Topic #8. Carbohydrates Part 2: Human Milk Oligosaccharides
October 23, 2024
A must read
“Breastfeeding the Microbiome” by Ed Yong is a must read. The author presents the story of the discovery of human milk oligosaccharides and the important role they play in the infant’s health. Warning, this New Yorker article may change the way you think! (1) Link to Breastfeeding the Microbiome
The author writes, “Every mammal mother produces complex sugars called oligosaccharides, but human mothers, for some reason, churn out an exceptional variety: so far, scientists have identified more than two hundred human milk oligosaccharides, or H.M.O.s.” (1)
KEY POINT: HMOs are the third most abundant solid component in human milk: #1 lactose, #2 fats, #3 HMOs.
What are they?
Oligosaccharides are made up of 2-10 single sugar (monosaccharide) units linked via glycosidic bonds. The composition of HMOs follows a basic blueprint using 5 monosaccharides in differing amounts and configurations. (2, 3) The 5 monosaccharides are: glucose, galactose, N-acetylglucosamine, fucose, and sialic acid which is usually in the form of N-acetylneuraminic acid. There is no need to remember the 5 monosaccharides – they are listed to bring up sialic acid which will be discussed in more detail below. As all HMOs have lactose as their reducing end, it is thought that they are an extension of lactose synthesis, also occurring in the lactocyte. (That lactocyte is a production factory!)
The presence and quantity of different types of oligosaccharides appear to be genetically determined. Each mother makes a different set of oligosaccharides.
Fact: Each mother makes a different set of human milk oligosaccharides.
What do they do?
As HMOs are a type of carbohydrate, it would be logical to assume that they provide the infant with energy. However, this is not the case. Scientists discovered that human infants actually are unable to digest most of the HMOs. HMOs pass intact and undigested through the stomach and small intestine and end up in the large intestine where most bacteria in the gut microbiome are found. So, what do they do?
The HMOs:
Serve as a prebiotic. The HMOs in human milk are not food for the baby. They are food for the microbe. They help shape a healthy microbiome by encouraging the growth of “good bacteria,” especially Bifidobacteria. This explains the finding that the stool of breastfed babies contains more Bifidobacteriathan the stool of formula-fed babies. One type of Bifidobacteria, B. infantis, has a particular affinity for the HMOs in breast milk. Ed Yong writes, “B. infantis devours every last crumb …”
Support the infant’s long-term immune health.
Serve as decoy receptors. They block pathogens (viruses, bacteria, parasites) from attaching to gut mucosal surfaces. The dangerous pathogens bind to the HMOs and are excreted in the stool. Examples of pathogens that can bind to HMOs include norovirus, rotavirus, Campylobacter jejuni, and E. coli. (Reference 4)
Boost brain development and cognition. After dining on HMOs, the bacteria, B. infantis releases a nutrient called sialic acid. (Remember this from the basic blueprint of the composition of HMOs?) Once absorbed from the gut into the blood stream, sialic acid participates in the growth of the baby’s brain, which is growing incredibly fast in the first year of life.
Provide protection against necrotizing enterocolitis (NEC). NEC is a serious gastrointestinal disease affecting premature infants. The intestine becomes inflamed and infected and surgery may be needed to remove necrotic segments. Breastfed infants are at a 6-10-fold lower risk to develop NEC than formula-fed infants.
P I D E N
Being a fan of any way possible to remember facts – how about PIDEN for what HMOs do? Remember that PIDEN sounds almost like BIDEN – you may have heard of him.
P - Prebiotic
I – Contributes to long term, immune health
D – Decoy receptor
E – Einstein (brain)
N - NEC
Help! I get confused between prebiotic and probiotic. A prebiotic is a non-digestible substance (like a fiber) that feeds the good bacteria in your gut, also known as probiotics. Using a lawn analogy: think of a prebiotic as being the fertilizer, and a probiotic as being the grass seed.
But that’s not all. Remember B. infantis, the bacteria that loves HMOs? According to Yong, “After B. infantis digests H.M.O.s, it releases short-chain fatty acids, which feed an infant’s gut cells. Through direct contact, B. infantis also encourages gut cells to make adhesive proteins that seal the gaps between them, keeping microbes out of the blood stream.” HMOs are higher in concentration in colostrum than in mature milk. Scientists wonder if this is one reason why so many infants who exclusively drink breast milk from women positive for HIV don’t get infected.
Allow me a moment to digest and reflect
I just want to reflect on this for a minute more. First of all, in medical school I was taught that breast milk was a sterile liquid. Well, that was wrong. And I was not taught a single thing about HMOs, of which there are more than 200 in the breast milk. So, if I have this right: human milk contains the good bacterial B infantis. Human milk also contains a boat load of HMOs. The HMOs act like fertilizer to help the B infantis to grow and colonize the gut in a very good way. The B infantis then directly touches the gut cells making adhesive proteins that seal the gaps between them. The HMOs also cause the release of sialic acid which boosts brain development and cognition.
What a system.
References
Ed Yong. Breastfeeding the Microbiome. The New Yorker. July 22, 2016
Bode L. Human milk oligosaccharides: Every baby needs a sugar mama. Glycobiology. 2012;22(9):1147-1162.
Bode L. Human milk oligosaccharides at the interface of maternal-infant health. Breastfeed Med. 2018;13(S1):S7.
Core Curriculum for Interdisciplinary Lactation Care. Edited by Suzanne Hetzel Campbell, Judith Lauwers, Rebecca Mannel, and Becky Spencer. LEAARC (Lactation Education Accreditation and Approval Review Committee). Jones & Bartlett Learning. 2019
Radical Moms Union. Let Us Admire the Lactating Fountains of Italy Link
Tema #8. Carbohidratos Parte 2: Oligosacáridos de la Leche Humana
Una lectura obligada
Hace varios años, leí un artículo fascinante en The New Yorker. En el artículo, "Breastfeeding the Microbiome" (Amamantando al microbioma), el autor Ed Yong describe la historia del descubrimiento de los oligosacáridos humanos y el importante papel que desempeñan en la salud del bebé. ¡Atención, este artículo puede cambiar tu forma de pensar! (1)
El autor escribe: "Todas las madres de mamíferos producen azúcares complejos llamados oligosacáridos, pero las madres humanas, por alguna razón, producen una variedad excepcional: hasta ahora, los científicos han identificado más de doscientos oligosacáridos de la leche humana, o H.M.O.".
En efecto, los HMO son el tercer componente más abundante de la leche humana: #1 lactosa, #2 lípidos, #3 HMO.
De que estan hechos?
Los oligosacáridos están compuestos por entre 2 y 10 unidades de monosacáridos unidos mediante enlaces glucosídicos. Según Lars Bode, autor de varias de las referencias consultadas, la composición de los HMO sigue un esquema básico que utiliza cinco monosacáridos en diferentes cantidades y configuraciones. (Referencias 2, 3) Son la glucosa, la galactosa, la N-acetilglucosamina, la fucosa y el ácido siálico, que suele estar en forma de ácido N-acetilneuramínico. No es necesario recordar los cinco monosacáridos – se enumeran para traer a colación el ácido siálico, del que se hablará con más detalle a continuación. Como todos los HMO tienen lactosa como extremo reductor, se piensa que son una extensión de la síntesis de lactosa, que también ocurre en el lactocito (ese lactocito es una fábrica de producción).
La presencia y la cantidad de los diferentes tipos de oligosacáridos parecen estar determinadas genéticamente. Cada madre produce un conjunto diferente de oligosacáridos.
Que hacen ellos?
Dado que los oligosacáridos son un tipo de carbohidrato, sería lógico suponer que proporcionan energía al lactante. Sin embargo, no es así. Los científicos han descubierto que los bebés humanos son incapaces de digerir la mayoría de los HMO. Los HMO pasan intactos y sin digerir por el estómago y el intestino delgado y acaban en el intestino grueso, donde se encuentran la mayoría de las bacterias del microbioma intestinal.
Los HMO:
Sirven como prebióticos. Ayudan a formar un microbioma saludable al fomentar el crecimiento de las "bacterias buenas", especialmente las Bifidobacterias. Esto explica el hallazgo de que las heces de los bebés amamantados contienen más Bifidobacterias que las heces de los bebés alimentados con fórmula. Un tipo de Bifidobacteria, laB. infantis, tiene una afinidad especial por los HMO de la leche materna. Ed Yong escribe: "B. infantis devora hasta la última migaja...".
Sirven de receptores señuelo. Bloquean a los patógenos (virus, bacterias, parásitos) para que no se adhieran a las superficies de la mucosa intestinal. Los patógenos peligrosos se unen a los HMO y se excretan en las heces. Algunos ejemplos de patógenos que pueden unirse a los HMO son el norovirus, el rotavirus, el Campylobacter jejuni, y la E. coli.4
Potencian el desarrollo del cerebro y la cognición. Después de comer HMO, B. infantis libera un nutriente llamado ácido siálico. (¿Lo recuerdas en el esquema básico de la composición de los HMO?) Una vez absorbido del intestino al torrente sanguíneo, el ácido siálico participa en el crecimiento del cerebro del bebé, que crece increíblemente rápido en el primer año de vida.
Proporcionan protección contra la enterocolitis necrotizante (ECN). La ECN es una enfermedad gastrointestinal grave que afecta a los bebés prematuros. El intestino se inflama y se infecta, y puede ser necesaria una intervención quirúrgica para extirpar los segmentos necróticos. Los bebés amamantados tienen un riesgo entre 6 y 10 veces menor de desarrollar ECN que los alimentados con fórmula.
Apoyan la salud inmunitaria del lactante a largo plazo.
Así que, si lo entendemos bien, la madre está produciendo en su leche materna estos azúcares especiales que están: alimentando bacterias buenas específicas en el intestino del bebé; buscando virus y bacterias peligrosas en el intestino - encontrándolas - y pegándose a ellas con toda su fuerza para que el bebé no se infecte; trabajando con las bacterias buenas para liberar una sustancia importante para construir el cerebro del bebé; protegiendo a los bebés prematuros de la ECN; y preparando el terreno para la salud a largo plazo. Y ADEMÁS el sistema está diseñado para que estos importantes HMO estén en mayor concentración en el calostro que en la leche madura.
P I S E N
Siendo fanática de cualquier método posible para recordar datos – qué tal PISEN para lo que hacen los HMO (recuerda que no quieres que te PISEN).
P - Prebiótico
I - contribuye a la salud Inmunitaria a largo plazo
S - receptor Señuelo
E - Einstein (cerebro)
N - enterocolitis Necrotizante
¡Ayuda! Me confundo entre prebiótico y probiótico. Un prebiótico es una fibra no digerible que alimenta las bacterias buenas del intestino, también conocidas como probióticos. Usando una analogía con el césped: piense en un prebiótico como el fertilizante y en un probiótico como el césped.
Pero eso no es todo. ¿Recuerdas la B. infantis, la bacteria que adora los HMO? Según Yong, "Después de que B. infantisdigiere los H.M.O., libera ácidos grasos de cadena corta, que alimentan las células intestinales del bebé. A través del contacto directo, B. infantis también anima a las células intestinales a fabricar proteínas adhesivas que sellan los huecos entre ellas, manteniendo los microbios fuera del torrente sanguíneo". La concentración de HMO es mayor en el calostro que en la leche madura. Los científicos se preguntan si ésta es una de las razones por las que tantos bebés que toman exclusivamente leche materna de mujeres seropositivas no se infectan.
¡Tremendo sistema!
Referencias
Ed Yong. Breastfeeding the Microbiome [Amamantando al microbioma]. The New Yorker. 22 de julio de 2016
Bode L. Human milk oligosaccharides: Every baby needs a sugar mama [Oligosacáridos de la leche humana: Todo bebé necesita una sugar mama]. Glycobiology. 2012;22(9):1147-1162.
Bode L. Human milk oligosaccharides at the interface of maternal-infant health [Los oligosacáridos de la leche humana en la interfaz de la salud materno-infantil]. Breastfeed Med. 2018;13(S1):S7.
Core Curriculum for Interdisciplinary Lactation Care [Plan de estudios básico para la atención interdisciplinaria de la lactancia]. Editado por Suzanne Hetzel Campbell, Judith Lauwers, Rebecca Mannel y Becky Spencer. LEAARC (Lactation Education Accreditation and Approval Review Committee) [Comité de Acreditación y Aprobación de la Educación en Lactancia]. Jones & Bartlett Learning. 2019