Олигосахариды грудного молока в детских смесях: вчера, сегодня, завтра

Олигосахариды грудного молока являются одним из основных его компонентов и содержатся в нем в количестве от 5 до 20 г/л, уступая только лактозе и липидам и конкурируя в этом отношении с содержанием общего белка. Олигосахариды грудного молока представлены большим числом (около 200) олигосахаридных структур, в основе которых лежит структурное звено в составе остатков моносахаридов D-глюкозы, D-галактозы и N-ацетилглюкозамина, которое подвергается в различной степени дополнительной модификации остатками фукозы и сиаловой кислоты. Олигосахариды грудного молока уникальны для женского грудного молока и практически не встречаются в молоке дойных сельскохозяйственных животных, в том числе в коровьем. Первоначальные представления о роли олигосахаридов грудного молока как исключительно «бифидус-фактора» в настоящее время претерпели значительные изменения. Так, многочисленными исследованиями показаны разнообразные полезные эффекты олигосахаридов грудного молока в развитии организма ребенка, что включает стимулирующее действие на формирование нормального микробиома толстой кишки, способность к формированию эффективно функционирующего защитного кишечного барьера, связывание и нейтрализацию большого числа патогенных микроорганизмов и вирусов, иммунорегуляторное действие. Отдельные компоненты олигосахаридов грудного молока, произведенные с использованием современных биоинженерных технологий, в частности 2'-фукозиллактоза (2'FL), в последние годы приобретают большую популярность для обогащения детских смесей, заменяя традиционно используемые виды пребиотиков (галактоолигосахариды, фруктоолигосахариды, инулин). В многочисленных экспериментальных и клинических исследованиях получили подтверждение целесообразность и эффективность включения олигосахаридов грудного молока в состав адаптированных молочных смесей. Показана хорошая переносимость таких смесей и их способность обеспечивать показатели физического развития детей в пределах нормальных значений. В отдельных работах установлено положительное влияние искусственно полученных олигосахаридов грудного молока на формирование и состав кишечной микробиоты у детей первого года жизни. Показана клиническая эффективность использования детских молочных смесей, обогащенных олигосахаридами грудного молока, в отношении заболеваемости острыми респираторными инфекциями. Таким образом, олигосахариды грудного молока, произведенные современными биотехнологическими методами, являются безопасным и эффективным функциональным компонентом молочных смесей для здоровых детей грудного возраста. Исследования с целью более широкого использования данного компонента в составе продуктов питания детей, в том числе лечебных, продолжаются в настоящее время.

1. Захарова И. Н., Дмитриева Ю. А., Ягодкин М. В. Олигосахариды грудного молока: еще один шаг на пути приближения детских молочных смесей к «золотому стандарту» вскармливания ребенка // Медицинский совет. 2018; 17. [Zakharova I. N., Dmitriyeva Yu. A., Yagodkin M. V. Breast milk oligosaccharides: another step towards bringing infant formula closer to the «gold standard» of child feeding // Meditsinskiy sovet. 2018; 17.]

2. Zuurveld M., van Witzenburg N. P., Garssen J., et al. Immunomodulation by human milk oligosaccharides: the potential role in prevention of allergic diseases // Front. Immunol. 2020; 11: 801.

3. Masi A. C., Stewart C. J. Untangling human milk oligosaccharides and infant gut microbiome // Science. 2022; 25: 103542.

4. Bode L. The functional biology of human milk oligosaccharides // Early Hum. Dev. 2015; 91 (11): 619-622.

5. Azad M. B., Robertson B., Atakora F., et al. Human milk oligosaccharide concentrations are associated with multiple fixed and modifiable maternal characteristics, environmental factors, and feeding practices // J. Nutr. 2018; 148 (11): 1733-1742.

6. McGuire M. K., Meehan C. L., McGuire M. A., et al. What’s normal? Oligosaccharide concentrations and profiles in milk produced by healthy women vary geographically // Am. J. Clin. Nutr. 2017; 105: 1086-1100.

7. Austin S., De Castro C. A., Sprenger N., et al. Human milk oligosaccharides in the milk of mothers delivering term versus preterm infants // Nutrients. 2019; 11 (6): 1282.

8. Nijman R. M., Liu Y., Bunyatratchata A., et al. Characterization and quantification of oligosaccharides in human milk and infant formula // J. Agric. Food Chem. 2018; 66 (26): 6851-6859.

9. Van Leeuwen S. S. Challenges and pitfalls in human milk oligosaccharide analysis // Nutrients. 2019; 11 (11): 2684.

10. Kong C., Faas M. M., de Vos P., Akkerman R. Impact of dietary fibers in infant formulas on gut microbiota and the intestinal immune barrier // Food Funct. 2020; 11 (11): 9445-9467.

11. Jeurink P. V, van Esch B. C., Rijnierse A., et al. Mechanisms underlying immune effects of dietary oligosaccharides // Am. J. Clin. Nutr. 2013; 98 (2): 572S-577S.

12. Quin C., Vicaretti S. D., Mohtarudin N. A., et al. Influence of sulfonated and diet- derived human milk oligosaccharides on the infant microbiome and immune markers // J Biol. Chem. 2020; 295 (12): 4035-4048.

13. Jandhyala S. M., Talukdar R., Subramanyam C., Vuyyuru H., Sasikala M., Reddy D. N. Role of the normal gut microbiota // World J. Gastroenterol. 2015; 21 (29): 8836-8847.

14. Perez-Muñoz M. E., Arrieta M. C., Ramer-Tait A. E., Walter J. A critical assessment of the «sterile womb» and «in utero colonization» hypotheses: Implications for research on the pioneer infant microbiome // Microbiome. 2017; 5 (1): 1-19.

15. Rutayisire E., Huang K., Liu Y., Tao F. The mode of delivery affects the diversity and colonization pattern of the gut microbiota during the first year of infants’ life: A systematic review // BMC Gastroenterol. 2016; 16 (1): 1-12.

16. Makino H., Kushiro A., Ishikawa E., et al. Mother-to-infant transmission of intestinal bifidobacterial strains has an impact on the early development of vaginally delivered infant’s microbiota // PLoSOne. 2013; 8 (11): e78331.

17. Rinninella E., Raoul P., Cintoni M., et al. What is the healthy gut microbiota composition? A changing ecosystem across age, environment, diet, and diseases // Microorganisms. 2019; 7 (1): 14.

18. Sakanaka M., Gotoh A., Yoshida K., et al. Varied pathways of infant gut-associated Bifidobacterium to assimilate human milk oligosaccharides: Prevalence of the gene set and its correlation with bifidobacteria-rich microbiota formation // Nutrients. 2020; 12 (1): 1-21.

19. Lawson M. A. E., O’Neill I. J., Kujawska M., et al. Breast milk-derived human milk oligosaccharides promote Bifidobacterium interactions within a single ecosystem // ISME J. 2020; 14 (2): 635-648.

20. Langhorst J., Koch A. K., Voiss P., et al. Distinct patterns of short-chain fatty acids during flare in patients with ulcerative colitis under treatment with mesalamine or a herbal combination of myrrh, chamomile flowers, and coffee charcoal: secondary analysis of a randomized controlled trial // Eur. J. Gastroenterol. Hepatol. 2020; 32 (2): 175-180.

21. Salli K., Hirvonen J., Siitonen J., et al. Selective utilization of the human milk oligosaccharides 2’- fucosyllactose, 3-fucosyllactose, and difucosyllactose by various probiotic and pathogenic bacteria // J. Agric. Food Chem. 2021; 69: 170-182.

22. Perdijk O., van Baarlen P., Fernandez-Gutierrez M. M., et al. Sialyllactose and galactooligosaccharides promote epithelial barrier functioning and distinctly modulate microbiota composition and short chain fatty acid production in vitro // Front. Immunol. 2019; 10: 94.

23. Cheng L., Kong C., Walvoort M. T. C., et al. Human milk oligosaccharides differently modulate goblet cells under homeostatic, proinflammatory conditions and ER stress // Mol. Nutr. Food Res. 2020; 64 (5): e1900976.

24. Kong C., Elderman M., Cheng L., et al. Modulation of intestinal epithelial glycocalyx development by human milk oligosaccharides and non- digestible carbohydrates // Mol. Nutr. Food Res. 2019; 63 (17): e1900303.

25. Holscher H. D., Bode L., Tappenden K. A. Human milk oligosaccharides influence intestinal epithelial cell maturation in vitro // J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 2017; 64 (2): 296-301.

26. Lane J. A., O’Callaghan J., Carrington S. D., Hickey R. M. Transcriptional response of HT-29 intestinal epithelial cells to human and bovine milk oligosaccharides // Br. J. Nutr. 2013; 110: 2127-2137.

27. He Y., Liu S., Kling D. E., et al. The human milk oligosaccharide 20-fucosyllactose modulates CD14 expression in human enterocytes, thereby attenuating LPS-induced inflammation // Gut. 2016; 65: 33-46.

28. Natividad J. M., Rytz A., Keddani S., et al. Blends of human milk oligosaccharides confer intestinal epithelial barrier protection in vitro // Nutrients. 2020; 12 (10): 3047.

29. Wu R. Y., Li B., Koike Y., et al. Human milk oligosaccharides increase mucin expression in experimental necrotizing enterocolitis // Mol. Nutr. Food Res. 2019; 63 (3): e1800658.

30. Martinez F. A., Balciunas E. M., Converti A., et al. Bacteriocin production by Bifidobacterium spp. A review // Biotechnol. Adv. 2013; 31 (4): 482-488.

31. Wang Y., Zou Y., Wang J., et al. The protective effects of 2’-fucosyllactose against E. coli O157 infection are mediated by the regulation of gut microbiota and the inhibition of pathogen adhesion // Nutrients. 2020; 12: 1284.

32. Chen P., Reiter T., Huang B., et al. Prebiotic oligosaccharides potentiate host protective responses against L. Monocytogenes infection // Pathogens. 2017; 6 (4): 1-25.

33. Laucirica D. R., Triantis V., Schoemaker R., et al. Milk oligosaccharides inhibit human rotavirus infectivity in MA104 Cells // J. Nutr. 2017; 147 (9): 1709-1714.

34. Ramani S., Stewart C. J., Laucirica D. R., et al. Human milk oligosaccharides, milk microbiome and infant gut microbiome modulate neonatal rotavirus infection // Nat. Commun. 2018; 9: 5010.

35. Masi A. C., Embleton N. D., Lamb C. A., et al. Human milk oligosaccharide DSLNT and gut microbiome in preterm infants predicts necrotising enterocolitis // Gut. 2021; 70 (12): 2273-2282.

36. Langhorst J., Koch A. K., Voiss P., et al. Distinct patterns of short-chain fatty acids during flare in patients with ulcerative colitis under treatment with mesalamine or a herbal combination of myrrh, chamomile flowers, and coffee charcoal: secondary analysis of a randomized controlled trial // Eur. J. Gastroenterol. Hepatol. 2020; 32 (2): 175-180.

37. Cheng L., Kiewiet M. B. G., Groeneveld A., et al. Human milk oligosaccharides and its acid hydrolysate LNT2 show immunomodulatory effects via TLRs in a dose and structure-dependent way // J. Funct. Foods. 2019; 59: 174-184.

38. Wang C., Zhang M., Guo H., et al. Human milk oligosaccharides protect against necrotizing enterocolitis by inhibiting intestinal damage via increasing the proliferation of crypt cells // Mol. Nutr. Food Res. 2019; 63 (18): 1-12.

39. Sodhi C. P., Wipf P., Yamaguchi Y., et al. The human milk oligosaccharides 2’- fucosyllactose and 6’-sialyllactose protect against the development of necrotizing enterocolitis by inhibiting toll-like receptor 4 signaling // Pediatr. Res. 2021; 89 (1): 91-101.

40. Kruschitz A., Nidetzky B. Downstream processing technologies in the biocatalytic production of oligosacch // Biotechnol. Adv. 2020; 43: 107568.

41. Лукоянова О. Л., Боровик Т. Э., Суржик А. В. Новые взгляды на понятие «пребиотики» и их влияние на организм ребенка // Вопросы современной педиатрии. 2017; 16 (6): 516-521. [Lukoyanova O. L., Borovik T. E., Surzhik A. V. New views on the concept of «prebiotics» and their impact on the child's body // Voprosy sovremennoy pediatrii. 2017; 16 (6): 516-521.]

42. Yu S., Liu J., Yun E. J., et al. Production of a human milk oligosaccharide 2 ’-fucosyllactose by metabolically engineered Saccharomyces cerevisiae // Microb. Cell Fact. 2018; 17: 101.

43. Chin Y., Kim J., Kim J., et al. Improved production of 2 ’-fucosyllactose in engineered Escherichia coli by expressing putative alpha- 1,2-fucosyltransferase, wcf from Bacteroidesfragilis // J. Biotechnol. 2017; 257: 192-198.

44. Ванденплас И., Захарова И. Н., Дмитриева Ю. А. Пребиотики в детских молочных смесях // Вопросы современной педиатрии. 2015; 14 (1): 31-37. [Vandenplas I., Zakharova I. N., Dmitriyeva Yu. A Prebiotics in infant formula // Voprosy sovremennoy pediatrii. 2015; 14 (1): 31-37]

45. Директива Европейской комиссии (EC) № 2006/141/ЕС от 22.12.06 о смесях для детского питания первой и второй ступеней, вносящая изменения в Директиву 1999/21/ЕС https://www.fsvps.ru/fsvpsdocs/ru/laws/eu/2006-141.pdf. [European Commission Directive (EU) No. 2006/141/EU of 22.12.06 on infant formulas for first and second steps, amending Directive 1999/21/EU https://www.fsvps.ru/fsvpsdocs/ru/laws/eu/2006-141.pdf]

46. EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies (NDA). Scientific Opinion on the essential composition of infant and follow-on formulae // EFSA Journal. 2014; 12 (7): 3760.

47. Safety of 2’-fucosyllactose/difucosyllactose mixture as a novel food pursuant to Regulation (EU) 2015/2283 // EFSA Journal. 2019; 17 (6): 5717.

48. Safety of 3’-Sialyllactose (3’-SL) sodium salt as a novel food pursuant to Regulation (EU) 2015/2283 // EFSA Journal. 2020; 18 (5): 6098.

49. Safety of 3-FL (3-Fucosyllactose) as a novel food pursuant to Regulation (EU) 2015/2283// EFSA Journal. 2021; 19 (6): 6662.

50. Discussion paper on harmonized probiotic guidelines for use in foods and diеtary supplements. Joint FAO/WHO food standards programme Codex Committee on nutrition and foods for special dietary uses. Forty-first Session. Dusseldorf, Germany 24-29 November 2019.

51. Marriage B. J., Buck R. H., Goehring K. C., Oliver J. S., Williams J. A. Infants fed a lower calorie formula with 2'FL show growth and 2'FL uptake like breast-fed infants // J Pediatr. Gastroenterol Nutr. 2015; 61 (6): 649-658.

52. Kajzer J., Oliver J., Marriage B. Gastrointestinal tolerance of formula supplemented with oligosaccharides // FASEB J. 2016; 30: 671.

53. Goehring K. C., Marriage B. J., Oliver J. S., Wilder J. A., Barrett E. G., Buck R. H. Similar to those who are breastfed, infants fed a formula containing 2'-fucosyllactose have lower inflammatory cytokines in a randomized controlled trial // J Nutr. 2016; 146.

54. Reverri E. J., Devitt A. A., Kajzer J. A., Baggs G. E., Borschel M. W. Review of the Clinical Experiences of Feeding Infants Formula Containing the Human Milk Oligosaccharide 20-Fucosyllactose // Nutrients. 2018; 10.

55. Puccio G., Alliet P., Cajozzo C., et al. Effects of infant formula with human milk oligosaccharides on growth and morbidity: a randomized multicenter trial // J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2017; 64 (4): 624-631.

56. Bulent EnisSekerel et al. An Expert Panel Statement on the Beneficial Effects of Human Milk Oligosaccharides (HMOs) in Early Life and Potential Utility of HMO-Supplemented Infant Formula in Cow’s Milk Protein Allergy // Journal of Asthma and Allergy 2021; 14: 1147-1164.

57. Román E., Moreno Villares J. M., Domínguez Ortega F., et al. Real-world study in infants fed with an infant formula with two human milk oligosaccharides // Nutr. Hosp. 2020; 37 (4): 698-706.

58. Berger B., Porta N., Foata F., Grathwohl D., Delley M., Moine D., Charpagne A., Siegwald L., Descombes P., Alliet P., Puccio G., Steenhout P., Mercenier A., Sprenger N. Linking human milk oligosaccharides, infant fecal community types, and later risk to require antibiotics // mBio. 2020.11: e03196-19.

59. Parschat K., Melsaether C., Rasch Jäpelt K., Jennewein S. Clinical Evaluation of 16-Week Supplementation with n Growth // Nutrients. 2021; 13: 2871.