Estrutura molecular da lacto-N-biosidase LnbX, uma enzima de uma bactéria simbiótica (B. longum) no intestino dos bebês para quebrar os açúcares do leite materno. Crédito:Yamada e Gotoh et al.
O leite materno fornece nutrientes vitais não apenas para crianças, mas também para micróbios benéficos que habitam o trato gastrointestinal. Um estudo publicado em 6 de abril em Biologia Química Celular mostra que uma espécie bacteriana chamada Bifidobacterium longum adaptou-se com sucesso ao nicho único do intestino infantil, produzindo uma enzima chamada LnbX, que permite que este micróbio cresça em um açúcar que é abundante apenas no leite humano.
"Dados os efeitos das bifidobactérias na promoção da saúde, nossos resultados revelam uma possível rota evolutiva para a simbiose induzida pelo leite materno entre micróbios intestinais e humanos, "diz o co-autor sênior do estudo, Takane Katayama, da Universidade de Kyoto.
Acredita-se que os micróbios intestinais no início da vida tenham efeitos duradouros na saúde humana, e estudos têm mostrado que a dieta tem forte influência na composição dessa população. Por exemplo, os açúcares do leite humano são conhecidos por promover seletivamente o crescimento de micróbios intestinais benéficos, como as bifidobactérias, que previnem diarréia e infecção patogênica em crianças. Um dos principais componentes do leite humano é um açúcar chamado lacto-N-tetraose, que está virtualmente ausente no leite de outros mamíferos. As bifidobactérias produzem enzimas que quebram esse açúcar, sugerindo fortemente que uma relação simbiótica recentemente evoluiu entre esses microrganismos e os humanos.
Ao investigar como essa relação simbiótica evoluiu, Katayama e o co-autor do estudo Shinya Fushinobu, da Universidade de Tóquio, caracterizaram anteriormente o LnbB e o LnbX isolado - enzimas que degradam o lacto-N-tetraose em Bifidobacterium bifidum e Bifidobacterium longum , respectivamente. No novo estudo, os pesquisadores começaram a construir sobre essas descobertas, determinando a estrutura de cristal de raios-X do domínio catalítico de LnbX. A estrutura cristalina, em combinação com experimentos de mutação e farmacológicos, revelaram que LnbX tem uma estrutura distinta e mecanismo catalítico de LnbB e, portanto, pertence a uma nova família de enzimas glicosídeo hidrolase chamada GH136.
Os oligossacarídeos do leite humano promovem seletivamente o crescimento bifidobacteriano no intestino da criança. Este resumo visual descreve as descobertas de Yamada e Gotoh et al., que fornecem a base estrutural da lacto-N-biosidase (LnbX), um fator enzimático chave para o crescimento e proliferação de B. longum em bebês amamentados. Crédito:Yamada e Gotoh et al./ Biologia Química Celular 2017
"Apesar de B. longum e B. bifidum pertencem ao mesmo gênero e habitam o mesmo ambiente, eles usam diferentes enzimas para quebrar a lacto-N-tetraose, aproveitando as estruturas variadas deste açúcar de leite humano único, "Fushinobu diz." As descobertas sugerem que diferentes cepas e espécies de bifidobactérias benéficas desenvolveram independentemente ferramentas moleculares distintas para digerir o mesmo açúcar do leite humano, explicando sua capacidade de coexistir e prosperar no trato gastrointestinal de bebês alimentados com leite materno. "
Experimentos adicionais mostraram que o gene lnbX é crítico para a capacidade de B. longum para crescer especificamente em lacto-N-tetraose. Além disso, uma análise de DNA fecal revelou que B. longum e o gene lnbX foi mais abundante no trato gastrointestinal de dez bebês que consumiam exclusivamente leite materno em comparação com seis bebês alimentados com uma mistura de fórmula e leite materno. "Tomados em conjunto, essas descobertas sugerem que lnbX é importante para B. longum para persistir no ecossistema intestinal de bebês alimentados com leite materno, e os açúcares do leite humano têm sido a principal pressão seletiva para a evolução do lnbX, "Katayama diz.
Em estudos futuros, os pesquisadores vão investigar se outras espécies bifidobacterianas produzem enzimas diferentes para digerir os açúcares do leite materno. Eles também procuram metabólitos bifidobacterianos que promovem a saúde infantil. No fim, esta pesquisa pode melhorar o leite em pó por meio da fortificação com compostos bacterianos benéficos, ou com enzimas microbianas que foram manipuladas para realizar a reação reversa e sintetizar açúcares do leite humano a baixo custo e em larga escala.
"Embora a amamentação durante o primeiro ano de vida seja recomendada na maioria dos casos, algumas mães dependem do leite em pó porque têm infecções virais ou não produzem leite com nutrientes essenciais, como zinco, "Katayama diz." Portanto, o desenvolvimento de novas estratégias para fortificar o leite em pó com ingredientes que promovem a saúde será especialmente crítico nesses raros casos em que a alimentação com leite materno não é possível. "
