Synthetischer Muttermilchzucker reduziert Infektionsrisiko mit gefährlichen Krankheitserregern

Präklinische Untersuchungen zeigen bahnbrechende Ergebnisse bei Infektionskrankheiten:

Synthetisch hergestellte humane Milchzucker reduzieren das Infektionsrisiko mit gefährlichen Krankheitserregern

 

Humane Milch-Oligosaccharide, in der Muttermilch vorhandene Zucker, stellen einen wichtigen Schutz des Säuglings vor Infektionen mit Viren und Bakterien dar. In Kooperation mit der Universitätsklinik für Kinder- und Jugendmedizin Mannheim der Universität Heidelberg hat der Pionier im Bereich der HMOs, die Jennewein Biotechnologie (Rheinbreitbach), in einer präklinischen Studie nachgewiesen, dass synthetisch hergestellte funktionale Zucker (Oligosaccharide 2‘-Fucosyllactose und 3-Fucosyllactose) Menschen vor Infektionskrankheiten schützen können. Damit entsprechen diese in ihrer Molekularstruktur identischen Fucosyllactosen den in der Natur vorkommenden Vorbildern und übernehmen ihre Funktion.

In der Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik für Kinder- und Jugendmedizin Mannheim der Universität Heidelberg hat die Jennewein Biotechnologie als erstes Unternehmen in umfangreichen und aufwendigen präklinischen Untersuchungen nachgewiesen, dass synthetisch hergestellte humane Milchzucker die identische Funktion übernehmen wie die in der menschlichen Muttermilch vorkommenden Zuckermoleküle. Die Untersuchungen konzentrierten sich hierbei insbesondere auf die humanen Oligosaccharide 2‘-Fucosyllactose und 3-Fucosyllactose. Diese beiden Zucker sind in der Muttermilch in sehr hoher Konzentration anzutreffen und stellen mit bis zu 3,5 g pro Liter die mit Abstand größte Fraktion der komplexen humanen Milchzucker dar.

In in vitro Untersuchungen, welche an menschlichen Zellen und mit humanen Krankheitserregern durchgeführt wurden, konnte die Mannheimer Gruppe zeigen, dass die von der Jennewein Biotechnologie hergestellten Zuckermoleküle effektiv weitverbreitete Durchfallerreger, wie Campylobacter jejuni, pathogene Escherichia coli oder bestimmte Salmonellen-Spezies binden. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen auch, dass diese speziellen Zucker effektiv den Erreger Pseudomonas aeruginosa binden, welcher zusammen mit Staphylococcus aureus und E. coli einer der am häufigsten auftretende Krankenhauskeim ist (weist Mehrfachresistenzen gegen Antibiotika auf) und welcher zu schwerwiegenden und lebensbedrohlichen Infektionen bei Patienten mit Immunschwächekrankheiten führen kann.

Aus weiteren Studien ist bekannt, dass humane Milchzucker nicht nur Krankheitserreger direkt im Magen-Darmtrakt binden, sondern noch zwei weitere für den Menschen vorteilhafte Effekte aufweisen. Zum einen haben diese Zucker einen prebiotischen oder bifidogenen Effekt, welcher das menschliche Mikrobiom fördert. Somit werden die gesundheitsförderlichen Mikroorganismen, wie z.B. Bifidobakterien, unterstützt, welche in Symbiose mit dem menschlichen Organismus in Magen, Darm, Mund und Haut leben. Zum anderen gehen bis zu 1% dieser Zucker auch in den Blutstrom des Menschen über. Man geht davon aus, dass diese Zuckermoleküle durch die Zirkulation im Blutstrom einen systemischen Effekt auf die Gesundheit des Menschen haben. Dieser systemische Effekt könnte somit eine Erklärung sein, wie es die Natur schafft, das Infektionsrisiko in Organen, wie zum Beispiel der Lunge oder der Hirnhaut, effektiv durch diese speziellen Zucker zu reduzieren. Die bereits vorliegenden umfangreichen wissenschaftlichen Ergebnisse über die prebiotischen und systemischen Eigenschaften dieser komplexen humanen Milchzucker bedürfen jedoch noch weiterer wissenschaftlicher Untersuchungen.

Wie Herr Prof. Dr. Schroten, Direktor der Universitätsklinik für Kinder- und Jugendmedizin Mannheim der Universität Heidelberg, betont, „… stellt diese Studie einen wichtigen Meilenstein bei der Entwicklung neuer, effektiver und schonender Möglichkeiten dar, das Infektionsrisiko durch humanpathogene Bakterien zu reduzieren. In Anbetracht der stetig wachsenden Weltbevölkerung und zunehmenden Antibiotikaresistenzen eine zentrale Herausforderung der Menschheit im 21. Jahrhundert.“

Effektiver Schutzmechanismus der humanen Milchzucker

Muttermilch ist das ideale Nahrungsmittel für Säuglinge, nicht nur hinsichtlich des optimal abgestimmten Nährstoffgehaltes, sondern auch aufgrund der Bestandteile mit besonderen biologischen Funktionalitäten. Nach Laktose und Fett stellen humane Milcholigosaccharide eine Hauptkomponente der Muttermilch dar. Bei diesen Oligo­sacchariden handelt es sich um komplexe Mehrfachzucker, welche in dieser Form in der Natur lediglich in der menschlichen Muttermilch anzutreffen sind.

Wie bereits durch zahlreiche wissenschaftliche Studien belegt, reduzieren humane Milchzucker das Infektionsrisiko mit gefährlichen Krankheitserregern. Der effektive Wirkmechanismus ist für den Krankheitserreger unüberwindbar und für den Menschen gänzlich ohne Nebenwirkungen. Gelöste humane Oligosaccharide imitieren Zuckermoleküle, welche auf menschlichen Zelloberflächen anzutreffen sind und hier eine zentrale Rolle in der Kommunikation der Zellen einnehmen. Über 70% aller menschlichen bakteriellen und viralen Krankheitserreger nutzen diese zellständigen Zuckermoleküle, um an die Zelle anzudocken, in die Zelle einzudringen und somit schlussendlich den Organismus zu infizieren. Beim Verzehr von humanen Oligosacchariden befinden sich diese Zuckermoleküle im Magen-Darmtrakt aber auch im Blutstrom des Menschen. Die Krankheitserreger binden an diese gelösten Zucker, „in der Annahme“ an eine Wirtszelle anzudocken. Ist ein Krankheitserreger einmal an ein Zuckermolekül gebunden, ist diese Bindung für den Krankheitserreger nicht mehr zu lösen. Interessanterweise kann ein Krankheitserreger diese „Falle“ auch nicht umgehen und z.B. Resistenzen entwickeln. Würde ein Krankheitserreger seine Bindestelle verändern, so dass er nicht mehr an humane Oligosaccharide binden würde, wäre er auch seiner Möglichkeit beraubt, an humane Zellen zu binden und diese erfolgreich zu infizieren. Somit wäre dieser Krankheitserreger für den menschlichen Organismus nicht mehr gefährlich bzw. infektiös.

Humane Oligosaccharide haben im menschlichen Körper die spezifische Funktion, Viren, Bakterien und Toxine zu binden, um hierdurch den Organismus vor Infektionen zu schützen. Somit werden diese Zucker von menschlichen Zellen nicht zur Energiegewinnung in ihrem Metabolismus genutzt, sondern werden – zusammen mit den gebundenen Krankheitserregern – wieder ausgeschieden. Der Verzehr dieser sehr süßschmeckenden Zuckermoleküle ist somit mit keiner Kalorienaufnahme für den Menschen verbunden.

Vielseitige Anwendungsbereiche und Einsatzmöglichkeiten für Fucosyllactose in Nahrungsmitteln

Die von der Jennewein Biotechnologie hergestellten humanen Milcholigosaccharide stellen somit einen effektiven Schutz vor menschlichen Krankheitserregern dar. Durch den Verzehr dieser Zucker kann das Risiko von Infektionen reduziert werden. Da es sich bei der Jenneweinschen Fucosyllactose um ein natürliches Nahrungsmittel in Form eines reinen, kristallinen Zuckers handelt, eröffnen sich diesen humanen Oligosacchariden zahlreiche Einsatzmöglichkeiten in Nahrungsmitteln: Zum Beispiel in Säuglingsernährung, in Spezialnahrung für Berufsgruppen mit hohem Infektionspotential, für Reisende in Risikogebieten, in denen Durchfallerkrankungen häufige Begleiterscheinungen sind u.s.w.. Außerdem bieten sich humane Oligosaccharide im Allgemeinen und Fucosyllactose im Besonderen speziell als funktionaler Zusatz in therapeutischen Nahrungsmitteln an, welche die Behandlung von schwerwiegenden Krankheiten unterstützen oder das Risiko von Infekten mit multiresistenten Krankenhauskeimen reduzieren können. Aber auch Hersteller weiterer Nahrungsmittel, wie z.B. von Milchprodukten, Frühstückscerealien und Getränken, die ihren Konsumenten einen speziellen Gesundheitsnutzen bieten möchten, können von dem bahnbrechenden Forschungserfolg profitieren.

Über die Jennewein Biotechnologie GmbH

Die Jennewein Biotechnologie GmbH wurde bereits im Jahr 2007 mit dem Innovationspreis „Pionier-Geist“ vom rheinland-pfälzischen Wirtschaftsministerium ausgezeichnet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt die Jennewein Biotechnologie GmbH bei seinen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Bereich der humanen Oligosaccharide.

Weitere Informationen über die Jennewein Biotechnologie GmbH, erhalten Sie im Internet auf der Seite www.jennewein-biotech.de oder unter:

Jennewein Biotechnologie GmbH
Tel.:     +49-(0)2224-989.4502
EMail: info@jennewein-biotech.de
 

Pressekontakt

Kerstin Bokel-Lange

Tel.: +49 (0)40-279 79 70



Abstract

Bioengineered 2′-fucosyllactose and 3-fucosyllactose inhibit the adhesion of Pseudomonas aeruginosa and enteric pathogens to human intestinal and respiratory cell lines

Stefan Weichert, Stefan Jennewein, Eric Hüfner, Christel Weiss, Julia Borkowski, Johannes Putze, Horst Schroten. Published in: “nutrition research”, 08/15/2013

Human milk oligosaccharides help to prevent infectious diseases in breastfed infants. Larger scale testing, particularly in animal models and human clinical studies, is still limited due to shortened availability of more complex oligosaccharides. The purpose of this study was to evaluate 2′-fucosyllactose (2′-FL) and 3-fucosyllactose (3-FL) synthesized by whole-cell biocatalysis for their biological activity in vitro. Therefore, we have tested these oligosaccharides for their inhibitory potential of pathogen adhesion in two different human epithelial cell lines. 2′-FL could inhibit adhesion of Campylobacter jejuni, enteropathogenic Escherichia coli, Salmonella enterica serovar fyris, and Pseudomonas aeruginosa to the intestinal human cell line Caco-2 (reduction of 26%, 18%, 12%, and 17%, respectively), as could be shown for 3-FL (enteropathogenic E coli 29%, P aeruginosa 26%). Furthermore, adherence of P aeruginosa to the human respiratory epithelial cell line A549 was significantly inhibited by 2′-FL and 3-FL (reduction of 24% and 23%, respectively). These results confirm the biological and functional activity of biotechnologically synthesized human milk oligosaccharides. Mass-tailored human milk oligosaccharides could be used in the future to supplement infant formula ingredients or as preventatives to reduce the impact of infectious diseases.

Abbreviations: CFU, colony forming units, EPEC, enteropathogenic Escherichia coli, 2′-FL, 2′-fucosyllactose, 3-FL, 3-fucosyllactose, HMO, human milk oligosaccharide, HPAEC-PAD, high pH anion exchange chromatography with pulsed amperometric detection, Fuc, l-fucose, LNFP, lacto-N-fucopentaose, MOI, multiplicity of infection.

 

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Gast
Äußerst interessanter Beitrag mit vielversprechenden Ergebnissen. Mir ist bereits die L-Fucose, ein zentraler Bestandteil der humanen Milchzucker, aus der Anwendung bei LAD (Leukocyte Adhesion Deficiency Syndrome) bekannt. L-Fucose zeigt hier bei oraler Einnahme einen durchschlagenden Erfolg. Die Ergebnisse der Kollegen aus Mannheim erscheinen mir äußerst vielversprechend. Sie zeigen einen alternativen Weg auf, das Risiko von Infektionen effektiv zu reduzieren. Mir ist hierzu bereits ein Beitrag in Nature von Lars Bode in 2012 aufgefallen. Dieser zeigt, dass diese speziellen Zucker, das Risiko von NEC (necrotizing enterocolitis) bei Frühchen reduzieren können. Bei weiterem Interesse gibt der Artikel „Every Baby needs a Sugar Mama“ (Glycobiology) einen guten Überblick und geht auch auf die weiteren Funktionalitäten dieser humanspezifischen Milchzucker ein, wie z.B. deren prebiotische Effekte und Bedeutung bei der neuronalen Entwicklung. Weiter so!
#1 am 31.01.2014 von Gast
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