Oligosaccaridi da latte bovino e lattosio sembrerebbero avere un effetto sinergico positivo nel metabolismo di B. longum subsp. longum con conseguente aumento dei metaboliti correlati alla loro fermentazione, importanti nell’inibizione di C. perfringens.

La sua abilità di utilizzare oligosaccaridi da latte bovino (bovine milk oligosaccharides, BMO) come fonte di carbonio per la crescita e il metabolismo sarebbe infatti compromessa dai metaboliti prodotti da B. longum subsp. longum in coltura con BMO e lattosio (LAC). Benefici nell’attività di questo ultimo anche dal commensalismo con P. distasonis in un ambiente ricco di lattosio.

Sono queste le conclusioni di uno studio condotto da Louise M. A. Jakobsen della Aarhus University (Danimarca), di recente pubblicazione su Metabolites.

Oligosaccaridi del latte e lattosio

Gli oligosaccaridi sialilati, particolarmente abbondanti nel latte materno e in quello bovino, ma scarsamente presenti nel latte in formula, stimolano il sistema immunitario del neonato proteggendolo dalle infezioni.

L’effetto sarebbe mediato dalla componente batterica intestinale caratterizzata in tenera età da bifidobacteria e lactobacilli oltre che da altri commensali quali Bacteroides/Parabacteroides. Con riferimento al latte bovino, particolarmente presenti sono il 3’- e il 6’-sialilattosio (3-/6-SL).

Nonostante sia noto come le diverse specie batteriche interagiscano tra loro, poco si sa di quello che avviene con la fonte di nutrienti, carboidrati in questo caso. Capire dunque il ruolo degli oligosaccaridi sialilati nella modulazione del microbioma infantile è importante. Addizionarli correttamente nelle formulazioni di latte in polvere rappresenta infatti una possibilità per aumentarne il potere nutritivo.

Lo studio: microbiota del neonato e oligosaccaridi

I ricercatori hanno quindi testato le potenziali interazioni tra Bifidobacterium longum subsp. longum (ATCC 15707) e il commensale P. distasonis (ATCC 8503), oltre che gli effetti di una loro mono- o co-coltura sulla disponibilità di carboidrati.

Da ultimo è stato verificato il ruolo di oligosaccaridi da latte bovino (BMO) e lattosio fermentati da B. longum subsp. longum nell’inibizione del patogeno C. perfringens (ATCC 13124), per un possibile utilizzo con finalità post-biotiche.

Tre in particolare le condizioni sperimentali:

1) mono-coltura di P. distasonis, B. longum subsp. longum, o C. perfringens in LAC, BMO, o BMO + LAC (24 h);

2) co-cultura di P. distasonis e B. longum sups. longum in mezzo cellulare con l’1% di carboidrati (24 e 48 h);

3) mono-cultura di C. perfringens in surnatante contenente prodotti di fermentazione di P. distasonis di B. longum subsp. longum dopo 24 h di coltura con LAC, BMO, e BMO + LAC.

Dall’analisi del latte bovino purificato da utilizzare per il trattamento, 3’-SL e 6’-SL sono i BMO più abbondanti (37 e 6% p/p rispettivamente), scarse invece le tracce di altri oligosaccaridi e lattosio.

Di seguito i principali passaggi e risultati dello studio.

Confrontando i prodotti di fermentazione nelle varie condizioni si è visto come la presenza sia di BMO sia di lattosio abbia un effetto sinergico nello stimolare il metabolismo di B. longum subsp. longum.

Infatti:

• in presenza di soli BMO, B. longum subsp. longum non sembra utilizzare 3’- 6’-SL o produrre consistentemente metaboliti. Questo ceppo manca infatti di sialidasi, enzimi necessari per la digestione di oligosaccaridi sialilati. È stata tuttavia registrata una crescita rispetto al mezzo di controllo dopo 24 e 48 ore con eccezione per la condizione di co-coltura a 24 ore
• B. longum subsp. longum ha, di contro, dimostrato di metabolizzare il lattosio dato l’incremento di formiato e acetato sostenuto da una proliferazione cellulare
• l’abbondanza di metaboliti sembra tuttavia essere aumentata dalla copresenza di BMO e LAC. La conversione del lattosio in formiato, acetato e lattato è difatti aumentata suggerendo come la presenza di BMO, pur non direttamente metabolizzati, influenzi positivamente la resa metabolica del lattosio
• P. distasonis, esprimendo sialidasi ed exo-α-sialidasi, ha invece mostrato capacità di metabolizzare BMO sfruttandolo come fonte di carboni per la sua proliferazione (1.06 logs medio dopo 24 ore, non rilevabile a 48 ore). La presenza di glucosio e galattosio nel surnatante ha inoltre dimostrato l’attività metabolizzante di P. distasonis anche nei confronti del lattosio

La co-coltura di P. distasonis e B. longum subsp. longum ha inoltre dimostrato di aumentare l’utilizzo di lattosio.

• rispetto alla mono-coltura (BL o PD), acetato, formiato e lattato hanno registrato livelli superiori nella co-coltura supportando una maggior conversione del lattosio
• P. distasonis e B. longum subsp. longum metabolizzano il lattosio in maniera diversa. Mentre il primo lo idrolizza in ambiente extracellulare rilasciando galattosio e glucosio nel surnatante, il secondo lo internalizza
• la co-coltura non solo aumenta l’utilizzo del lattosio, ma anche influenza positivamente la proliferazione di B. longum subsp. longum a 24 ore
• nonostante B. longum subsp. Longum sia in grado di sfruttare i monomeri di galattosio e glucosio prodotti da P. distasonis, sembrerebbe preferire il lattosio per sé come fonte di carboni
• la fermentazione di BMO + LAC da parte di B. longum subsp. longum ha mostrato un pattern metabolico simile a quella di LAC singolo, ma con una maggiore espressione di acetato e lattato
• mentre la crescita di P. distasonis o B. longum subsp. longum non ha registrato differenza significative tra la mono- e la co-coltura in presenza di BMO + LAC, la loro attività metabolica ha mostrato un decremento con solo BMO data la scarsa produzione di SCFA e glicani

Osservando infine l’attività contro C. perfringens di B. longum subsp. longum si è dimostrato come, metabolizzando BMO + LAC si inibisca la sua capacità di degradare sialilattosi, cosa che avviene con successo in condizioni fisiologiche.

Grazie all’espressione di tre sialidasi (nanH, nanI e nanJ), C. perfringens è infatti in grado di utilizzare sia BMO sia LAC per la sua crescita come ha dimostrato la completa assenza di 3’- o 6’-SL nel mezzo con solo BMO e un parziale decremento di LAC nel corrispettivo.

Confrontando infine le diverse condizioni di crescita si è visto come:

• nonostante una buona crescita e capacità metabolica di C. perfringens in coltura con BMO + LAC, le differenze di crescita con il mezzo di controllo non supplementato non sono significative. Di contro, la riduzione nei livelli di acetato e butirrato rispetto ai mezzi con supplemento singolo (BMO o LAC) suggerisce come la sua capacità metabolica sia rallentata in queste condizioni
• esponendo C. perfringens al surnatante di B. longum subsp. longum con BMO + LAC la sua capacità di utilizzare acido sialico (prodotto del metabolismo di BMO da parte di sialidasi) da 3’- o 6’-SL sembrerebbe esser stata inibita data l’assenza di butirrato nel mezzo. Il meccanismo di inibizione potrebbe essere indiretto e mediato dalle alterazioni di pH indotte dai metaboliti di B. longum subsp. longum. Le sialidasi di C. perfringens sono difatti attive a pH 5–5.5

Conclusioni

In conclusione dunque, B. longum subsp. longum in presenza di BMO + LAC sembrerebbe avere attività post-biotica nei confronti del patogeno C. perfringens inibendone la capacità enzimatica e, di conseguenza, la crescita.

Ulteriori ricerche sono tuttavia necessarie al fine di approfondire tali risultati e, in aggiunta, testare l’attività di altri ceppi di bifidobacteria nel metabolismo di BMO.