Zusammensetzung der Muttermilch gibt Aufschluss über Funktion der Brustdrüse und Wachstum des Säuglings

Was die Studie untersucht hat

Das Team analysierte Tausende molekulare Messwerte aus 1.543 Muttermilchproben, die in drei Kohorten in Kanada, Pakistan und Burkina Faso gesammelt wurden. Die Proben umfassten Metaboliten, Proteine, Mikronährstoffe wie Vitamine, Makronährstoffe wie Kohlenhydrate sowie Humane Milch-Oligosaccharide. Die Forschenden kombinierten diese Daten mit Daten zum Wachstum der Säuglinge und setzten rechnergestützte Verfahren wie maschinelles Lernen ein.

Laut der Universität sollte nicht nur geklärt werden, was in der Milch enthalten ist, sondern auch, was ihre Zusammensetzung über die Funktion der Drüse verraten kann, die sie produziert. Die Studie betrachtete drei zusammenhängende Aspekte dieser Funktion: Milchsynthese und -sekretion, Epithelbarriere und Gewebeumbau sowie Immun- und Reparaturaktivität.

In zwei randomisierten Ernährungsstudien förderte die Nahrungsergänzung der Mütter bei Säuglingen mit erhöhtem Risiko für eine Wachstumsstörung die Erholung oder Stabilität. Multi-Omik-Analysen zeigten zudem ein gemeinsames Muster der Milchzusammensetzung, das sowohl mit der Supplementierung der Mütter als auch mit dem Wachstum der Säuglinge zusammenhing.

Sieben mögliche Biomarker

Die Analyse identifizierte sieben mögliche Biomarker, die mit dem Ernährungszustand der Mutter, dem Wachstum des Säuglings und biologischen Programmen der Brustdrüsenfunktion verknüpft sind. Den Forschenden zufolge erfassen diese Marker Aspekte der Brustdrüsenbiologie, die über etablierte Messgrößen der Durchlässigkeit der Blut-Milch-Schranke hinausgehen.

• Vier davon sind kurzkettige Acylcarnitine (C2, C3, C4 und C5), Moleküle, die Zellen helfen, Nährstoffe zur Energiegewinnung zu verarbeiten.
• Lysin, eine Aminosäure.
• 6′ Sialyllactose, ein Humanes Milch-Oligosaccharid.
• Selen, ein Mineralstoff.

Kurzkettige Acylcarnitine zeigten die stärksten Zusammenhänge über die Funktionsbereiche der Brustdrüse hinweg, wobei C5 ein besonders auffälliges Signal war. Höhere C5-Werte gingen mit verringerten Merkmalen der Milchsynthese sowie mit Mustern zu Gewebeumbau und Immunaktivität einher.

Eine mögliche Rolle von Vitamin B5

Weil C5 hervorstach, untersuchte das Team Ernährungsfaktoren, die Schwankungen der Acylcarnitin-Werte erklären könnten. Der Acylcarnitin-Stoffwechsel hängt von Coenzym A (CoA) ab, das aus Pantothensäure, also Vitamin B5, synthetisiert wird. Gestützt auf Zusammenhänge über die Kohorten hinweg und auf etablierte Erkenntnisse der Stoffwechselbiologie vermuten die Forschenden, dass eine geringe Verfügbarkeit von Vitamin B5 den CoA-abhängigen Stoffwechsel einschränken und zu veränderten Acylcarnitin-Profilen beitragen könnte, darunter eine Anreicherung von C5.

Erstautorin Dr. April Jauhal sagte, ein plausibler Weg, der die Ernährung der Mutter in den Daten mit dem Stoffwechsel der Brustdrüse verbinde, führe „über den Pantothensäure-CoA-C5-Stoffwechselweg“. Die Gruppe untersuche nun dessen funktionelle Rolle in der Brustdrüsenbiologie und der Laktation.

Eine Begleitstudie und die nächsten Schritte

Die Arbeit ist eine von zwei einander ergänzenden Veröffentlichungen in Science aus dem International Milk Composition (IMiC) Consortium, das gemeinsam mit Meghan Azad von der University of Manitoba durchgeführt und von der Gates Foundation finanziert wurde. IMiC vereinte mehr als 1.000 Mutter-Kind-Paare und erfasste mehr als 25.000 molekulare Merkmale der Muttermilch. Die Begleitstudie fragte, welche Milchbestandteile sich durch die Ernährung der Mutter verändern lassen, und stellte fest, dass die Supplementierung während der Stillzeit mehrere B-Vitamine in der Milch erhöhte, während viele andere Bestandteile vergleichsweise stabil blieben.

Seniorautorin Liat Shenhav, PhD, sagte, die Studien zeigten, dass Muttermilch „weder starr noch einfach ein Spiegel dessen ist, was eine Mutter isst“. Zu verstehen, welche Bestandteile auf die Ernährung reagieren, sei entscheidend, um Maßnahmen zu entwickeln, die die Gesundheit von Mutter und Kind unterstützen.

Das Shenhav Lab baut nun ein rechnergestütztes und experimentelles Gerüst auf, um ernährungsbedingte Engpässe zu testen, die den Stoffwechsel der Brustdrüse und die Milchproduktion begrenzen könnten, darunter den Weg über Vitamin B5, Coenzym A und C5. Zudem untersucht das Labor Kolostrum und Übergangsmilch, um zu sehen, wie sich die Funktionszustände der Brustdrüse zwischen Schwangerschaft und reifer Laktation herausbilden.

Warum das wichtig ist

Muttermilch enthält Tausende Nährstoffe, Metaboliten, Proteine und Immunfaktoren, doch die Forschung hat sie oft einzeln betrachtet. Da sich Milch wiederholt gewinnen lässt, bietet sie nach Angaben der Autorinnen und Autoren eine nichtinvasive Möglichkeit, die Biologie der Brustdrüse über die Zeit zu verfolgen. Die Ergebnisse werden als mögliche Marker und als vorgeschlagener Mechanismus beschrieben; weitere Arbeiten zur Überprüfung des Vitamin-B5-Wegs seien im Gange, so das Labor.