Modersmjölk, som består av en komplex och ständigt föränderlig blandning av proteiner, fetter och sockerarter, hjälper till att skydda barn mot bakteriella infektioner.

Förr, forskare har koncentrerat sitt sökande efter källan till dess antibakteriella egenskaper på de proteiner den innehåller. Dock, ett tvärvetenskapligt team av kemister och läkare vid Vanderbilt University har upptäckt att vissa av kolhydraterna i bröstmjölk inte bara har sina egna antibakteriella egenskaper utan också förbättrar effektiviteten hos de antibakteriella proteiner som också finns.

"Detta är det första exemplet på generaliserade, antimikrobiell aktivitet från kolhydraternas sida i bröstmjölk, " sa biträdande professor i kemi Steven Townsend, som ledde studien. "En av de anmärkningsvärda egenskaperna hos dessa föreningar är att de är helt klart giftfria, till skillnad från de flesta antibiotika."

Resultaten presenterades den 20 augusti vid American Chemical Societys årliga möte i Washington DC av doktoranden Dorothy Ackerman och publicerades i tidskriften ACS Infectious Diseases den 1 juni i en artikel med titeln, "Human Milk Oligosackarides uppvisar antimikrobiella och anti-biofilmegenskaper mot grupp B. Streptococcus."

Den grundläggande motivationen för forskningen var det växande problemet med bakteriell resistens mot antibiotika, som Center for Disease Control and Prevention uppskattar orsakar 23, 000 dödsfall årligen.

"Vi började leta efter olika metoder för att besegra smittsamma bakterier. För inspiration, vi vände oss till en speciell bakterie, Grupp B Strep. Vi undrade om dess gemensamma värd, gravid kvinna, producerar föreningar som antingen kan försvaga eller döda streptokocker, som är en ledande orsak till infektioner hos nyfödda över hela världen, sa Townsend.

Istället för att söka efter proteiner i bröstmjölk med antimikrobiella egenskaper, Townsend och hans kollegor riktade sin uppmärksamhet mot sockerarterna, som är betydligt svårare att studera.

"Under större delen av förra seklet, biokemister har hävdat att proteiner är viktigast och socker är en eftertanke. De flesta har köpt in sig på det argumentet, även om det inte finns några data som stöder det, Townsend sa. "Mångt mindre är känt om funktionen av sockerarter och, som utbildad glykoproteinkemist, Jag ville utforska deras roll."

Att göra så, forskarna samlade in kolhydrater från bröstmjölk, även kallade oligosackarider, från ett antal olika donatorprover och profilerat dem med en masspektrometriteknik som kan identifiera tusentals stora biomolekyler samtidigt. Sedan tillsatte de föreningarna till strepkulturer och observerade resultatet under mikroskop. Detta visade att inte bara några av dessa oligosackarider dödar bakterierna direkt utan vissa bryter även fysiskt ner biofilmerna som bakterierna bildar för att skydda sig själva.

I en pilotstudie, Townsends labb samlade in fem prover. De fann att socker från ett prov nästan dödade en hel strepkoloni. I ett annat exempel, sockerarterna var måttligt effektiva medan de återstående tre proverna uppvisade en lägre aktivitetsnivå. I en uppföljande studie, de testar mer än två dussin extra prover. Än så länge, två bröt ner de bakteriella biofilmerna och dödade bakterierna, fyra bröt ner biofilmerna men dödade inte bakterierna och två dödade bakterierna utan att bryta ner biofilmerna.

"Våra resultat visar att dessa sockerarter har en en-två stämpel, sade Townsend. "Först, de sensibiliserar målbakterierna och sedan dödar de dem. Biologer kallar detta ibland "syntetisk dödlighet" och det finns ett stort tryck på att utveckla nya antimikrobiella läkemedel med denna förmåga."

Genom att dosera strepkulturer med en blandning av mjölksocker och antimikrobiella peptider från mänsklig saliv, forskarna visade också att sockerarternas förmåga att bryta ner biofilmer också kan öka effektiviteten hos de andra antimikrobiella medel som bröstmjölk innehåller.

I uppföljningsstudier har teamet också visat att mjölksockrets antimikrobiella aktivitet sträcker sig till ett antal andra infektionsbakterier, inklusive två av de sex "ESKAPE"-patogener som är den främsta orsaken till sjukhusinfektioner över hela världen.

Townsend samarbetar med kollegor i Vanderbilts Mass Spectrometry Research Center för att identifiera de specifika typerna av kolhydratmolekyler som är ansvariga för de antibakteriella effekterna de har upptäckt.