Menu

Substancje Syntetyczne i Biologiczne

Oligosacharyd mleka matki HMO

HMO (oligosacharydy mleka kobiecego, z ang. Human Milk Oligosaccharides) to złożone węglowodany naturalnie obecne w mleku matki – pod względem ilości zajmują trzecie miejsce po laktozie i tłuszczach. Dotychczas zidentyfikowano ponad 150–200 różnych struktur HMO. Nie są trawione przez układ pokarmowy niemowlęcia, docierają niemal w całości do jelita grubego, gdzie działają jak prebiotyki – selektywnie odżywiają korzystne bakterie z rodzaju Bifidobacterium i Lactobacillus. Wspierają rozwój mikrobioty jelitowej, wzmacniają barierę jelitową, utrudniają patogenom przyczepianie się do nabłonka i bezpośrednio modulują układ odpornościowy. Najobficiej występującym HMO jest 2′-fukozylolaktoza (2′-FL). W przypadku braku możliwości karmienia piersią niektóre mleka modyfikowane zawierają syntetyczne HMO o identycznej strukturze jak te naturalne.

Spis treści

Z tego materiału dowiesz się:

Czym są HMO i dlaczego stanowią aż trzeci pod względem ilości składnik mleka kobiecego
Jak HMO działają w jelitach niemowlęcia – dlaczego nie są trawione i co się z nimi dzieje po spożyciu
W jaki sposób oligosacharydy mleka kobiecego wspierają odporność, mikrobiotę jelitową i barierę jelitową
Czym różnią się poszczególne rodzaje HMO i dlaczego skład mleka każdej matki jest inny
Co oznacza obecność syntetycznych HMO w mlekach modyfikowanych i czy są one bezpieczne

Czym są HMO i dlaczego są wyjątkowe?

HMO to skrót od angielskiego Human Milk Oligosaccharides, czyli oligosacharydy mleka kobiecego. Są to złożone węglowodany (cukry) naturalnie obecne w mleku matki – i to w naprawdę dużych ilościach. Pod względem zawartości zajmują trzecie miejsce wśród stałych składników mleka kobiecego, tuż za laktozą i tłuszczami, wyprzedzając nawet białko. W siarze, czyli mleku wytwarzanym w pierwszych dniach po porodzie, ich stężenie wynosi 20–25 g/l, a w mleku dojrzałym spada do 5–15 g/l.

Każda cząsteczka HMO zbudowana jest z pięciu prostych cukrów: glukozy, galaktozy, N-acetyloglukozaminy, fukozy i kwasu sjalowego. Podstawą struktury jest zawsze laktoza, do której mogą być przyłączane kolejne cząsteczki – tworząc rozgałęzione, niekiedy długie łańcuchy. To właśnie ta różnorodność budowy sprawia, że w mleku kobiecym zidentyfikowano dotychczas ponad 150–200 różnych HMO. Nic podobnego nie znajdziemy w mleku innych ssaków – w mleku krowim HMO występują jedynie w śladowych ilościach, a ich stężenie jest ponad 100-krotnie niższe niż w mleku ludzkim.

Co ciekawe, wytwarzanie HMO pochłania aż 10% całkowitej energii, jaką organizm matki przeznacza na produkcję mleka. To pokazuje, jak ważne biologicznie muszą być te związki.

Jak HMO działają w organizmie niemowlęcia?

Niemowlę nie ma enzymów potrzebnych do trawienia HMO. W praktyce oznacza to, że oligosacharydy przechodzą przez żołądek i jelito cienkie praktycznie niezmienione – i właśnie o to chodzi. Około 99% HMO dociera do jelita grubego, gdzie staje się pożywką dla korzystnych bakterii. Jedynie 1–2% wchłania się do krwiobiegu i trafia do moczu.

W jelicie grubym HMO działają jak prebiotyki – selektywnie odżywiają przede wszystkim bakterie z rodzaju Bifidobacterium (zwłaszcza B. longum subsp. infantis, B. breve i B. bifidum) oraz Lactobacillus. Te pożyteczne drobnoustroje fermentują HMO, wytwarzając krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), mleczan i octan. SCFA odżywiają komórki jelitowe, obniżają pH w jelicie (co hamuje wzrost patogenów) i aktywują komórki układu odpornościowego. W efekcie mikrobiota jelitowa niemowlęcia karmionego piersią jest wyraźnie bogatsza w bifidobakterie niż u dzieci karmionych mlekiem modyfikowanym bez HMO.

Cztery główne mechanizmy działania HMO:

Działanie prebiotyczne – HMO stanowią pokarm dla korzystnych bakterii jelitowych (głównie bifidobakterii), które kształtują zdrową mikrobiotę i wspierają barierę jelitową.
Działanie antyadhezyjne – HMO działają jak „fałszywe receptory”: patogeny (wirusy, bakterie, pasożyty) przyczepiają się do HMO zamiast do komórek nabłonka jelitowego i są wydalane z kałem. Potwierdzono m.in. skuteczność 2′-FL wobec Campylobacter jejuni i norowirusa.
Wzmacnianie bariery jelitowej – HMO pobudzają produkcję mucyny (białka ochronnego śluzu jelitowego), zwiększają ekspresję białek szczelnych połączeń między komórkami nabłonka i ograniczają przepuszczalność jelita.
Modulacja układu odpornościowego – HMO wpływają bezpośrednio na komórki immunologiczne: regulują równowagę między limfocytami Th1 i Th2, stymulują komórki żerne (makrofagi), zmniejszają migrację leukocytów i redukują wydzielanie prozapalnych cytokin.

Jakie rodzaje HMO wyróżniamy?

HMO dzieli się na trzy główne grupy ze względu na skład chemiczny:

Fukozylowane neutralne HMO (ok. 35–50% wszystkich HMO) – do tej grupy należy m.in. najobficiej występująca 2′-fukozylolaktoza (2′-FL), a także difukozylolaktoza (DFL) i 3′-fukozylolaktoza (3′-FL).
Niefukozylowane neutralne HMO (ok. 42–55%) – tu znajdziemy m.in. lakto-N-neotetraozę (LNnT) i lakto-N-tetraozę (LNT).
Sjalylowane (kwaśne) HMO (ok. 12–14%) – reprezentowane przez 3′-sjalolaktozę (3′-SL) i 6′-sjalolaktozę (6′-SL).

Najliczniejszym HMO w mleku kobiecym jest 2′-FL – u matek posiadających aktywny enzym fukozylotransferazę (FUT2), zwanych matkami-sekreterkami, może on stanowić nawet do 58% wszystkich HMO. Stężenie 2′-FL jest najwyższe we wczesnej laktacji i stopniowo spada. Wyjątkiem jest 3′-FL, którego poziom rośnie wraz z upływem czasu karmienia.

Dlaczego skład HMO różni się u każdej matki?

Skład HMO jest unikalny dla każdej kobiety i zależy przede wszystkim od jej genetyki. Kluczową rolę odgrywają geny FUT2 i FUT3, które kodują enzymy odpowiedzialne za fukozylację cząsteczek HMO. Wyróżnia się cztery fenotypy matek na podstawie aktywności tych genów:

Sekreterka Se+/Le+ – ok. 70% kobiet; wytwarza pełne spektrum HMO fukozylowanych, w tym 2′-FL
Niesekreterka Se-/Le+ – ok. 20% kobiet; nie wytwarza α1-2-fukozylowanych HMO (brak 2′-FL)
Sekreterka Se+/Le- – ok. 9% kobiet
Niesekreterka Se-/Le- – ok. 1% kobiet; brak zarówno produktów FUT2, jak i FUT3

Oznacza to, że mniej więcej co piąta matka nie produkuje 2′-FL w mleku. Badania sugerują, że brak niektórych HMO może wiązać się z mniej korzystnym składem mikrobioty jelitowej dziecka i wyższą podatnością na niektóre infekcje. Na skład HMO wpływa też etap laktacji, a mleko matek wcześniaków zawiera szczególnie wysokie stężenia tych związków.

HMO a ochrona przed chorobami – co mówią badania:

Wyższy poziom 2′-FL w mleku matki wiązał się z rzadszym występowaniem biegunek wywołanych przez Campylobacter jejuni u niemowląt karmionych piersią.
Niemowlęta karmione formułą z 2′-FL i LNnT miały rzadziej zgłaszane przez rodziców infekcje dróg oddechowych i mniejsze zapotrzebowanie na antybiotyki oraz leki przeciwgorączkowe w porównaniu z grupą bez HMO.
Dzieci urodzone przez cesarskie cięcie i karmione formułą z HMO miały niższe ryzyko kolki w 4. miesiącu życia i miękksze stolce.
Wstępne dane wskazują, że HMO mogą zmniejszać ryzyko martwiczego zapalenia jelit (NEC) u wcześniaków, choć badania kliniczne w tym zakresie wymagają dalszego potwierdzenia.
HMO mogą wpływać na ryzyko alergii – wyższy poziom 2′-FL w mleku matki może zmniejszać ryzyko wyprysku atopowego u niemowląt z grupy wysokiego ryzyka alergicznego urodzonych przez cesarskie cięcie.

HMO a rozwój mózgu

HMO są w organizmie niemowlęcia źródłem kwasu sjalowego – związku, który odgrywa istotną rolę w kształtowaniu się układu nerwowego i funkcji poznawczych. Badania na zwierzętach wykazały, że suplementacja 2′-FL wpływała korzystnie na sprawność poznawczą i rozwój mózgu. Choć mechanizmy tego działania u ludzi wymagają dalszych badań, obecność sjalylowanych HMO w mleku kobiecym – szczególnie wysokie ich stężenie w siarze – jest uznawana za biologicznie istotną dla wczesnego rozwoju neurologicznego.

HMO w mlekach modyfikowanych – co warto wiedzieć?

Dzięki nowoczesnej biotechnologii możliwa jest przemysłowa produkcja syntetycznych HMO o strukturze identycznej jak te obecne w mleku kobiecym. Otrzymuje się je metodą fermentacji bakteryjnej, a następnie oczyszcza i suszy. Zarówno Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA), jak i amerykańska FDA potwierdziły bezpieczeństwo stosowania 2′-FL i LNnT w preparatach dla niemowląt – oddzielnie lub łącznie.

Badania kliniczne z udziałem niemowląt karmionych formułą z HMO wykazały:

Prawidłowy wzrost i dobre przyrosty masy ciała, porównywalne z dziećmi karmionymi piersią
Dobrą tolerancję żołądkowo-jelitową (częstość wzdęć, ulewań i wymiotów podobna jak w grupach kontrolnych)
Mikrobiotę jelitową zbliżoną do tej u dzieci karmionych piersią – m.in. wyraźnie większą liczebność bifidobakterii i mniejszą Clostridoides difficile
Profil cytokin zapalnych bliższy temu obserwowanemu u niemowląt karmionych piersią

Warto jednak pamiętać, że sukces naturalnych HMO wynika z ich ogromnej różnorodności – im więcej różnych typów, tym bogatsza symbioza z mikrobiotą. Żadne mleko modyfikowane nie jest w stanie odwzorować pełnego przekroju ponad 150–200 struktur HMO obecnych w mleku kobiecym.

Podsumowanie

HMO to wyjątkowy składnik mleka kobiecego, który pełni kluczową rolę w kształtowaniu zdrowego mikrobiomu, odporności i bariery jelitowej niemowlęcia. Nie mają funkcji odżywczej – działają przez inne, złożone mechanizmy biologiczne. Karmienie piersią pozostaje najlepszym sposobem zapewnienia dziecku pełnego spektrum tych związków. Jeśli karmienie piersią nie jest możliwe, warto zapytać farmaceutę lub pediatrę o dostępne preparaty wzbogacone w syntetyczne HMO, których bezpieczeństwo i skuteczność zostały potwierdzone w badaniach klinicznych. Pamiętaj, że skład HMO w mleku każdej matki jest inny – i to też jest część piękna natury.

Pytania i odpowiedzi

Czym są HMO w mleku matki?

HMO (oligosacharydy mleka kobiecego) to złożone węglowodany naturalnie obecne w mleku kobiecym. Są trzecim pod względem ilości składnikiem stałym mleka matki, po laktozie i tłuszczach. Nie są trawione przez niemowlę – docierają do jelita grubego, gdzie działają jak prebiotyki, odżywiając korzystne bakterie jelitowe.

Czy mleka modyfikowane z HMO są bezpieczne dla niemowląt?

Tak. Zarówno EFSA, jak i FDA potwierdziły bezpieczeństwo stosowania syntetycznych HMO (m.in. 2′-FL i LNnT) w preparatach dla niemowląt. Badania kliniczne wykazały, że dzieci karmione formułą z HMO rosną prawidłowo i dobrze tolerują taki pokarm. Syntetyczne HMO mają strukturę identyczną z tymi w mleku kobiecym.

Jaki jest najczęstszy rodzaj HMO w mleku matki?

Najobficiej występującym HMO jest 2′-fukozylolaktoza (2′-FL). U matek posiadających aktywny enzym FUT2 (tzw. sekreterek) może ona stanowić nawet do 58% wszystkich HMO w mleku. Jej stężenie jest najwyższe na początku laktacji i stopniowo maleje.

Czy każda matka ma takie same HMO w mleku?

Nie – skład HMO jest unikalny dla każdej kobiety i zależy przede wszystkim od jej genetyki (aktywności genów FUT2 i FUT3). Około 20% kobiet na świecie nie produkuje 2′-FL w mleku, ponieważ nie mają aktywnego enzymu FUT2. Skład HMO zmienia się też w zależności od etapu laktacji.

Czy HMO mogą pomóc w zapobieganiu alergiom u niemowląt?

Wstępne badania sugerują, że wyższy poziom 2′-FL w mleku matki może zmniejszać ryzyko wyprysku atopowego u niemowląt z grupy wysokiego ryzyka alergicznego urodzonych przez cesarskie cięcie, w wieku 2 lat. Badania w tym obszarze są obiecujące, ale wymagają dalszych potwierdzeń.

Czy HMO mogą być korzystne dla dorosłych?

Wstępne badania laboratoryjne sugerują, że fermentowane HMO mogą korzystnie wpływać na barierę jelitową dorosłych – zwiększają ekspresję białek szczelnych połączeń między komórkami jelita i zmniejszają przepuszczalność jelita. Wyniki są obiecujące, ale wymagają potwierdzenia w badaniach klinicznych z udziałem ludzi.

HMO a siara – dlaczego pierwsze mleko jest tak wyjątkowe?

Siara, czyli mleko wytwarzane w pierwszych dniach po porodzie, zawiera wyjątkowo wysokie stężenie HMO – nawet 20–25 g/l. To znacznie więcej niż w mleku dojrzałym, gdzie ich poziom spada do 5–15 g/l. Co więcej, mleko matek wcześniaków zawiera szczególnie wysokie stężenia HMO, co może stanowić dodatkową ochronę dla wcześniaków – grupy szczególnie narażonej na powikłania, takie jak martwicze zapalenie jelit. Stężenie poszczególnych HMO zmienia się dynamicznie w trakcie laktacji: 2′-FL i LNnT są najobfitsze we wczesnym mleku i stopniowo maleją, natomiast 3′-fukozylolaktoza (3′-FL) rośnie wraz z postępem karmienia. Te zmiany nie są przypadkowe – dostosowują się do zmieniających się potrzeb rozwijającego się dziecka.

HMO a mikrobiota jelitowa – dlaczego różnorodność ma znaczenie

Kluczem do skuteczności HMO jest ich ogromna różnorodność strukturalna. Badania kliniczne pokazują, że spożycie wszystkich trzech rodzajów HMO (fukozylowanych, niefukozylowanych i sjalylowanych) przez niemowlęta prowadzi do wyższej liczebności bifidobakterii w jelitach niż spożycie tylko jednego rodzaju. W mikrobiocie niemowląt karmionych piersią przez matki-sekreterki (wytwarzające 2′-FL) dominują Bifidobacterium i Bacteroides, a mniej jest potencjalnie szkodliwych Enterobacteriaceae, Clostridia i Streptococci. Bifidobakterie fermentują HMO, obniżając pH w jelicie i wytwarzając krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, które odżywiają komórki jelitowe i tworzą środowisko niekorzystne dla patogenów. Efekt ten utrzymuje się nawet do 2–3. roku życia dziecka.

Jak powstają syntetyczne HMO i czym różnią się od naturalnych?

Produkcja syntetycznych HMO stała się możliwa dzięki przełomowi w biotechnologii. Otrzymuje się je metodą fermentacji bakteryjnej z laktozy i odpowiednich monomerów cukrowych, a następnie oczyszcza, krystalizuje i suszy. Tak powstałe HMO mają strukturę chemiczną identyczną z tymi w mleku kobiecym. Różnica polega na różnorodności – naturalne mleko zawiera ponad 150–200 różnych struktur HMO, podczas gdy do preparatów mlecznych dodaje się zazwyczaj kilka wybranych (np. 2′-FL, LNnT, DFL, 3′-SL, 6′-SL). Badania wykazały, że HMO są stabilne w procesie produkcji mleka modyfikowanego i nie ulegają degradacji. Warto odróżniać syntetyczne HMO od tradycyjnych oligosacharydów prebiotycznych (GOS/FOS) – te ostatnie mają prostszą strukturę i nie wykazują takich samych właściwości immunologicznych.