا-كاواي، مما سهل تمثيل شامل للتفاعلات بين الأنواع.
النتائج
تشير النتائج إلى وجود تآزر كبير بين *Bifidobacterium longum* subsp. *infantis* LMG 11588 وأوليغوسكريدات حليب الأم (HMOs)، مما أدى إلى زيادة إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs) في عينات براز الرضع. عند إضافة مزيج من ستة HMOs متكيفة مع العمر (6-HMO)، كان إجمالي إنتاج SCFA أعلى بشكل ملحوظ، مدفوعًا بشكل أساسي بالأسيتات، حيث أظهر المستجيبون الأساسيون (المتبرعون A و B و C) ضعف إنتاج SCFA مقارنة بالمستجيبين القابلين للتحفيز (المتبرعون D و E و F) عندما كان 6-HMO موجودًا فقط. ومع ذلك، فإن إضافة *B. infantis* LMG 11588 عززت إنتاج SCFA عبر جميع المتبرعين، مع ملاحظة التأثيرات الأكثر وضوحًا في المجموعة القابلة للتحفيز.
كشفت التحليلات الإضافية أن الفروق في إنتاج SCFA كانت مرتبطة بمدى استهلاك HMO، الذي تأثر بشكل كبير بوجود *B. infantis* LMG 11588. أظهر المستجيبون الأساسيون استهلاكًا سريعًا وكاملاً لـ HMO، بينما أظهر المستجيبون القابلون للتحفيز استخدامًا محدودًا لـ HMO دون البروبيوتيك. من المثير للاهتمام أن هذا التمييز في استهلاك HMO وإنتاج SCFA تضاءل في المتبرعين من عمر الأطفال الصغار، مما يشير إلى نضوج الميكروبيوتا المعوية الذي أتاح استقلاب HMO بشكل أكثر كفاءة. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على التفاعلات المعقدة بين البروبيوتيك وHMOs في تشكيل وظيفة الميكروبيوتا المعوية والمخرجات الأيضية في الرضع.
المناقشة
في هذه الدراسة، استكشف المؤلفون التأثيرات التآزرية للبروبيوتيك *Bifidobacterium longum* subsp. *infantis* LMG 11588 ومزيج من ستة أوليغوسكريدات حليب الأم (HMOs) في مفاعلات حيوية لزراعة القولون ex vivo مزروعة بميكروبيوتا براز من الرضع والأطفال الصغار. أظهرت النتائج أن الجمع بين HMOs و*B. infantis* أدى إلى استهلاك سريع وكامل لـ HMO، مما زاد بشكل كبير من إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA) مقارنة بالمكونات الفردية. من الجدير بالذكر أنه بينما تم استقلاب بعض HMOs بواسطة متبرعين محددين من الرضع دون *B. infantis*، أظهر جميع المتبرعين زيادة في إنتاج SCFA عند إضافته. حددت الدراسة أنواعًا بكتيرية متميزة مرتبطة بأنماط استجابة HMO مختلفة، مما يبرز أهمية اختيار البروبيوتيك والمواد السابقة المناسبة لتطوير سينبيوتيكات فعالة يمكن أن تفيد الرضع، خاصة أولئك الذين يفتقرون إلى الوصول الكافي إلى حليب الأم.
كما سلطت النتائج الضوء على نضوج الميكروبيوتا المعوية في مراحل الحياة المبكرة، حيث تلعب *B. infantis* دورًا مركزيًا في التفاعلات الميكروبية وإنتاج SCFA. كشفت الدراسة عن تمييز بين المستجيبين الأساسيين والقابلين للتحفيز لـ HMO، مدفوعًا بوجود أنواع معينة من الميكروبات التي تستخدم HMO. من المثير للاهتمام أن هذا التمييز كان أقل وضوحًا في المتبرعين من الأطفال الصغار، مما يشير إلى تقارب في تركيب الميكروبيوتا مع تقدم الأطفال في العمر. خلص المؤلفون إلى أن العلاقة التآزرية بين *B. infantis* وHMOs يمكن استغلالها لتعزيز صحة الأمعاء ووظيفة المناعة في الرضع، خاصة في السياقات التي يكون فيها الوصول إلى حليب الثدي محدودًا. الدراسات المستقبلية في vivo ضرورية للتحقق من هذه النتائج ex vivo واستكشاف المزيد من الآثار على تغذية وصحة الرضع.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-024-06628-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39098939
Publication Date: 2024-08-04
Author(s): Florac De Bruyn et al.
Primary Topic: Infant Nutrition and Health
Methods
In this section, the authors describe the methodologies employed to analyze microbiota differences associated with various experimental conditions. They utilized 16S rDNA sequencing to determine taxa-specific cell densities, which were then mapped onto total cell counts obtained via flow cytometry. To standardize the data, cell densities were transformed by subtracting the grand mean and dividing by the standard deviation, resulting in a variable with a mean of 0 and a standard deviation of 1. The modeling of cell density for each bacterial taxon was conducted using a Gaussian likelihood approach, where the mean was influenced by contributions from different experimental factors, including condition, age, responder status, and time.
Additionally, the authors developed a continuous co-occurrence metric to assess the relationship between two taxa under specific experimental conditions and donor ages. This metric was defined such that it equaled zero if either taxon had a density of zero; otherwise, it was calculated as the average of the summed cell densities of both taxa. The co-occurrence values were subsequently normalized to a range between 0 and 1. Finally, a co-occurrence network was visualized using the Kamada-Kawai layout, facilitated by the ggraph package, enabling a comprehensive representation of the interactions among taxa.
Results
The results indicate a significant synergy between Bifidobacterium longum subsp. infantis LMG 11588 and human milk oligosaccharides (HMOs), leading to increased production of short-chain fatty acids (SCFAs) in infant fecal samples. When supplemented with a mix of six age-adapted HMOs (6-HMO), total SCFA production was notably higher, predominantly driven by acetate, with basal HMO responders (donors A, B, and C) exhibiting twice the SCFA production compared to inducible responders (donors D, E, and F) when only 6-HMO was present. However, the addition of B. infantis LMG 11588 enhanced SCFA production across all donors, with the most pronounced effects observed in the inducible group.
Further analysis revealed that the differences in SCFA production were linked to the extent of HMO consumption, which was significantly influenced by the presence of B. infantis LMG 11588. Basal responders demonstrated rapid and complete HMO consumption, while inducible responders showed limited HMO utilization without the probiotic. Interestingly, this distinction in HMO consumption and SCFA production diminished in toddler age donors, suggesting a maturation of the gut microbiota that enabled more efficient HMO metabolism. Overall, the study highlights the complex interactions between probiotics and HMOs in shaping gut microbiota functionality and metabolic outputs in infants.
Discussion
In this study, the authors explored the synergistic effects of the probiotic *Bifidobacterium longum* subsp. *infantis* LMG 11588 and a blend of six human milk oligosaccharides (HMOs) in ex vivo colonic incubation bioreactors seeded with fecal microbiota from infants and toddlers. The results demonstrated that the combination of HMOs and *B. infantis* led to rapid and complete HMO consumption, significantly enhancing short-chain fatty acid (SCFA) production compared to the individual components. Notably, while some HMOs were metabolized by specific infant donors without *B. infantis*, all donors exhibited increased SCFA production upon its supplementation. The study identified distinct bacterial taxa associated with varying HMO response patterns, emphasizing the importance of selecting appropriate pre- and probiotics for developing effective synbiotics that could benefit infants, particularly those lacking sufficient access to human milk.
The findings also highlighted the maturation of gut microbiota in early life, with *B. infantis* playing a central role in microbial interactions and SCFA production. The study revealed a distinction between basal and inducible HMO responders, driven by the presence of specific HMO-utilizing taxa. Interestingly, this distinction was less pronounced in toddler donors, suggesting a convergence in microbiota composition as children age. The authors concluded that the synergistic relationship between *B. infantis* and HMOs could be leveraged to enhance gut health and immune function in infants, particularly in contexts where access to breast milk is limited. Future in vivo studies are warranted to validate these ex vivo findings and further explore the implications for infant nutrition and health.