研究人員表示，他們已經確定了嬰兒如何依靠之前被認為無法消化的母乳和牛奶成分茁壯成長——這一發現可能為拯救一些重病兒童指明方向。這項研究始於一個令人困惑的問題：為什麼大約三分之一的母乳成分完全無法被新生嬰兒消化？結果表明，被稱為寡糖的無法消化成分——糖和蛋白質的複雜分子——是生活在人類腸道中的細菌的食物，對早期發育至關重要。加州大學戴維斯分校的生物化學家大衛·米爾斯說，母乳和這些微生物在哺乳動物和人類 4 億多年的進化過程中，以共生關係共同進化，他領導了這項新的研究。
嬰兒雙歧桿菌通常是第一個在新生兒腸道中定植的細菌。它產生乳酸，抑制病原生物的生長，併為成人腸道複雜微生物生態系統的發展奠定基礎。隨著嬰兒斷奶並接觸到更多種類的微生物，嬰兒雙歧桿菌的數量和重要性會下降——但如果它在早期不存在，那麼其他細菌，甚至是病原菌，將填補生態位。
科學家們希望最近關於這種相互作用的發現可能有助於更好地治療壞死性小腸結腸炎 (NEC)，這是一種通常致命的疾病，與早產兒或新生兒腸道中缺乏保護性微生物有關。它可能是由於接觸有益生物不足、病原體將其擠出或缺乏適當的“食物”造成的——在這些有益微生物缺失的情況下，病原體會猖獗並殺死腸道細胞。NEC 在世界各地都有發生，死亡率約為 40%，通常是由於敗血症；倖存者通常需要進行廣泛的腸道手術。
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米爾斯和其他人認為，補充嬰兒雙歧桿菌和寡糖可能保護兒童——包括那些有患 NEC 風險或處於早期階段的兒童——並且在會議上展示的早期發現令人鼓舞。米爾斯共同創立了 Evolve Biosystems 公司，並擔任其顧問，該公司致力於研究人員發現的商業應用。
米爾斯解釋說，早期的研究發現，嬰兒雙歧桿菌擁有一種名為 EndoBI-1 的酶，“它位於細胞外部，只是將整個寡糖從牛奶分子的蛋白質上切下來”。他最近發表的論文，上週發表在《應用與環境微生物學》雜誌上，明確指出是糖成分而不是蛋白質使嬰兒雙歧桿菌得以繁殖。母乳和牛奶都會發生這種情況，儘管人乳中的糖含量更豐富。
分離糖分子的切割過程也可能使剩餘的蛋白質部分更易於嬰兒消化，米爾斯正在研究這一假設。他說，從進化的角度來看，食物中最有用的部分最終會被身體利用，這是有道理的。
聖路易斯華盛頓大學的系統生物學家傑弗裡·戈登在健康和疾病方面發現了許多關於食物和微生物如何在腸道生態系統中相互作用的知識。 在 2 月份發表的一篇論文中，他描述了自己如何從一個飢餓的馬拉維兒童身上採集腸道菌群，將其移植到小鼠模型中——這些小鼠在無菌環境中飼養，缺乏典型的腸道菌群——然後用各種干預措施挑戰該系統。戈登希望對這些挑戰的反應可能會告訴他移植的小鼠生態系統缺少什麼，以及因此孩子營養不良的原因。米爾斯說，其中一項干預措施是“牛乳寡糖 [這] 顯著改善了小鼠的體重增加”，他參與了這項研究。結果表明，該兒童存在可以透過補充這些缺失的糖來改善的缺陷。
但這並不是全部；嬰兒雙歧桿菌在移植到小鼠體內後並沒有存活下來，因此其他細菌，包括一種非致病性大腸桿菌菌株，吞噬了這些糖。米爾斯認為這是一個警告，即可能沒有單一的靈丹妙藥——有時可能需要多種成分才能恢復腸道生態系統的平衡。他擔心，如果將牛奶中的糖分給予攜帶毒性較小大腸桿菌菌株的動物或兒童，情況可能會變得更糟。
瞭解母乳中糖的功能很重要，但要將這些發現廣泛應用於商業規模，可能需要用到奶牛。“牛乳糖蛋白與人乳糖蛋白不同，”荷蘭 Nutricia Research 人乳研究主管 Bernd Stahl 說。Stahl 沒有參與米爾斯或戈登的研究，但他發現他們的工作很有趣，因為它表明有益細菌可以收穫和利用複雜的碳水化合物——並且可以在不同物種之間這樣做。
施塔爾解釋說，牛奶的進化是為了適應不同物種後代的需要以及它們各自的生理發育速度，因此不同哺乳動物的牛奶成分也不同。“兔子只需要六天就能使其出生體重翻倍，但人類需要 180 天，”他說。這是可能的，因為兔奶的蛋白質含量為 14%，牛奶為 3% 至 4%，而人乳僅為 1%。
大多數嬰兒配方奶粉產品都以牛奶為基礎，並根據人類嬰兒的特定需求進行調整；最初它們使用較高的蛋白質含量，但由於擔心肥胖，當代產品已降低了蛋白質含量。施塔爾認為，米爾斯團隊的基礎研究發現“將為牛奶衍生產品模仿人乳中發現的複雜糖類（仍然是‘黃金標準’）以支援有益細菌的方式提供補充。”