Testování oligosacharidů mateřského mléka v in vivo podmínkách

Bc. Nikol Modráčková

Master's thesis

Testing of human milk oligosaccharides in vivo conditions

Abstract:

Mikrobiota gastrointestinálního traktu novorozence je poměrně nestálá a způsob porodu významně ovlivňuje její složení. Porod císařskou sekcí je spojen s detekcí hojně zastoupených klostridií a nízkými počty bifidobakterií. Složení kojenecké střevní mikrobioty může být příznivě ovlivňováno a modifikováno podáváním prebiotik, probiotik a synbiotik. Prebiotika jsou nestravitelné složky potravy, které selektivně stimulují růst a aktivitu prospěšných bakterií v tlustém střevě. Probiotika jsou živé mikrobiální doplňky, které příznivě ovlivňují zdravotní stav hostitele. Synbiotika jsou kombinací prebiotik a probiotik. Prvními prebiotiky ve výživě kojence s bifidogenním účinkem jsou oligosacharidy mateřského mléka (OMM). Právě proto je mateřské mléko považováno za zlatý standard ve výživě kojence. Významná probiotická schopnost utilizace mateřského mléka kojeneckou mikrobiotou byla zjištěna u Bifidobacterium longum subsp. infantis. Součástí této diplomové práce je přehled aktuálních informací o kojenecké mikrobiotě a možných způsobech její modifikace, zároveň také souhrn informací o in vivo testování a gnotobiologii. Cílem této práce bylo ověření synbiotického účinku Bifidobacterium longum subsp. infantis s OMM, který byl zjištěn in vitro, také v in vivo podmínkách. Podáváním synbiotika bylo způsobeno snížení počtů klostridií a gram-negativních bakterií in vitro a také in vivo. V in vitro kompetici bylo zároveň detekováno i významné zvýšení počtu bifidobakterií spolu s významnou produkcí acetátu a laktátu. Výstupem in vitro kompetice bylo zjištění, že testovaný bifidobakteriální kmen je potenciálním probiotikem pro kojence a mohl by být použit jako vhodná součást synbiotika spolu s OMM, nebo s mateřským mlékem se schopností snižovat počty potenciálně patogenních bakterií. Synbiotický účinek byl dále testován na myším modelu in vivo, ve kterém byly u pokusných skupin (skupina s OMM a Bifidobacterium longum subsp. infantis a skupina s mateřským mlékem a Bifidobacterium longum subsp. infantis) sníženy počty Clostridium spp. U obou pokusných skupin byla zároveň také detekována specifická imunitní odpověď, která byla zprostředkována zvýšením hladiny IL-6. Nicméně, synbiotický účinek in vivo nebyl potvrzen. Zvířecí modely pravděpodobně nejsou zcela vhodné pro všestranné testování s nasimulováním komplexních podmínek lidského organismu, ale stále jsou nenahraditelné při testování bezpečnosti funkčních potravin.

Abstract:

The colonization of infant gastrointestinal tract by microorganisms is significantly influenced by the mode of delivery. The newborns born via caesarean section have typical composition of microbiota, which is characterized by the presence of clostridia and low bifidobacterial counts. Infant microbiome is quite unstable and the composition of infant gut can be modified by using of prebiotics, probiotics and synbiotics. Actually, prebiotics are indigestible food components that promote the growth and activity of beneficial bacteria in the colon. Probiotics are live microbial supplements, which favourably influence the host's health by improving intestinal microbial balance. Human milk oligosaccharides (HMOs) are the first bifidogenic prebiotics in infant colon. Moreover, HMOs are contained in human milk (HM), which is the gold standard for nourishment of newborns and infants. Moreover, naturally occurring infant probiotic strain Bifidobacterium longum subsp. infantis reveals adaptations for milk utilization. Finally, synbiotics are consisted of a combination of prebiotics and probiotics. This study summarises the current knowledge on the infant microbiome and its modifications and also in vivo testing and gnotobiology. The aim of this study was to verify and evaluate detected in vitro synbiotic effect of Bifidobacterium longum subsp. infantis and HMOs or HM in vivo conditions in humanized mice in presence of faecal microbiota from infants who were born by caesarean section. The administration of synbiotics reduced the counts of Clostridium spp. and gram-negative bacteria in vitro and also in vivo. A significant increase of bifidobacteria and production of acetate and lactate was determined after in vitro competition and also it has been proven that tested bifidobacteria is a suitable potential probiotic strain for infants and could act as synbiotics together with HMOs or HM and it also could decrease the counts of potentially pathogenic bacteria in infant gut. Another testing procedure was to confirm the synbiotic effect in vivo in the mouse model. Unfortunately, the synbiotic effect found in vitro assay did not correlate with in vivo findings. However, there were significantly decreased counts of Clostridium spp. in both experimental groups (HMOs + B. longum subsp. infantis and HM + B. longum subsp. infantis) and there was also a specific immune response detected by the increased level of IL-6. Animal models are probably not ideal perfect replacement for human conditions, but are necessarily for testing the safety of functional food.

Keywords

oligosacharidy mateřského mléka, probiotikum, in vivo, FISH

Keywords

human milk oligosaccharides, probiotic, in vivo, FISH

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Šárka Musilová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Nutrition and Foodstuffs / Nutrition and Foodstuffs