Нуклеотиды играют существенную роль во многих клеточных процессах, связанных с биосинтезом, энергоснабжением, синтезом ДНК и РНК, основными коэнзимами и регуляторными механизмами. Они синтезируются в клетках с помощью de novo путей (синтез макромолекулы из максимально простых предшественников в противоположность синтезу из каких-либо метаболитов сложного строения — Прим. авт.). В то время как все известные микробиоты способны перерабатывать собственные нуклеотиды, некоторые бактерии синтезируют свои нуклеотиды только de novo. Понимание процессов отбора, действующих на микрофлору полости рта в младенческом возрасте, может помочь в разработке стратегий для последующего поддержания здоровой микробиоты кишечника. В последнее время встречается все больше доказательств того, что ксантиноксидаза (КО) имеет положительные физиологические функции, связанные с производством антибактериальных активных форм кислорода и реакционноспособных форм азота.
В связи с этим 1 сентября 2015 г. в журнале «Общественная научная библиотека» («Public Library of Science») исследователями из Саудовской Аравии и Австралии опубликована статья, посвященная изучению взаимодействия грудного молока и младенческой слюны в стимуляции врожденного иммунитета. В исследовании приняли участие 77 взрослых и 14 детей грудного возраста, а также некоторые виды домашних млекопитающих животных. Активность КО выявлена в молоке всех изученных млекопитающих, при этом более высокая ее активность отмечена в коровьем молоке. В присутствии ее биохимических субстратов (гипоксантин или ксантин) КО продуцирует микробиоцидный супероксид и пероксид водорода, которая в дальнейшем действует как субстрат для молочнокислого фермента лактопероксидазы, присутствующий в молоке и слюне, чтобы превращать, например, тиоцианат в антибактериальный гипотиоцианат. Таким образом, первичная роль КО считается антимикробной как в молочных железах (для предупреждения мастита), так и в молоке (для снижения бактериальной нагрузки), действуя в сочетании с лактопероксидазой молока.
Показано также, что КО катализирует анаэробное восстановление неорганического нитрита до оксида азота. Супероксид, образованный КО в присутствии молекулярного кислорода, быстро реагирует с окисью азота, образуя высокоэффективный антибактериальный агент пероксинитрит. Важно отметить, что механизм действия лактопероксидазы основан на его активации только в присутствии субстратов КО. В ходе исследования авторы выявили существенно повышенные концентрации ксантина и гипоксантина в неонатальной слюне и предположили, что эти два субстрата должны реагировать с КО грудного молока матери во время кормления грудью с образованием пероксида водорода. Затем возник вопрос: является ли количество пероксида водорода, образующееся во время грудного вскармливания, достаточным для активации системы лактопероксидазы и получения микробного ингибирования? В сочетании с повышенными концентрациями стимулирующих рост нуклеотидных предшественников, также выявленных в неонатальной слюне, авторы изучили, могут ли существовать уникальные метаболические отношения между младенцем и матерью в период грудного вскармливания для регулирования оральной и, следовательно, кишечной микробиоты и усиления врожденного иммунитета младенца.
В результате исследования у 77 взрослых установлены низкие или неопределяемые концентрации метаболитов нуклеотидов (кроме уратов), за исключением 9 человек. У 1 взрослого был аномально высокий уровень инозина, в то время как у 8 испытуемых — умеренно повышенный ксантин/гипоксантин (субстраты КО). Среди новорожденных средние концентрации гипоксантина и ксантина были в 10 раз выше. Интересно, что, хотя содержание некоторых нуклеозидов и оснований было повышено у новорожденных, уровень других, таких как псевдоуридин, тимин и дигидротимин, был низким у всех исследуемых, а дезоксинуклеозиды совсем не определялись. Чтобы получить представление о снижении этих пуриновых и пиримидиновых метаболитов в слюне с высоких уровней, наблюдаемых у младенцев, до низких уровней взрослого паттерна, авторы провели 12-месячное исследование с участием 14 детей грудного возраста. Все метаболиты достигли «взрослого» уровня после отлучения ребенка от груди матери, но все же имелись некоторые различия. Содержание пуриновых метаболитов гипоксантина, ксантина, аденозина, инозина и гуанозина постепенно снижалось до уровня взрослого человека в возрасте 6–12 мес, в то время как метаболиты пиримидина (урацил и уридин) резко снижались до уровня взрослых уже в возрасте 6 нед.
Чтобы оценить, является ли состав слюны человека уникальным, исследователи проанализировали образцы пуринов и пиримидинов в слюне взрослых одомашненных млекопитающих. Как и у людей, слюнные дезоксинуклеозиды обычно были незначительными у большинства видов, за исключением слюны лошадей, которая уникально содержала повышенные уровни дезоксиуридина, дезоксиинозина, дезокситимидина и дезоксигуанозина. Но, в отличие от людей, все взрослые млекопитающие имели высокие уровни метаболитов нуклеотидов, причем с преобладанием урацила, а самые высокие показатели зафиксированы также у лошадей. Ввиду неожиданного присутствия высоких уровней ксантина и гипоксантина в человеческой неонатальной слюне исследователи сформулировали гипотезу, что это явление должно быть связано с наличием высокой активности КО в молоке млекопитающих. Одним из важнейших открытий в рамках данного исследования стало отсутствие какой-либо активности КО в пастеризованном грудном молоке, в молочной смеси для младенцев, а также в пастеризованном коровьем молоке, демонстрируя, что КО теряет активность в результате промышленной тепловой пастеризации.
В ходе исследования определено, что взаимодействие младенческой слюны с грудным молоком повышает концентрацию эндогенного пероксида водорода, содержащегося в грудном молоке, почти в 3 раза, а изучив воздействие на патогенные микроорганизмы, исследователи пришли к выводу, что данной концентрации достаточно для подавления роста Staphylococcus aureus и Salmonella spp., в то же время стимулируя рост лактобактерий.
Таким образом, молоко не только играет роль питания у млекопитающих, а и взаимодействует с детской слюной для создания мощной комбинации стимулирующих и ингибирующих метаболитов, которые регулируют оральную и, соответственно, кишечную микробиоту. Следовательно, смешивание молока и слюны, по-видимому, представляет собой уникальный биохимический синергизм, который повышает ранний врожденный иммунитет.
- Al-Shehri S.S., Knox C.L., Liley H.G. et al. (2015) Breastmilk-saliva interactions boost innate immunity by regulating the oral microbiome in early infancy. PLoS One, Sep. 1 (https://doi.org/10.1371/journal.pone.0135047).
Олег Мартышин
