모유와의 친화성

모유: 소아 영양의 최고 공급원

모유의 구성 성분

모유는 소아에게 가장 좋은 영양 공급원이며, 소아의 건강 발달에 지대한 역할을 합니다. 그 비결은 바로 모유만의 정교하고 특별한 성분에 있습니다.

모유는 소아의 성장과 발달에 필요한 필수 영양소와 다양한 생리활성 분자로 구성되어 있으며, 여기에는 탄수화물(주로 유당), 지방, 단백질, 모유 올리고당(HMO), 비타민과 미네랄, 면역 인자, 성장 호르몬, 모유 미생물, 그리고 라이소자임과 같은 항균 성분이 포함됩니다.

Bifidobacterium 증식 인자를 함유한 모유

모유는 일반적으로 비피더스균이 우세한 소아 장내 미생물군 형성에 중요한 역할을 합니다. 이렇게 비피더스균이 풍부한 장내 미생물군은 소아에게 다양한 건강상의 이점을 제공하는 것으로 알려져 있습니다. 분유 수유아의 장내 미생물군은 모유 수유아의 장내 미생물군과 다르며, 분유 수유아에서는 비피더스균이 더 적은 것으로 보고되었습니다[1]. 모유에는 소아 장내 비피더스균 증식을 촉진하는 선택적 인자로 작용할 수 있는 다양한 생리활성 물질이 함유되어 있습니다. HMO와 라이소자임은 모유에 존재하는 대표적인 두 가지 비피더스균 증식 촉진 인자로 여겨집니다.

Reference:

  1. 1Tannock G. W., Lawley B., Munro K., Pathmanathan S. G., Zhou S. J., Makrides M., et al. . (2013). Comparison of the compositions of the stool microbiotas of infants fed goat milk formula, cow milk-based formula, or breast milk. Appl. Environ. Microbiol. 79, 3040-3048.

HRB: 모유가 선별

모유에서의 HRB 증식

Prepared from Minami et al., 2016. Beneficial Microbes

HRB와 Non-HRB는 모유에서 생육 적합성의 차이를 보입니다. 본 연구에서는 37종의 비피더스균 균주의 모유에서의 생육 능력을 생체외 연구를 통해 평가하였습니다. 건강한 산모로부터 기증받은 모유에 HRB 및 Non-HRB 균주를 접종하고 37°C에서 24시간 배양하였습니다. 배양 전후의 세균 수를 측정하였습니다.

모유와 친화성이 높은 HRB

Prepared from Minami et al., 2016. Beneficial Microbes

결과는 소아에서 분리된 모든 HRB 균주(B. breve및B. longumsubsp.infantis)가 모유에서 잘 자라는 반면 성인형 HRB(B. longumsubsp.longum)는 균주 특이성을 나타낸다는 것을 분명히 보여주었습니다. 한편, 대부분의 Non-HRB는 모유에서 하룻밤 배양 후 자라지 못하고 사멸하기도 했습니다 [1].

이와 동일하게 모유 수유아와 분유 수유아의 대변 내 미생물군 구성을 비교한 Tannock 외(2013)은 B. longum 및 B. breve와 같은 HRB 종이 모유 수유아에서 더 풍부하다는 것을 밝혀냈습니다[2]. 또한, 교차 임상 연구에서는 미숙아에게 2주 동안 B. longumsubsp.infantis를 보충했을 때 B. animalissubsp.lactis를 보충했을 때보다 장내 미생물군에서 비피더스균의 비율이 더 높았다고 보고했습니다[3].

Reference:

  1. 1Minami, J., Odamaki, T., Hashikura, N., Abe, F. and Xiao, J., 2016. Lysozyme in breast milk is a selection factor for bifidobacterial colonisation in the infant intestine. Beneficial Microbes 7: 53-60.
  2. 2Tannock G. W., Lawley B., Munro K., Pathmanathan S. G., Zhou S. J., Makrides M., et al. . (2013). Comparison of the compositions of the stool microbiotas of infants fed goat milk formula, cow milk-based formula, or breast milk. Appl. Environ. Microbiol. 79, 3040-3048.
  3. 3Underwood, M.A., Kalanetra, K.M., Bokulich, N.A., Lewis, Z.T., Mirmiran, M., Tancredi, D.J. and Mills, D.A., 2013. A comparison of two probiotic strains of bifidobacteria in premature infants. Journal of Pediatrics 163: 1585-1591.

HMO 대사

HMO란?

Prepared from Kunz et al., 2000, Annu Rev Nutr

모유 올리고당(HMO)은 모유에 풍부하게 존재하는 비결합형 복합 탄수화물입니다. HMO는 유당과 지방산에 이어 모유에서 세 번째로 풍부한 성분으로 알려져 있으며, 소아형 HRB의 증식을 선택적으로 촉진하고 장내 정착에 기여하는 Bifidobacterium 증식 효과를 나타냅니다.

HMO는 200가지가 넘는 다양한 분자 구조를 포함합니다. 특히 lacto-N-biose(LNB) 또는 lacto-N-tetraose(LNT) 구조를 나타내는 성분이 매우 풍부합니다. HMO의 이러한 주요 구성 성분의 분해는 HMO 대사에서 중요한 단계로 여겨집니다.

HMO 활용에 특화된 소아형 HRB

Prepared from Odamaki et al., 2015. Int J Genom.

일부 연구에서는 B. longum subsp. infantis가 HMO를 유일한 탄소원으로 이용하고 왕성하게 증식할 수 있음을 보여주었습니다[1,2]. 또한 HRB와 Non-HRB의 유전체 비교는 HRB, 특히 대표적인 HMO 이용 균으로 여겨지는 소아형 HRBB. longumsubsp.infantis가 LNT[2]를 동화할 수 있는 기능적 능력이 있음을 보여주었습니다[3].

이 연구들은 소아형 HRB가 소아 숙주와 특정한 유전적 적응 및 긴밀한 협력 진화를 겪었음을 보여줍니다. 또한 이 연구들은 소아형 HRB가 HMO를 이용하는 데 특화되어 있음을 보여줍니다.

Reference:

  1. 1Asakuma, S., Hatakeyama, E., Urashima, T., Yoshida, E., Katayama, T., Yamamoto, K., Kumagai, H., Ashida, H., Hirose, J. and Kitaoka, M., 2011. Physiology of consumption of human milk oligosaccharides by infant gut-associated bifidobacteria. Journal of Biological Chemistry 286: 34583-34592.
  2. 2Odamaki, T., Horigome, A., Sugahara, H., Hashikura, N., Minami, J., Xiao, J.-Z. and Abe, F., 2015. Comparative genomics revealed genetic diversity and species/strain-level differences in carbohydrate metabolism of three probiotic bifidobacterial species. International Journal of Genomics 2015: 5678092015.
  3. 3Sela, D., Chapman, J., Adeuya, A., Kim, J., Chen, F., Whitehead, T., Lapidus, A., Rokhsar, D., Lebrilla, C.B. and German, J.B., 2008. The genome sequence of Bifidobacterium longum subsp. infantis reveals adaptations for milk utilization within the infant microbiome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 105: 18964-18969.

라이소자임 내성

선택적 인자로 작용하는 모유 속 라이소자임

Prepared from Minami et al., 2016. Beneficial Microbes

HMO뿐만 아니라 라이소자임 또한 소아 장내 Bifidobacterium 종의 선택적 정착에 중요한 핵심 요소일 수 있습니다.

모유에 함유된 라이소자임의 양은 일반적으로 소젖에 함유된 양보다 약 1000~3000배 더 많다고 알려져 있어, 특히 소아 건강에 필수적인 천연 ‘항생제’ 중 하나입니다.

최근 연구에 따르면 라이소자임의 존재는 모유와 비피더스균의 선택적 친화성에 기여하며[1,2] 소아의 장에서 우세한 종에도 영향을 미칠 수 있습니다.

HRB는 라이소자임 내성이 매우 강합니다.

Prepared from Minami et al., 2016. Beneficial Microbes

모리나가유업에서 실시한 생체외 연구[1]에 따르면 대부분의 소아형 HRB 균주는 중간 정도의 내성을 보인 반면, Non-HRB 균주는 모유와 계란 흰자의 라이소자임 모두에 민감했습니다.

더욱이, 라이소자임은 거의 모든 조직, 체액, 눈물, 콧물, 타액과 같은 분비물, 특히 모유에 자연적으로 존재합니다. 이러한 점에서 라이소자임 민감성은 인체 장내 비피더스균의 생존에 위협이 될 수 있으며, 따라서 라이소자임 내성을 가진 HRB가 인체 장내 정착에 더 적합할 수 있음을 시사합니다.

Reference:

  1. 1Minami, J., Odamaki, T., Hashikura, N., Abe, F. and Xiao, J., 2016. Lysozyme in breast milk is a selection factor for bifidobacterial colonisation in the infant intestine. Beneficial Microbes 7: 53-60.
  2. 2Rockova, S., Rada, V., Nevoral, J., Marsik, P., Vlkova, E. and Bunesova, V., 2012. Inter-species differences in the growth of bifidobacteria cultured on human milk oligosaccharides. Folia Microbiologica 57: 321-324.

ILA 생산 및 전환

ILA: HRB가 생산하는 새로운 물질

ILA란? ILA는 인돌-3젖산으로, 방향족 젖산의 일종입니다. 소아에게 항균, 면역 조절, 항염 효과가 있는 것으로 보고된 장내 대사산물입니다. 최근 연구에 따르면 HRB(특히 소아형)는 높은 수준의 ILA를 생성할 수 있으며, 이는 HRB 소아 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다[1].

각 Bifidobacterium은 MRS-C 배지에서 37°C의 혐기성 조건하에 24시간 동안 배양되었습니다.
Sakurai T et al., Microorganisms. (2019)

HRB는 인돌을 ILA로 전환시키며, 이는 인체에 유익합니다.

Yong CC et al., Gut Microbes. (2024)

장내 세균이 생성한 인돌은 간에서 대사되어 대표적인 요독성 물질인 인독실황산염으로 전환됩니다. 인돌과 인독실황산염은 신부전 진행을 촉진하는 물질로 알려져 있습니다. 모리가나의 연구에 따르면 HRB는 대장균이 생성한 인돌을 트립토판(Trp)으로, 그리고 다시 인돌-3-젖산(ILA)으로 전환한다는 것을 보여줍니다. HRB는 요독성 물질의 전구체인 인돌을 유익한 ILA로 전환하는 유전자를 함유하고 있습니다 [2].

Reference:

  1. 1Sakurai, T.; Odamaki, T.; Xiao, J.-z. Production of Indole-3-Lactic Acid by Bifidobacterium Strains Isolated fromHuman Infants. Microorganisms 2019, 7, 340.
  2. 2Yong, Cheng Chung et al. “Human gut-associated Bifidobacterium species salvage exogenous indole, a uremic toxin precursor, to synthesize indole-3-lactic acid via tryptophan.” Gut microbes vol. 16,1 (2024)