Komplexe Zucker und Mikrobiome bei Muttermilch-Einflüssen bei Neugeborenen-Rotavirus-Infektionen

[19459002 Mit einem multidisziplinären Ansatz berichtet ein internationales Forscherteam, darunter Wissenschaftler der University of California San Diego School of Medicine, dass komplexe Wechselwirkungen zwischen komplexen Zuckern und dem Mikrobiom in der Muttermilch die neonatale Rotavirusinfektion beeinflussen.

Veröffentlicht in der Online-Ausgabe vom 27. November Nature Communications. Die Autoren geben an, dass die Studie ein neues Verständnis für Rotavirus (gastrointestinale) Infektionen bei Neugeborenen schafft und Muttermilchkomponenten identifiziert Dies könnte die Leistung von Lebendimpfstoffen mit abgeschwächtem Rotavirus verbessern.

“Rotavirus-Infektionen verursachen Durchfall und Erbrechen, hauptsächlich bei Kindern unter fünf Jahren, mit Ausnahme von Neugeborenen – Babys unter 28 Tagen, die normalerweise keine Symptome haben. An einigen Orten sind Infektionen bei Neugeborenen jedoch mit schwerwiegenden Magen-Darm-Problemen verbunden “, sagte Sasirekha Ramani, Dozentin und Dozentin für molekulare Virologie und Mikrobiologie am Baylor College of Medicine.

„Welche Faktoren Unterschiede zwischen Neugeborenen mit und ohne Symptome vermitteln, werden nicht klar verstanden. Wir haben unsere Untersuchung vor Jahren mit der Feststellung begonnen, dass ein bestimmter Rotavirus-Stamm sowohl mit asymptomatischen Infektionen als auch mit klinischen Symptomen bei Neugeborenen in Verbindung steht. “

Ramani und Kollegen suchten zuerst nach Antworten aus der Perspektive des Virus. Sie untersuchten, ob Faktoren wie die Virusmenge bei Neugeborenen oder das Genom des Virus mit dem Vorhandensein von Symptomen bei Neugeborenen in Zusammenhang stehen können, fanden jedoch keine Zusammenhänge zwischen diesen Faktoren. Die Forscher sahen dann aus der Perspektive des Neugeborenen: Gab es Faktoren bei Neugeborenen, die erklären könnten, warum dieses Virus Neugeborene infiziert und warum es Unterschiede in der klinischen Darstellung gibt?

Im Labor bestand das Team aus Lars Bode, einem Dozent für Pädiatrie an der San Diego School of Medicine der Universität San Diego und dem Direktor des Mutter-Milch-Säuglings-Forschungszentrums der Larsson-Rosenquist-Stiftung Excellence untersuchte, ob Bestandteile von Muttermilch die Infektion von MA104-Zellen, ein gut etabliertes Modell für Rotavirus-Studien, mit dem bestimmten Rotavirus-Stamm hemmen könnten, den sie in den neonatalen Kindertagesstätten in Indien identifiziert hatten. Unerwarteterweise entdeckten sie, dass spezifische in der Muttermilch enthaltene komplexe Zucker, die als Muttermilcholigosaccharide bezeichnet werden, die Infektion von Zellen in Kultur mit dem neonatalen Rotavirus-Stamm verstärkten.

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"Diese Ergebnisse haben uns überrascht", sagte Ramani. "Es ist bekannt, dass Muttermilch den Schutz von Neugeborenen gegen Rotavirus-Infektionen verbessert. Komplexe Zucker in der Muttermilch können die Infektiosität anderer Rotaviren reduzieren. Hier haben wir jedoch das Gegenteil für diesen bestimmten Virusstamm gefunden."

Die Forscher gingen zurück ins Feld, um herauszufinden, ob sie die Laborergebnisse in einer Kohorte von Mutter-Kind-Paaren validieren könnten. Unter Verwendung der leistungsfähigen Analyseplattform in Bodes Labor an der UC San Diego fanden sie einige der gleichen spezifischen Zuckerzucker in der Muttermilch, die die Infektiosität von Zellen in Kultur erhöhen, die in der Muttermilch von Neugeborenen mit Symptomen häufiger vorkommen Infektion.

Sie fanden auch einen Zusammenhang zwischen dem Mikrobiom in der Muttermilch und gastrointestinalen Symptomen bei Neugeborenen, was zu neuen und noch zu beantwortenden Fragen darüber führte, wie das Mikrobiom – alle Mikroorganismen, die in einer bestimmten Umgebung gefunden wurden – trug zu Unterschieden bei gastrointestinalen Symptomen bei.

"Diese Entdeckungen sind ein hervorragendes Beispiel für die dringende Notwendigkeit, unser Verständnis der Zusammensetzung und der Variation von Muttermilchkomponenten zu verbessern", sagte Bode. "Wenn man versteht, wie Rotaviren und andere Krankheitserreger die Vorteile von Muttermilch nutzen können, wird dies die Entwicklung neuer Impfstrategien vorantreiben, um in der Rasse des Wirts-Erregers weiterhin die Nase vorn zu haben."

Die Forscher entdeckten auch, dass die komplexen Zucker in der Muttermilch die Replikation des abgeschwächten Rotavirus im Lebendimpfstoff erhöhten, was dem neonatalen Virus, das sie untersuchten, ähnelt. Diese Feststellung kann therapeutischen Nutzen haben.

"Eine verbesserte virale Replikation kann möglicherweise zu einer effektiveren Immunreaktion gegen das Virus führen, was zu einem besseren Schutz des Kindes führen würde", sagte Ramani. "Dies ist etwas, das wir in Zukunft erforschen wollen, weil hier Strategien zur Verbesserung der Wirksamkeit von Rotavirus-Impfstoffen in Teilen der Welt aufgezeigt werden können, in denen dies nicht der Fall ist."

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"Eines der wichtigsten Dinge für uns ist, dass diese unerwarteten Ergebnisse eng mit der öffentlichen Gesundheit verbunden sind", sagte Ko-Autorin Mary K. Estes, PhD, Distinguished Service-Professor und Cullen-Stiftungsprofessur für Mensch und Molekulare Virologie am Baylor College of Medicine und emeritierter Gründungsdirektor des Texas Medical Center Digestive Diseases Center.

“Die multidisziplinäre Natur unseres Forscherteams hat es uns ermöglicht, Fragen zu beantworten, wie dieser einzigartige Rotavirus-Stamm Neugeborene infiziert, die Ergebnisse auf diesem Gebiet bestätigen und offene Möglichkeiten bieten, um die Wirksamkeit von Rotavirus-Impfstoffen dort zu verbessern, wo sie benötigt werden am meisten."

Co-Autoren umfassen: Christopher J. Stewart, Baylor College und Newcastle University; Daniel R. Laucirica, Nadim J. Ajami, Liya Hu, Josephine C. Ferreon und Joseph F. Petrosino, Baylor College; Bianca Robertson, Chloe A. Autran und Dhairyasheel Shinge, UC San Diego; Sandya Rani, Sasirekha Anandan und Kurien A. Kuruvilla, Christian Medical College, Indien; B. V. Venkataram Prasad, Baylor College und Christian Medical College; und Gagandeep Kang, Christian Medical College und Translational Health and Science Technology Institute, Indien.

Für diese Arbeit wurde zum Teil von den National Institutes of Health (R01AI105101, AI36040), dem Center for Metagenomics and Microbiome Research und der Larsson-Rosenquist Foundation geforscht.

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