Los oligosacáridos explicados

Noticias Los oligosacáridos explicados

¿Sabía usted que otros factores, además de las IgG, pueden contribuir a la salud intestinal de sus terneros? Los oligosacáridos en el calostro y la leche de transición sirven como mediadores potenciales de un intestino saludable en los terneros. En este número de The Colostrum Counsel, explicaremos cómo funcionan estos factores para optimizar la salud general de sus terneros.

El Colostrum Counsel: Explicación de los oligosacáridos

Los terneros dependen de la alimentación oportuna de calostro de buena calidad para proporcionarles inmunidad pasiva, ya que no hay transferencia de inmunoglobulinas de la madre al ternero en el útero. Debido a la importancia de la inmunidad pasiva, la mayoría de las investigaciones sobre el calostro bovino y la leche de transición se han centrado en la cantidad y la calidad de las IgG. Sin embargo, el calostro también es rico en nutrientes adicionales y factores bioactivos que son necesarios para el correcto desarrollo y maduración del intestino. Estos factores están empezando a ganar popularidad en el campo de la investigación del calostro. Entre estos factores bioactivos se encuentran los oligosacáridos (OS). Estas moléculas son esencialmente “azúcares simples” y se ha planteado la hipótesis de que desempeñan un papel clave en el desarrollo del intestino del recién nacido. En particular, los OS ayudan a establecer bacterias intestinales sanas, inhiben las bacterias patógenas y también pueden mejorar la absorción de IgG del calostro en la sangre.

Estructuras y concentraciones en el calostro

Como se ha mencionado anteriormente, los OS son compuestos de azúcares simples, siendo la lactosa la estructura principal de todos los OS. Para crear moléculas estructuralmente diferentes, se añaden residuos de fucosa (carga neutra) o ácido siálico (carga ácida) al núcleo de la lactosa en la glándula mamaria. Se han identificado aproximadamente 40 compuestos diferentes de OS en el calostro y la leche bovina, y la mayoría (>70%) de los SO bovinos tienen un residuo de ácido siálico añadido (Tao et al., 2008; Figura 1). Los OS bovinos son diferentes de los OS producidos por los humanos, ya que las cadenas de carbono de los OS humanos son más largas y sólo una pequeña cantidad (5-15%) tiene un grupo de ácido siálico unido (Ninonuevo et al., 2006).

El OS más abundante en el calostro bovino es la 3’sialilactosa (3’SL), que es 4 veces mayor en el calostro en comparación con la leche madura, seguido de la 6’sialilactosamina (6’SLN) con la segunda mayor concentración (Martin-Sosa et al., 2003; Figura 1). En contraste con la IgG, las concentraciones de OS no disminuyen tan rápidamente después del ordeño del calostro. De hecho, se ha demostrado que la 3’SL, la 6’SLN y la 6’sialilactosa (6’SL) tienen concentraciones más altas a los 2 días después del parto en comparación con los 7 días después del parto (Nakamura et al., 2003; Figura 2).

La mayoría de las granjas suelen alimentar con 1-2 comidas de calostro después del parto, seguidas inmediatamente por una transición abrupta al sustituto de leche o a la leche entera. Las elevadas concentraciones de OS, junto con la abundancia de moléculas bioactivas adicionales en la leche de transición (ordeños 2-6) demuestran que es probable que la alimentación con leche de transición sea valiosa para la salud intestinal de los terneros jóvenes en la granja.

Funciones de los oligosacáridos

La mayoría de los OS pueden llegar rápidamente al intestino ya que pueden resistir el pH ácido del estómago y no pueden ser descompuestos por ninguna de las enzimas intestinales del ternero. La mayoría de los investigadores asumieron que la mayoría de los OS llegarían intactos al intestino grueso, sin embargo, Janschter-Krenn et al. (2013) demostraron que estos compuestos pueden realmente cambiar de estructura y pueden desempeñar un papel en el intestino delgado también. Entonces, ¿qué hacen exactamente estos pequeños azúcares simples en el intestino delgado y grueso?

Fuente de energía para las bacterias intestinales sanas

Varios grupos de bacterias beneficiosas del intestino delgado y del colon tienen una serie de enzimas que les permiten descomponer los OS y utilizarlos como fuente de energía. Se ha demostrado que la bacteria beneficiosa Bifidobacteria puede consumir 3’SL, el principal OS del calostro bovino, para promover su crecimiento (Yu et al., 2013). Además, estudios recientes demostraron que los terneros recién nacidos tienen una mayor cantidad de Bifidobacterias en el intestino delgado cuando se proporcionan mayores concentraciones de SO en el calostro (Fischer et al., 2018; Malmuthuge et al., 2015).

Una mayor cantidad de Bifidobacterias en el intestino de los terneros probablemente contribuye a una comunidad bacteriana intestinal saludable en general, ya que son capaces de producir ácidos grasos de cadena corta que tienen efectos positivos en las células del colon, así como estabilizar la barrera de la mucosa intestinal y mejorar el sistema inmunológico del intestino para evitar el crecimiento excesivo de bacterias patógenas (Picard et al., 2005; Yasui et al., 1995; Boffa et al., 1992). Además, otro grupo beneficioso, conocido como Bacteroides, puede utilizar de forma exclusiva la porción de ácido siálico del SO para promover su crecimiento y establecimiento en el intestino neonatal (Marcobal et al., 2011).

Inhibición de las bacterias patógenas

Además de promover el crecimiento de las bacterias beneficiosas, también se ha demostrado que los OS impiden que las bacterias patógenas se establezcan en el intestino. Para invadir los tejidos del huésped, los patógenos deben unirse a azúcares estructuralmente similares a los OS, conocidos como “glicanos del huésped”, en la superficie de las células intestinales. Como las estructuras de los glicanos y los OS del calostro y la leche son tan similares, los OS pueden actuar como “señuelos receptores” y unirse al patógeno. Esto inhibe su capacidad de unirse al huésped y causar la posterior infección y enfermedad (Zivkovic et al., 2011). En concreto, se ha demostrado que dos de los principales OS del calostro bovino y de la leche de transición, el 6’SL y el 6’SLN, pueden bloquear la unión de la E. coli enterotoxigénica (Martin et al., 2002). Otros OS del calostro y la leche también pueden unirse al rotavirus (Huang et al., 2012), al Vibrio cholera (Coppa et al., 2006) y al Streptococcus pneumoniae (Andersson et al., 1986), lo que demuestra su capacidad diversa para mantener una comunidad microbiana intestinal sana y equilibrada.

Mejorar la función inmunitaria

Como se ha mencionado anteriormente, las bacterias intestinales beneficiosas pueden utilizar los OS del calostro y la leche, lo que les permite regular positivamente el sistema inmunitario a través de múltiples vías. Por ejemplo, las bacterias que consumen OS inducen mayores expresiones de compuestos antiinflamatorios y disminuyen los compuestos proinflamatorios, en comparación con las bacterias que consumen una fuente de energía alternativa (Chiclowski et al., 2012). Las bacterias que crecen en el OS también pueden regular al alza la cantidad de proteínas de unión estrecha entre las células intestinales, lo que significa básicamente que “aprietan” los huecos para que las bacterias patógenas no puedan pasar entre las células intestinales y entrar en el torrente sanguíneo (Chiclowski et al., 2012; Ewaschuk et al., 2008).

Un aspecto fascinante sobre la porción de ácido siálico de un OS es que cuando el ácido siálico se une al intestino, puede realmente mejorar la unión de la IgG a la célula intestinal, así como su captación en la célula (Gill et al., 1999). Esto puede explicar por qué el calostro bovino tiene una abundancia tan grande de OS con residuos de ácido siálico en comparación con el calostro humano, en el que sólo una pequeña parte tiene ácido siálico. En los seres humanos, existe una transferencia pasiva de inmunoglobulinas durante el embarazo de la madre al feto, mientras que en los bovinos, la cría sólo puede obtener IgG del calostro, ya que no hay transferencia pasiva durante el embarazo. Por lo tanto, dado que la transferencia pasiva de IgG es uno de los factores más importantes para promover la salud y la supervivencia del ternero recién nacido, la gran abundancia de ácido siálico en el calostro puede estar presente para ayudar a las IgG a acceder al torrente sanguíneo del ternero, poniendo en marcha el sistema inmunitario.

¿Y los manano-oligosacáridos?

Los manano-oligosacáridos (MOS) se suministran con frecuencia a los terneros en el sustituto de la leche (por ejemplo, Bio-Mos®) durante las primeras semanas de vida. A diferencia de los OS de origen bovino, los manano-OS proceden de la pared celular de la levadura, concretamente de Saccharomyces cerevisiae. manano-OS tienen estructuras “en forma de cepillo” que les permiten adherirse a las bacterias patógenas, como la Salmonella y la E. coli, impidiendo así que se unan a la pared celular intestinal y causen una infección posterior. Los terneros alimentados con MOS en el sustituto de la leche muestran una reducción de los recuentos de E. coli fecal (Jacques et al., 1994), mejoras en la puntuación fecal (Morrison et al., 2010) y un mejor rendimiento del crecimiento (Sellars et al., 1997).

Debido a los efectos positivos observados cuando se suplementa en el sustituto de la leche, los investigadores trataron de determinar si también se podrían observar efectos similares cuando se suplementa en el calostro o en el sustituto del calostro. Desafortunadamente, un estudio que suplementó MOS en el sustituto de calostro no encontró ningún efecto en la transferencia pasiva a las 24 horas de vida, o en la incidencia de la enfermedad (Robichaud et al., 2014).

Además, otros estudios recientes que suplementaron MOS en calostro bovino fresco encontraron un efecto negativo en la transferencia pasiva en comparación con los terneros alimentados con calostro no suplementado (Brady et al., 2015; Short et al., 2016). La estructura de un oligosacárido es un determinante importante de la función biológica y el intestino del ternero está evolutivamente adaptado para responder a los compuestos secretados por la madre en el calostro. Dado que los OS derivados del bovino son “más naturales” para el ternero lechero recién nacido, es posible que su suplementación durante los primeros días de vida pueda conducir a un aumento de la inmunidad pasiva y a una mejor salud intestinal en comparación con los suplementados con MOS.

Mensaje para llevar a casa

La gran abundancia de oligosacáridos producidos por la madre en el calostro y la leche de transición puede tener efectos positivos en la salud intestinal, concretamente actuando como fuente de energía para las bacterias intestinales sanas, inhibiendo los patógenos y mejorando el sistema inmunitario. Por lo tanto, la alimentación con leche de transición o con leche complementada con un sustituto de calostro de calidad puede ofrecer una mayor protección intestinal para el ternero recién nacido. La investigación adicional debe centrarse en la posibilidad de complementar el OS en los sustitutos de leche tradicionales, o incluso en la leche entera, para garantizar la máxima protección del intestino del ternero recién nacido.

Figura 1.
Estructuras de los dos oligosacáridos más abundantes en el calostro bovino y en la leche de transición.
Figura 2. 
Un estudio realizado por Nakamura et al. (2003) determinó las concentraciones de los oligosacáridos primarios (3’SL, 6’SL y 6’SLN) en el calostro, la leche de transición y la leche madura.

Referencias 
Andersson, B., O. Porras, L.A. Hanson, T. Lagergard, and C. Svanborg-Eden. 1986. Inhibition of attachment of Streptococcus pneumoniae and Haemophilus influenzae by human milk and receptor oligosaccharides. J. Infect. Dis. 153:232-237.
Boffa, L.C., J.R. Lupton, and M.R. Mariani. 1992. Modulation of colonic epithelial cell proliferation, histone acetylation, and luminal short chain fatty acids by variation of dietary fibre (wheat bran) in rats. Cancer Res. 52:5906-5912.
Brady, M.P., S.M. Godden, and D.M. Haines. 2015. Supplementing fresh bovine colostrum with gut-active carbohydrates reduces passive transfer of immunoglobulin G in Holstein dairy calves. J. Dairy Sci. 98:6415-6422.
Chiclowski, M., G. De Lartigue, J.B. German, H.E. Raybould, and D.A. Mills. 2012. Bifidobacteria isolated from infants and cultured on human milk oligosaccharides affect intestinal epithelial function. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 55:321-327.
Coppa, G.V., L. Zampini, T. Galeazzi, B. Facinelli, L. Ferrante, R. Capretti, and G. Orazio. 2006. Human milk oligosaccharides inhibit the adhesion to Caco-2 cells of diarrheal pathogens: Escherichia coli, Vibrio cholerae, and Salmonella fyris. Pediatr. Res. 59:377-382. 
Ewaschuk, J.B., H. Diaz, L. Meddings, B. Diederichs, A. Dmytrash, J. Backer, M. Looijer-van Langen, and K.L. Madsen. 2008. Secreted bioactive factors from Bifidobacterium infantis enhance epithelial cell barrier function. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 295:G1025-G1034.
Fischer, A.J., N. Malmuthuge, L.L. Guan, and M.A. Steele. 2018. Short Communication: The effect of heat treatment of bovine colostrum on the concentrations of oligosaccharides in colostrum and in the intestine of neonatal male Holstein calves. J. Dairy Sci. 101:401-407. 
Gill, R.K., S. Mahmood, and J.P. Nagpaul. 1999. Functional role of sialic acid in IgG binding to microvillus membranes in neonatal rate intestine. Biol. Neonate. 76:55-64. 
Huang, P., M. Xia, M. Tan, W. Zhong, C. Wei, L. Wang, A. Morrow, and X. Jiang. 2012. Spike protein VP8* of human rotavirus recognizes histo-blood group antigens in a type-specific manner. J. Virol. 86:4833-4843. 
Jacques, K.A. and K.E. Newman. 1994. Effect of oligosaccharide supplements on performance and health of Holstein calves pre- and post-weaning. J. Anim. Sci. 72(Suppl 1): 295. 
Jantscher-Krenn, E., C. Marx, and L. Bode. 2013. Human milk oligosaccharides are differentially metabolized in neonatal rats. Br. J. Nutr. 110:640-650.
Malmuthuge, N., Y. Chen, G. Liang, L.A. Goonewardene, and L.L. Guan. 2015. Heat-treated colostrum feeding promotes beneficial bacteria colonization in the small intestine of neonatal calves. J. Dairy Sci. 98:8044-8053. 
Marcobal, A., M. Barboza, E.D. Sonnenburg, N. Pudlo, E.C. Martens, P. Desai, C.B. Lebrilla, B.C. Weimer, D.A. Mills, J.B. German, and J.L. Sonnenburg. 2011. Bacteroides in the infant gut consume milk oligosaccharides via mucus-utilization pathways. Cell Host Microbe. 10:507-514.
Martin, M.J., A. Martin-Sosa, and P. Hueso. 2002. The sialylated fraction of milk oligosaccharides is partially responsible for binding to enterotoxigenic and uropathogenic Escherichia coli in human strains. J. Nutr. 132:3067-3072.
Martin-Sosa, S., M.J. Martin, L.A. Garcia-Pardo, and P. Hueso. 2003. Sialyloligosaccharides in human and bovine milk and in infant formulas: variations with the progression of lactation. J. Dairy Sci. 86:52-59.
Morrison, S.J., S. Dawson, and A.F. Carson. 2010. The effects of mannan oligosaccharide and Streptococcus faecium addition to milk replacer on calf health and performance. Livest. Sci. 131:292-296. 
Nakamura, T., K. Kimura, Y. Watanabe, M. Ohtani, I Arai, and T. Urashima. (2003). Concentrations of sialyloligosaccharides in bovine colostrum and milk during the prepartum and early lactation. J. Dairy Sci. 86, 1315-1320.
National Animal Health Monitoring System. 2011. Dairy Heifer Raiser, 2011. US Dept. of Agric-Anim. and Plant Health Insp. Serv.-Vet. Serv., Ft. Collins, CO. 
Ninonuevo, M.R., Y. Park, H. Yin, J. Zhang, R.E. Ward, B.H. Clowers, J.B. German, S.L. Freeman, K. Killeen, R. Grimm, and C.B. Lebrilla. 2006. A strategy for annotating the human milk glycome. J. Agric. Food Chem. 54(20):7471-7480.
Picard, C., J. Fioramonti, A. Francois, T. Robinson, F. Neant, and C. Matuchansky. 2005. Review article: Bifidobacteria as probiotic agents- physiological effects and clinical benefits. Aliment. Pharmacol. Ther. 22:495-512. 
Robichaud, M., S.M. Godden, D.M. Haines, D.B. Haley, D.L. Pearl, J. Rushen, and S. LeBlanc. 2014. Addition of gut active carbohydrates to colostrum replacer does not improve passive transfer of immunoglobulin G in Holstein dairy calves. J. Dairy Sci. 97:5700-5708. 
Sellars, K., M. Burril, J. Trei, K.E. Newman, and K.A. Jacques. 1997. Effect of mannan oligosaccharide supplementation on performance and health of Holstein calves. J. Dairy Sci. 80(Suppl. 1): 188. 
Short, D.M., D.A. Moore, and W.M. Sischo. 2016. A randomized clinical trial evaluating the effects of oligosaccharides on transfer of passive immunity in neonatal dairy calves. J. Vet. Intern. Med. 30:1381-1389. 
Tao, N., E.J. DePeters, S. Freeman, J.B. German, R. Grimm, and C.B. Lebrilla. 2008. Bovine milk glycome. J. Dairy Sci. 91:3768-3778.
Yasui, H., J. Kiyoshima, and H. Ushijima. 1995. Passive protection against Rotavirus-induced diarrhea of mouse pups born to and nursed by dams fed Bifidobacteria breve YIT4064. J. Infect. Dis. 172(2):403-409. 
Yu, Z-T., C. Chen, and D.S. Newburg. 2013. Utilization of major fucosylated and sialylated human milk oligosaccharides by isolated human gut microbes. Glycobiology. 23(11):1281-1292.
Zivkovic, A.M., J.B. German, C.B. Lebrilla, and D.A. Mills. 2011. Human milk glycobiome and its impact on the infant gastrointestinal microbiota. PNAS. 108(1):4653-4658.

Artículo escrito por: Amanda Fischer, MSc.,SCCL and Research Assistant at the University of Alberta

Traducción: MVZ Brenda Yumibe, Alta Genetics México