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Hintergrund: Humaner Muttermilch werden neben der wichtigen ernährungsphysiologischen Bedeutung auch weitere gesundheitsfördernde Eigenschaften zugeschrieben, wie zum Beispiel anti-adhesive Effekte, welche unter anderem auf humane Milcholigosaccharide (HMOs) zurückgeführt werden. Diese verzweigten Zuckerketten auf Laktosebasis kommen in hoher Konzentration in humaner Muttermilch vor und fungieren als lösliche Rezeptoranaloga gegenüber humanpathogenen Erregern. In dieser Studie wurde die Wirkung von enzymatisch synthetisierten HMOs auf die Adhäsion von humanpathogenen Erregern an Epithelzellen im Zellkulturmodell untersucht.

Material und Methoden: Die Adhäsion von Pseudomonas aeruginosa Stamm DSM 1707, enteropathogenen Escherichia coli (EPEC) Stamm O119 und Salmonella fyris an die Lungenepithelzelllinie A549 und die Kolonepithelzelllinie Caco-2 wurde unter Zugabe von Laktose, Mannose, 2’-Fucosyllaktose (2’-FL), 3-Fucosyllaktose (3-FL) und gespendeter humaner Muttermilch untersucht. Im Gegensatz zu bisherigen experimentellen Ansätzen, in denen HMOs durch Extraktion aus gespendeter Muttermilch in geringen Mengen zur Verfügung standen, konnten erstmalig biotechnologisch synthetisierte HMOs verwendet werden, welche denen in humaner Muttermilch vorkommenden HMOs gleichen.

Ergebnisse: Im Zellkulturmodell mit A549 Zellen konnte die Adhäsion von Pseudomonas aeruginosa hoch signifikant durch 2’-FL und 3-FL inhibiert werden (Inhibition um 25% und 23%), wohingegen keine Hemmung durch die Negativkontrolle Laktose gezeigt werden konnte. Auch an Caco-2 Zellen konnte die Adhäsion von Pseudomonas aeruginosa durch 2’-FL und 3-FL hoch signifikant um 28% bzw. 39% reduziert werden. Darüber hinaus konnte mit Zugabe humaner Muttermilch an Caco-2 Zellen eine deutlich inhibitorische Wirkung auf die Adhäsion von Pseudomonas aeruginosa gezeigt werden (Reduktion der Adhäsion um 59%). Die enteropathogenen Keime Salmonella fyris und EPEC O119 zeigten an Caco-2 Zellen eine signifikant verringerte Adhäsion durch Zugabe von 2’-FL, 3-FL und Mannose (17%, 16%, 68% und 18%, 21%, 24%). Des Weiteren konnte die Adhäsion von EPEC O119 an Caco-2 Zellen signifikant durch humane Muttermilch gehemmt werden (33% Inhibition), wohingegen durch Laktose bezüglich der Adhäsion von EPEC O119 und Salmonella fyris kein inhibitorischer Effekt gezeigt werden konnte.

Diskussion: Erstmalig konnte die inhibitorische Wirkung von biotechnologisch synthetisierten HMOs auf die Adhäsion von humanpathogenen Erregern in Zellkulturmodellen gezeigt werden. Weitere Untersuchungen im Zellkulturmodell und möglicherweise im Tiermodell zum Beispiel auch mit komplexeren HMOs oder mit Kombinationen verschiedener HMOs erscheinen erstrebenswert. Da die enzymatisch synthetisierten HMOs unter GMP-Standard produziert werden ist eine zukünftige Verwendung als Nahrungsmittelzusatz mit krankheitspräventiver Wirkung in Säuglingsersatznahrungen denkbar.