Carbohydrate utilization and short chain fatty acid production in Bifidobacteria

Abstract

In the first stage of life infants go through rapid growth and development and have high nutritional needs. During this first 6 months of life breast milk is considered to provide a complete postnatal nutrition. Positive benefits of breastmilk have been extensively documented and it is a known fact that breastfed infants show a domination of Bifidobacterial species in the gut. The colonization pattern has been revealed to be majorly affected by human milk oligosaccharides (HMOs) found in breast milk. HMOs are not digested by the infant and will as a result reach the colon where different strains of Bifidobacteria metabolise them and produce metabolites, mainly in the form of short chain fatty acids (SCFA) where some might be beneficial to the host. The study included seven different Bifidobacteria strains that were test grown in five different mediums with different carbon sources with a total of 42 samples repeated in three parallels. DNA quantification was performed with the use of qPCR and short chain fatty acid profiles were measured with the use of high-performance liquid chromatography. In conclusion the results demonstrated differences in HMO utilization and SCFA production among the different strains. It was clearly demonstrated that Bifidobacterium longum subsp. Infantis has the best utilization and growth abilities on HMOs which may reflect their abundance in the infant gut. The main metabolite of carbohydrate fermentation performed by Bifidobacteria strain was acetic acid and the results also confirmed that the most common infant type Bifidobacteria strains are the main producers of lactic acid.

I den første fasen av livet går spedbarn igjennom rask vekst og utvikling og har dermed et høyt ernæringsbehov. I de første 6 leve månedene anses morsmelk til å være en fullverdig næringskilde for spedbarnet. Det har blitt omfattende dokumentert at morsmelk gir positive helseutfall og at brysternærte barn har en dominerende populasjon av Bifidobakterie arter i tarmen hvor denne spesifikke koloniseringsprosessen har vist seg å være i stor grad påvirket av oligosakkarider funnet i morsmelk. Melke oligosakkaridene er ufordøyelige for spedbarnet og vil dermed ende i tykktarmen hvor de kan bli metabolisert av ulike Bifidobakterielle stammer. Deres metabolitter er hovedsakelig i form av kort kjedede fettsyrer der noen kan være gunstige for verten. Studien inkluderte syv forskjellige Bifidobakterie-stammer som ble testet i fem forskjellige medier tilsatt ulike karbon kilder. Det var totalt 42 prøver gjentatt i tre paralleller. DNAkvantifisering ble utført ved bruk av qPCR og kortkjedede fettsyreprofiler ble målt med høyytelsesvæskekromatografi. Resultatene demonstrerte forskjeller i oligosakkarid utnyttelse samt kort kjeda fettsyre produksjon av de ulike stammene. Resultatene viste at Bifidobacterium longum subsp. Infantis hadde best utnyttelses og vekstevne av oligasakkaridene, resultatet kan dermed trolig gjenspeile stammes overflod i tarmen hos spedbarn. Hoved metabolitten etter oligosakkarid fermentering var vist å være eddikksyre og resultatene bekreftet også at de vanligste stammene funnet hos spedbarn er de samme stammene som er de viktigste produsentene av melkesyre.