三種HMO對益生菌和病原菌生長的影響
母乳是由嬰兒生長、發育和預防疾病所必需的必需營養素和生物活性分子組成。人乳寡糖(HMO)是人乳中發現的第三大固體成分，估計由大約200種不同的結構組成。MO由葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、半乳糖(Gal)、巖藻糖(Fuc)和N-乙酰神經氨酸（唾液酸）的組合形成，在還原端具有一個乳糖單元。HMO不會被嬰兒消化，但會被某些有益的腸道細菌選擇性地利用，例如長雙歧桿菌亞種、嬰兒雙歧桿菌（B.infantis）和雙歧雙歧桿菌。益生元是被宿主微生物選擇性利用的化合物，為宿主帶來健康益處。半乳糖寡糖(GOS)是半乳糖寡糖的混合物，葡萄糖在還原端。由于報告的健康益處，通常在嬰兒配方奶粉中補充GOS(6)并且直到最近才比HMO在商業上更容易獲得。評估了三種HMO——2‘-FL、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)和二巖藻糖基乳糖(DFL)——對益生菌和病原菌生長的影響。除了常見的嬰兒病原體，如艱難梭菌、產氣莢膜梭菌、坂崎克羅諾桿菌、沙門氏菌屬和大腸桿菌外，還評估了多種益生菌，包括雙歧桿菌和乳酸桿菌，包括24種市售菌株。一些體外研究表明HMOs的利用存在菌株依賴性變化，研究人員選擇了一些類型菌株以及益生菌和潛在致病菌株將HMO的效果與商業GOS和純化的富含寡糖的GOS級分的效果進行了比較。還評估了作為陽性對照的葡萄糖以及作為所研究HMO成分的乳糖和巖藻糖的影響。
應用全自動生長曲線分析儀Bioscreen C測量細菌菌株在不同碳水化合物底物上的生長。Bioscreen C系統置于厭氧柜（80%N2、10%CO2和10%H2)以使細菌在厭氧條件下生長。將20μL每種碳水化合物(10%)或葡萄糖(10%)溶液添加到板的孔中，并用含有單一類型微生物(1%)的細胞懸浮液(180μL)填充孔v/v)（見上文如何制備微生物培養物）。因此，每個孔中碳水化合物底物的最終濃度為1%(w/v)。葡萄糖被用作非選擇性的陽性對照底物。未添加任何碳水化合物的培養基用作陰性對照，以測定未添加碳源的微生物的生長情況；對于這些孔，使用20μL無菌Milli-Q水代替碳水化合物，然后使用180μL微生物懸浮液。將細菌在37°C或30°C下孵育24小時，每30分鐘在600 nm處測量光密度。在進行測量之前，將板搖動10秒。在每個實驗中使用三個重復對每個細菌-碳水化合物組合進行至少兩個單獨的實驗。
實驗結果：研究了三種HMO、其他常用益生元和寡糖成分對眾多雙歧桿菌、乳酸桿菌和潛在致病菌的影響。評估純培養物生長的方法既可靠又可重復，但也存在差異。HMOs的利用增加了母乳喂養嬰兒中雙歧桿菌的豐度。運輸和降解巖藻糖基化HMO結構的能力對于這一過程至關重要。研究結果顯示了與HMO相關的選擇性以及各種益生菌和病原菌之間的益生元消耗差異。與其他選擇性較低的益生元相比，HMO的選擇性可以通過促進有益微生物的生長而不支持有害病原體的生長，從而有利于嬰兒腸道微生物群的進化。強調了評估益生菌和病原菌的菌株特異性差異的重要性。由于HMO越來越多地添加到嬰兒配方奶粉中，因此比較HMO的益生元作用與其他益生元（如GOS）的作用變得更加重要。
圖1、使用自動Bioscreen C系統監測細菌（乳酸桿菌科和雙歧桿菌屬和擬桿菌屬）的生長情況。
圖2、使用各種碳源和未添加碳源的培養基的細菌生長。細菌生長測量為在1%葡萄糖(Glu)、商業低聚半乳糖(GOS-c)、乳糖(Lac)、富含寡糖的純化GOS(GOS-p)存在下的生長曲線下面積(AUC)、巖藻糖(Fuc)、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)、2'-巖藻糖基乳糖(2'-FL)或二巖藻糖基乳糖(DFL)。細菌菌株分為（1）雙歧桿菌，（2）乳桿菌科，（3）其他人類共生細菌，或（4）潛在致病菌。細菌菌株按縮寫在組內按字母順序列出。AUC值用顏色編碼（深紅色）AUC>1500；AUC 1000–1500；AUC 600-999；AUC 400-599；AUC 200–399；AUC 50–199；AUC 15-49（深藍色），允許在介質和碳源之間進行比較。與相應培養基比較的FDR校正顯著t檢驗結果在相應AUC單元格內用點表示。
圖3、（A）雙歧桿菌B.breve Bbre_Bb03、（B）雙歧桿菌B.longum subsp.infantis Bi-26（C）雙歧桿菌B.longum Blon_TS、(D)雙歧桿菌L.plantarum Lpla_TS在不同碳源下的生長情況（2'-巖藻糖基乳糖(2'-FL)、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)、二巖藻糖基乳糖(DFL)、巖藻糖(Fuc)、商業半乳糖寡糖(GOS-c)、富含寡糖的GOS(GOS-p)、乳糖(Lac)和葡萄糖(Glu)。
圖4、（E）乳酸桿菌NCFM（F）唾液乳桿菌Ls-33（G）大腸桿菌Ecol_CCUG11412、(H)植物乳桿菌型Csak_TS在不同碳源下的生長情況（2'-巖藻糖基乳糖(2'-FL)、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)、二巖藻糖基乳糖(DFL)、巖藻糖(Fuc)、商業半乳糖寡糖(GOS-c)、富含寡糖的GOS(GOS-p)、乳糖(Lac)和葡萄糖(Glu)。
總結：研究人員評估了三種HMO——2‘-FL、3-巖藻糖基乳糖(3-FL)和二巖藻糖基乳糖(DFL，lactodifucotetraose)——對益生菌和病原菌生長的影響。除了常見的嬰兒病原體，如艱難梭菌、產氣莢膜梭菌、坂崎克羅諾桿菌、沙門氏菌屬和大腸桿菌外，還評估了多種益生菌，包括雙歧桿菌和乳酸桿菌，包括24種市售菌株。本研究工作支持該模型，因為只有選定的雙歧桿菌和擬桿菌利用巖藻糖基化HMO，而其他研究的細菌沒有（例如，病原菌）。還觀察到潛在致病菌對巖藻糖和GOS的利用的差異。研究結果顯示了與HMO相關的選擇性以及各種益生菌和病原菌之間的益生元消耗差異。與其他選擇性較低的益生元相比，HMO的選擇性可以通過促進有益微生物的生長而不支持有害病原體的生長，從而有利于嬰兒腸道微生物群的進化。
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