Ny forskning belyser tarmbakteriernes betydning for etableringen hos ammede spædbørn. Studiet fokuserer på bifidobakterier, der trives på modermælkens sukkerstoffer og bidrager til immunregulering. I løbet af de første seks levemåneder analyserede forskerne tarmmikrobiomer fra spædbørn, hvilket afslørede opsigtsvækkende ændringer i bakteriesammensætningen af bifidobakterier. Studiet understreger, at både spædbarnets eksponering for bakterierne, timingen af denne, samt bakteriernes evne til at ”spise” sukkerstofferne fra modermælken, spiller en stor rolle for etableringen af et sundt tarmmikrobiom og deres indflydelse på børns langsigtede sundhed.
Spædbørns tarmbakterier spiller en afgørende rolle for deres sundhed og udvikling. Ny forskning viser, hvordan mikrobielle samfunds sammensætning i tarmen blandt andet bestemmes af prioritetseffekter - en naturlig proces, hvor tidspunktet og rækkefølgen af de mikrobielle arters ankomst påvirker den endelige struktur af mikrobernes samfund - mikrobiomet.
"Vores studie viser faktisk, at det ikke kun er hvilke mikrober, der ankommer først til spædbarnets tarm, der er afgørende, men også deres evne til at udnytte modermælkens indhold af sukkerstoffers ernæringsmæssige sammensætning. Dette understreger vigtigheden af amning for et sundt tarmmikrobiom hos spædbørn," forklarer hovedforfatteren bag artiklen, Martin Frederik Laursen, der er lektor på DTU Food og som har lavet studiet sammen med sin kollega på KU, lektor Henrik Munch Roager.
Mangler meget information om, hvad der egentlig sker
I det nye studie blev tarmmikrobiomerne fra 25 ammede danske spædbørn analyseret over de første 6 måneder af deres liv. Specielt fokuserede forskerne på bifidobakterier, der er nogle af de bakterier, der først tager ophold i spædbørns tarmsystemer, og som især trives på sukkeret - oligosakkariderne fra modermælk – også kaldet HMO'er.
"I et tidligere studie så vi, at de her bifidobakterier, som fremmes af amning, kan udnytte sukkerstofferne i mælken til at vokse og etablere sig i tarmen, og at mængden af disse bakterier er meget tæt koblet til produktionen af nogle stoffer, som er immunregulerende og derfor ser ud til at have en positiv indvirkning på udviklingen af børnenes immunsystem,” forklarer Martin Frederik Laursen.
Der er dog stadig ret lidt viden om, hvor dynamiske tarmbakteriesamfundet er, og ofte har forskerne kun én prøve fra ét tidspunkt, og så én prøve et år senere, og så prøver man at drage konklusioner på baggrund af sammenligninger mellem individer eller inden for individer over store tidsintervaller.
"Men der mangler meget information om, hvad der egentlig sker inden for et individ over kort tid. Hvor stabile er tingene? Udviklingen, især tidligt i livet, er ekstremt vigtig, fordi der er indikationer på, hvor dynamisk tilstanden i mikrobiomet er i denne tidlige fase, og hvor hurtigt ændringer i mikrobiomet kan ske, når det er under etablering,” fortæller Martin Frederik Laursen.
Kan se hvordan de ændrer sig over tid
Den mikrobielle kolonisering af spædbarnets tarm begynder det sekund man bliver født, og sammensætningen afgøres løbende, blandt andet af hvilke bakterier man er udsat for, fx via mor og andre familiemedlemmer igennem spædbarndommen. Man skal altså være eksponeret for bakterierne før de kan kolonisere og etablere sig i tarmsystemet.
"Der er dog stadig meget lidt viden om, hvordan og hvornår dette sker. Udover selve eksponeringen er der en række forhold, der bestemmer om bakterierne rent faktisk koloniserer, og i hvilken grad."
Netop derfor var det ekstra interessant at observere bakteriepopulationer hos børn, der bliver ammet, så de kunne se, hvordan de ændrer sig over tid.
"Resultaterne viste, at spædbørnenes tarm i begyndelsen ofte er domineret af helt bestemte bifidobakterie-arter, som kun i nogen grad udnytter modermælkens sukkerstoffer, som fx Bifidobacterium longum eller Bifidobacterium breve” siger Martin Frederik Laursen.
Stærkt fald i de tilbageværende sukkerstoffer
Forskerne så dog nogle meget interessante mønsterændringer hos spædbørnene over tid.
"Det, der var rigtig interessant, var, at vi til at starte med finder en type i de første par uger til måneder. Og så, i rigtig mange af børnene, sker der pludselig et skift, hvor en anden type bifidobakterier, B. infantis, begynder at dominere næsten helt i systemet og udgøre omkring 80-99% af hele tarmmikrobiomet, og det ser vi hos omkring halvdelen af børnene," tilføjer Martin Frederik Laursen.
Da forskerne målte på spædbørnenes afføringsprøver, kunne de konstatere, at de kunne koble mængden af B. infantis til mængden af sukkerstofferne, der stammede fra amningen.
"Vi kan se, at mængden er relativt høj til at starte med, når børnene har andre bifidobakterier, såsom B. longum, men så snart B. infantis etablerer sig, så snart den begynder at komme i højere mængder, får vi et meget stærkt fald i de tilbageværende sukkerstoffer, som vi finder i fæces. Den forbruger dem meget effektivt," forklarer Martin Frederik Laursen.
Et nyt stærkt selektivt pres
Forsøgene tyder altså på, at bakterien B. infantis er ekstremt god til at udnytte sukkerstofferne fra modermælk, så den får en stor konkurrencemæssig fordel i forhold til de andre bifidobakterier. Den udkonkurrerer dem. Det store spørgsmål var dog, hvorfor B. infantis først udkonkurrerede de andre bakterier senere.
"Det kan vi se i vores egne data, såvel som i litteraturen, er, at den typisk koloniserer senere end de andre bakterier. Spædbørnene bliver ofte udsat for den senere end de bliver udsat for de andre bifidobakterier. Vi tror, at det der sker med B. infantis, er, at den modsat mange andre bifidobakterier ikke overføres fra mor til barn i særlig høj grad, men mere mellem spædbørn. Derfor koloniserer den formentlig senere, fordi du skal lige samle den op fra andre spædbørn,” fortæller Martin Frederik Laursen.
De første Bifidobacterie-arter, der kommer ind i tarmsystemet, har en fordel i at etablere sig først, simpelthen fordi de ankommer først – med andre ord en ’priority effect’. Men hvis en ny, senere ankommende art er en mere effektiv forbruger af sukkerstofferne fra modermælk, vil denne art blive selekteret.
”Og det er præcis det, vi ser: man får selekteret en helt bestemt bifidobakterie, B. infantis - den bliver simpelthen selekteret til at dominere i tarmens økosystem over tid," fortæller Martin Frederik Laursen.
Priority effects og selektion
Studiets observationer blev genskabt gennem eksperimenter i et efterfølgende dyreforsøg også, som de lavede efterfølgende, hvor det simpelthen prøvede at rekonstruere, om de havde regnet systemet rigtigt ud.
”Vi bruger mus – såkaldte kimfri mus - som slet ikke har nogen tarmbakterier, som en model for spædbarnet, som til at begynde med heller ikke har nogen tarmbakterier, men som bliver koloniseret efter fødslen."
Til en gruppe af mus gav de først en type bakterier, B. longum, fx dem, som har en dårligere sub-optimal evne til at bruge HMO-sukkerstofferne, og så bagefter B. infantis, den anden, som effektivt bruger disse.
"Til en anden gruppe ombytter vi så koloniseringsrækkefølgen. Hele dette setup gentager vi, men denne gang giver vi alle musene HMO-sukkerstoffer i drikkevandet for at simulere amningen,” fortæller Martin Frederik Laursen.
Kommer til at bestemme, hvem der dominerer
Efter nogle dage, hvor bakterierne har haft lov til at etablere sig i systemet, kunne forskerne så genbesøge dem for at se, om magtforholdet var skiftet.
”Og det vi så kan se, er, at uden sukkerstofferne fra modermælken er det den bifidobakterie, der ankommer først, der kommer til at dominere i slutningen af forsøget, hvilket er et bevis på 'priority effect'. Men når vi i stedet giver musene HMO-sukkerstofferne i deres drikkevand for at simulere amningen, ser vi faktisk, at den, der kommer først, ikke nødvendigvis bestemmer, hvem der kommer til at dominere,” fortsætter Martin Frederik Laursen.
Også hos musene viste det sig at være evnen til at udnytte sukkerstofferne, som bestemte, hvem der kommer til at dominere. Og som hos børnene var det B. infantis, der dominerede i systemet, uanset om den kommer først eller sidst ind i systemet.
”Vi ser altså, at det stærke selektive pres fra sukkerstofferne i sidste ende kommer til at bestemme, hvem der dominerer i tarmsystemet, på trods af priority effects. Dette bekræfter vores observationer hos spædbørnene,” fastslår Martin Frederik Laursen.
Påvirker immunsystemet, men er i fare for at uddø
De nye undersøgelser har betydning for forståelsen af tarmmikrobiotaens udvikling hos spædbørn. De understreger betydningen af både koloniseringsrækkefølgen og amning – især HMO'er - som en selektiv kraft.
”Vores egne tidligere studier viser, at mange af de bifidobakterier, der forbruger HMO'erne, producerer immunregulerende stoffer. Effektive udnyttere af HMO’er - som bakterien B. infantis – har vist sig at være associeret med lavere forekomst af fx atopisk eksem og tarmbetændelsestilstande i tarmen, samt forbedret immunsystemudvikling og bedre vækst hos underernærede spædbørn. Så dens tilstedeværelse synes at være vigtig,” fortæller Martin Frederik Laursen.
Der er mange andre studier, der har kigget på immunudviklingen i forhold til at give B. infantis til børn, og her ser det ud til, at den har en gavnlig effekt.
”Det kan være en del af evolutionen i, hvorfor vi selekterer for denne bakterie gennem amning. Men selvom B. infantis var hyppigst forekommende i 11 ud af 25 undersøgte danske spædbørn, har arten en lav forekomst i mange vestlige populationer, hvilket rejser bekymringer om dens mulige uddøen.”
Det ser man især i USA, hvor der sker det, at spædbørnene i kohorterne har meget få B. infantis. Og det skyldes formentlig, at den er blevet mistet i befolkningen, så den ikke længere bliver overført fra individ til individ.
”Men der er nogle studier, hvor de kan se, at hvis de giver B. infantis til ammede spædbørn, kan de reintroducere bakterien i systemet,” siger Martin Frederik Laursen.
Amning og probiotika
Set sammen med resultater fra andre forskningsgrupper indenfor dette felt, kan den nye forskning have vigtige konsekvenser for børns sundhed.
”I lyset af vores observationer forbliver det at fremme og støtte amning en nøgleprioritet. Dette kan suppleres med tidlig probiotisk administration, med fx B. infantis, for at sikre en fremtrædende og effektiv tarmkolonisering med disse nøglevigtige Bifidobacterium-arter i spædbarnets tidlige liv – især for de børn, som af en eller anden grund mangler disse,” forklarer Martin Frederik Laursen.
Og forskerne tror, at den tidlige behandling kan være alfa og omega, dels fordi B. infantis og andre effektive HMO-sukkerstof forbrugere synes at være udvalgt til spædbarnets tarm gennem evolutionen, og dels fordi meget tidligt liv er ekstremt vigtigt for at bestemme individets helbred senere i livet.
”Der sker meget tidligt i livet i forhold til immunsystemets udvikling, vækst og neuroudvikling. Derfor vil vi meget gerne bedre forstå, præcis hvordan tarmmikrobiomet etableres, da det sker tidligt i livet, for at se, om det er nøglen til at forstå sammenhængen mellem tarmbakterier og udvikling af sygdomme,” slutter Martin Frederik Laursen.
