研究人员表示，他们已经确定了婴儿如何依靠之前被认为无法消化的母乳和牛奶成分茁壮成长——这一发现可能为拯救一些重病儿童指明方向。这项研究始于一个令人困惑的问题：为什么大约三分之一的母乳成分完全无法被新生婴儿消化？结果表明，被称为寡糖的无法消化成分——糖和蛋白质的复杂分子——是生活在人类肠道中的细菌的食物，对早期发育至关重要。加州大学戴维斯分校的生物化学家大卫·米尔斯说，母乳和这些微生物在哺乳动物和人类 4 亿多年的进化过程中，以共生关系共同进化，他领导了这项新的研究。
婴儿双歧杆菌通常是第一个在新生儿肠道中定植的细菌。它产生乳酸，抑制病原生物的生长，并为成人肠道复杂微生物生态系统的发展奠定基础。随着婴儿断奶并接触到更多种类的微生物，婴儿双歧杆菌的数量和重要性会下降——但如果它在早期不存在，那么其他细菌，甚至是病原菌，将填补生态位。
科学家们希望最近关于这种相互作用的发现可能有助于更好地治疗坏死性小肠结肠炎 (NEC)，这是一种通常致命的疾病，与早产儿或新生儿肠道中缺乏保护性微生物有关。它可能是由于接触有益生物不足、病原体将其挤出或缺乏适当的“食物”造成的——在这些有益微生物缺失的情况下，病原体会猖獗并杀死肠道细胞。NEC 在世界各地都有发生，死亡率约为 40%，通常是由于败血症；幸存者通常需要进行广泛的肠道手术。
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米尔斯和其他人认为，补充婴儿双歧杆菌和寡糖可能保护儿童——包括那些有患 NEC 风险或处于早期阶段的儿童——并且在会议上展示的早期发现令人鼓舞。米尔斯共同创立了 Evolve Biosystems 公司，并担任其顾问，该公司致力于研究人员发现的商业应用。
米尔斯解释说，早期的研究发现，婴儿双歧杆菌拥有一种名为 EndoBI-1 的酶，“它位于细胞外部，只是将整个寡糖从牛奶分子的蛋白质上切下来”。他最近发表的论文，上周发表在《应用与环境微生物学》杂志上，明确指出是糖成分而不是蛋白质使婴儿双歧杆菌得以繁殖。母乳和牛奶都会发生这种情况，尽管人乳中的糖含量更丰富。
分离糖分子的切割过程也可能使剩余的蛋白质部分更易于婴儿消化，米尔斯正在研究这一假设。他说，从进化的角度来看，食物中最有用的部分最终会被身体利用，这是有道理的。
圣路易斯华盛顿大学的系统生物学家杰弗里·戈登在健康和疾病方面发现了许多关于食物和微生物如何在肠道生态系统中相互作用的知识。 在 2 月份发表的一篇论文中，他描述了自己如何从一个饥饿的马拉维儿童身上采集肠道菌群，将其移植到小鼠模型中——这些小鼠在无菌环境中饲养，缺乏典型的肠道菌群——然后用各种干预措施挑战该系统。戈登希望对这些挑战的反应可能会告诉他移植的小鼠生态系统缺少什么，以及因此孩子营养不良的原因。米尔斯说，其中一项干预措施是“牛乳寡糖 [这] 显着改善了小鼠的体重增加”，他参与了这项研究。结果表明，该儿童存在可以通过补充这些缺失的糖来改善的缺陷。
但这并不是全部；婴儿双歧杆菌在移植到小鼠体内后并没有存活下来，因此其他细菌，包括一种非致病性大肠杆菌菌株，吞噬了这些糖。米尔斯认为这是一个警告，即可能没有单一的灵丹妙药——有时可能需要多种成分才能恢复肠道生态系统的平衡。他担心，如果将牛奶中的糖分给予携带毒性较小大肠杆菌菌株的动物或儿童，情况可能会变得更糟。
了解母乳中糖的功能很重要，但要将这些发现广泛应用于商业规模，可能需要用到奶牛。“牛乳糖蛋白与人乳糖蛋白不同，”荷兰 Nutricia Research 人乳研究主管 Bernd Stahl 说。Stahl 没有参与米尔斯或戈登的研究，但他发现他们的工作很有趣，因为它表明有益细菌可以收获和利用复杂的碳水化合物——并且可以在不同物种之间这样做。
施塔尔解释说，牛奶的进化是为了适应不同物种后代的需要以及它们各自的生理发育速度，因此不同哺乳动物的牛奶成分也不同。“兔子只需要六天就能使其出生体重翻倍，但人类需要 180 天，”他说。这是可能的，因为兔奶的蛋白质含量为 14%，牛奶为 3% 至 4%，而人乳仅为 1%。
大多数婴儿配方奶粉产品都以牛奶为基础，并根据人类婴儿的特定需求进行调整；最初它们使用较高的蛋白质含量，但由于担心肥胖，当代产品已降低了蛋白质含量。施塔尔认为，米尔斯团队的基础研究发现“将为牛奶衍生产品模仿人乳中发现的复杂糖类（仍然是‘黄金标准’）以支持有益细菌的方式提供补充。”