Topic #18. Human Milk Composition: Enzymes, Growth Factors and MicroRNAs
November 15, 2024
Enzymes
Let’s discuss a few of the many enzymes found in human milk.
Lysozyme
Lysozyme is found in the whey portion of human milk. It functions as an antimicrobial agent by interrupting the structure of bacterial cell walls. Lysozyme protects infants against dangerous bacteria like E. coli and Salmonella.
As lysozyme is found in large concentrations in the stools of breastfed infants but not in the stools of formula fed infants, it is thought to influence the flora (microbiome) of the GI tract. What is most interesting about lysozyme is that its amount increases during lactation, starting at 6 months, when infants begin solid foods.
“Human lysozyme is antigenically and serologically different from the bovine (cow’s milk) enzyme. The content in human milk is 3000 times that in bovine milk and the activity 100 times that of bovine milk.” (1)
Lipase
Remember most enzymes end in -ase.
Lipase helps digest fat, breaking it down into fatty acids and glycerol.
An unusual fact is that bile salt-stimulated lipase is only found in the milk of humans and mountain gorillas. This has an antiprotozoal action - for example would kill diarrhea-causing Giardia.
Lipase is responsible for frozen human milk that has a metallic, soapy smell and taste once defrosted. When this happens, the nutritive properties of the milk are not affected.
Amylase
Amylase helps digest starch. The infant’s pancreas doesn’t start producing amylase until around 6 months of age so the amylase in breast milk helps the infant digest starch early on.
Other enzymes include: alkaline phosphatase, peroxidases (xanthine oxidase, sulfhydryl oxidase, glutathione peroxidase). (Reference 2)
Growth Factors
Recall that colostrum contains a pronounced concentration of growth factors. It’s the G in the acronym, LLAMAS Pee Gold.
Epidermal growth factor (EGF)
EGF is a major growth-promoting factor in human milk that causes an increase in the number of cells of the intestinal mucosa and epithelium and strengthens the mucosal barrier to antigens. Colostrum contains a lot of EGF – right at a time when the infant’s intestine is being exposed to all kinds of foreign agents and needs to tighten up.
Human milk growth factors I, II, III
These three polypeptides also function as epidermal growth factors to help promote gut closure.
Insulin-like growth factor
Like the other bioactive compounds mentioned above, this is found in high concentration in colostrum, in low concentrations in cow’s milk and almost absent in formula. Again, this plays a growth promoting role.
Other bioactive compounds: MicroRNAs
MicroRNAs
I am learning about microRNAs and the role they play in the infant’s immune system. Human milk contains lots of them. If you wish to read more the information below comes directly from: Su Yeong Kim and Dae Yong Yi. Components of human breast milk: from macronutrient to microbiome and microRNA. Review article. CEP. 2020;63(8): 301–309 https://doi.org/10.3345/cep.2020.00059
“MicroRNAs of HBM
MicroRNA (miRNA) is a small noncoding RNA with 18 to 25 nucleotides; it is found in plants, animals, and viruses, among others. It acts as a core regulator at the posttranscriptional level and is known to be involved in the development, differentiation, proliferation, and metabolism of cells and tissues. Tens of thousands of these miRNAs are currently known, and many studies are being conducted to understand the pathophysiology of various diseases, including cancer, through miRNAs. Extra-cellular miRNAs are used as ideal biomarkers for the diagnosis and prognosis of diseases, including cell-cell communication.
Milk is the most abundant body fluid of RNAs and miRNAs and is known to play a role in various aspects of the infant's immune system via miRNAs delivered through HBM. There are almost 1,400 different species of mature miRNAs in HBM, which vary depending on the test method and research, between colostrum and mature milk, and among milk cell, milk lipid, and milk exosomes.
MiRNAs in HBM are synthesized in mammary glands and are present in milk as free molecules and packaged in vesicles, such as milk exosomes and fat globules. These are thought to be transported to the infant’s intestine through lactation; these remain intact in the degradative conditions of the infant's gastrointestinal system and are absorbed by intestinal epithelial cells. Then, they appear to reach various tissues and organs through the bloodstream and perform various functions, such as immunoprotection and developmental programming.
Although miRNAs are also found in high concentrations in animal milk, the infant formula contains few human mature miRNA species which are expressed at much lower levels than in HBM. MiRNAs are also stable in conditions, such as acidic environments, RNase treatment, and freezing compared to HBM fractions; however, they decompose in the presence of detergents or bacterial fermentation.”
References
Lawrence RA, Lawrence RM. Breastfeeding: A Guide for the Medical Profession, 7th edition. Mosby, Elsevier. 2011. Page 143
Core Curriculum for Lactation Consultant Practice, 3rd Edition. Edited by Rebecca Mannel, Patricia J. Martens, Marsha Walker. Jones & Bartlett Learning. 2013
Wambach K, Spence B. Breastfeeding and Human Lactation, 6th edition. Jones & Bartlett Learning. 2021
Tema #18. Composición de la Leche Humana: Enzimas, Factores de Crecimiento y MicroRNAs
Las enzimas
Analicemos algunas de las muchas enzimas que se encuentran en la leche humana.
La lisozima
La lisozima funciona como factor antimicrobiano al interrumpir la estructura de las paredes celulares bacterianas. La lisozima protege a los bebés contra bacterias peligrosas como la E. coli y Salmonella. Como la lisozima se encuentra en grandes concentraciones en las heces de los lactantes alimentados con leche materna, pero no en las de los alimentados con fórmula, se cree que influye en la flora (microbioma) del tracto gastrointestinal. Lo más interesante de la lisozima es que su cantidad aumenta durante la lactancia, a partir de los 6 meses, cuando los lactantes empiezan a tomar alimentos sólidos.
"La lisozima humana es antigénica y serológicamente diferente de la enzima bovina (en leche de vaca). El contenido en la leche humana es 3.000 veces superior al de la leche bovina y la actividad 100 veces superior a la de la leche bovina." Lawrence, página 143
La lipasa
La lipasa ayuda a digerir las grasas, ya que las descompone en ácidos grasos y glicerol.
La lipasa estimulada por sales biliares sólo se encuentra en la leche de los humanos y de los gorilas de montaña. (¿No les parece extraño?) Esta tiene una acción antiprotozoaria, por lo que, por ejemplo, mataría a la Giardia, un parásito que causa diarrea.
La lipasa es la responsable de que la leche humana congelada tenga un olor y sabor metálico y jabonoso una vez que se descongela. Cuando esto ocurre, las propiedades nutritivas de la leche no se ven afectadas, pero algunos bebés pueden resistirse a tomar esta leche. Las mujeres con un alto nivel de lipasa pueden escaldar su leche (escaldar significa calentar la leche hasta que se vean burbujas en los bordes) antes de congelarla para evitar este problema.
La amylase
La amilasa ayuda a digerir el almidón. El páncreas del lactante no empieza a producir amilasa hasta alrededor de los 6 meses de edad, por lo que la amilasa de la leche materna ayuda al lactante a digerir el almidón desde el principio.
Otras enzimas incluyen: la fosfatasa alcalina, las peroxidasas (xantina oxidasa, sulfhidrilo oxidasa, glutatión peroxidasa). Recuerda que la mayoría de las enzimas terminan en -asa.
Factores de crecimiento
Recordemos que el calostro contiene una pronunciada concentración de factores de crecimiento (la C de CLAMA LA Pera Verde).
El factor de crecimiento epidérmico (EGF por sus siglas en inglés) es uno de los principales factores de crecimiento de la leche humana que provoca un aumento del número de células de la mucosa y el epitelio intestinal y refuerza la barrera de la mucosa a los antígenos. El calostro contiene una gran cantidad de EGF, justo en el momento en que el intestino del bebé está expuesto a todo tipo de agentes extraños y necesita reforzarse.
Factores de crecimiento de la leche humana I, II, III
Estas proteínas también funcionan como factores de crecimiento epidérmico para ayudar a estimular el cierre del intestino.
Factor de crecimiento similar a la insulina
Al igual que los otros compuestos bioactivos, se encuentra en alta concentración en el calostro, en bajas concentraciones en la leche de vaca y casi ausente en la fórmula. Igualmente, desempeña una función de estímulo del crecimiento.
Otros compuestos bioactivos: microRNA
MicroRNA
Estoy aprendiendo sobre los microRNA y el papel que desempeñan en el sistema inmunológico del bebé. La leche humana contiene muchos de ellos. Si desea leer más, la información a continuación proviene directamente de: Su Yeong Kim y Dae Yong Yi. Componentes de la leche materna humana: del macronutriente al microbioma y microRNA. Artículo de revisión. CEP. 2020;63(8): 301–309 https://doi.org/10.3345/cep.2020.00059
“MicroRNA de HBM
El microRNA (miRNA) es un pequeño ARN no codificante con 18 a 25 nucleótidos; se encuentra en plantas, animales y virus, entre otros. Actúa como un regulador central a nivel postranscripcional y se sabe que participa en el desarrollo, diferenciación, proliferación y metabolismo de células y tejidos. Actualmente se conocen decenas de miles de estos miRNA y se están realizando muchos estudios para comprender la fisiopatología de diversas enfermedades, incluido el cáncer, a través de los miRNA. Los miRNA extracelulares se utilizan como biomarcadores ideales para el diagnóstico y pronóstico de enfermedades, incluida la comunicación entre células.
La leche es el líquido corporal más abundante de ARN y miRNA y se sabe que desempeña un papel en varios aspectos del sistema inmunológico del bebé a través de los miRNA administrados a través de HBM. Hay casi 1.400 especies diferentes de miRNA maduros en HBM, que varían según el método de prueba y la investigación, entre el calostro y la leche madura, y entre las células de la leche, los lípidos de la leche y los exosomas de la leche.
Los miRNA en HBM se sintetizan en las glándulas mamarias y están presentes en la leche como moléculas libres y empaquetadas en vesículas, como exosomas de la leche y glóbulos de grasa. Se cree que estos son transportados al intestino del bebé mediante la lactancia; estos permanecen intactos en las condiciones degradantes del sistema gastrointestinal del bebé y son absorbidos por las células epiteliales intestinales. Luego, parecen llegar a diversos tejidos y órganos a través del torrente sanguíneo y realizar diversas funciones, como la inmunoprotección y la programación del desarrollo.
Aunque los miRAN también se encuentran en altas concentraciones en la leche animal, la fórmula infantil contiene pocas especies de miRNA humanos maduros que se expresan en niveles mucho más bajos que en la HBM. Los miRNA también son estables en condiciones como ambientes ácidos, tratamiento con RNAasa y congelación en comparación con las fracciones de HBM; sin embargo, se descomponen en presencia de detergentes o fermentación bacteriana”.Referencias
Lawrence RA, Lawrence RM. Breastfeeding: A Guide for the Medical Profession [Amamantar: Una guía para la profesión médica], 7th edition. Mosby, Elsevier. 2011
Core Curriculum for Lactation Consultant Practice [Plan de estudios básico para la práctica del consultor de lactancia], 3rd Edition. Editado por Rebecca Mannel, Patricia J. Martens y Marsha Walker. Jones & Bartlett Learning. 2013