Wist je dat andere factoren dan IgG kunnen bijdragen aan een gezonde darm bij je kalveren? Oligosacchariden in biest en overgangsmelk kunnen bijdragen aan een gezonde darm van kalveren. In deze uitgave van The Colostrum Counsel leggen we uit hoe deze factoren de algehele gezondheid van uw kalveren optimaliseren.

Het colostrum advies: Oligosachariden uitgelegd

Kalveren zijn afhankelijk van de tijdige toediening van biest van goede kwaliteit om hen te voorzien van passieve immuniteit, aangezien er geen overdracht is van immunoglobulinen van het moederdier naar het kalf in de baarmoeder. Vanwege het belang van passieve immuniteit is het meeste onderzoek naar biest en overgangsmelk van runderen gericht op de hoeveelheid en kwaliteit van IgG. Biest is echter ook rijk aan aanvullende voedingsstoffen en bioactieve factoren die nodig zijn voor een goede ontwikkeling en rijping van de darmen. Deze factoren beginnen nu pas aan populariteit te winnen in het onderzoek naar colostrum. Onder deze bioactieve factoren zijn oligosacchariden (OS). Deze moleculen zijn in wezen "eenvoudige suikers" en er wordt verondersteld dat ze een sleutelrol spelen in de ontwikkeling van de darm van pasgeborenen. In het bijzonder helpen OS bij het vestigen van gezonde darmbacteriën, remmen ze pathogene bacteriën af en kunnen ze ook de opname van IgG uit colostrum in het bloed verbeteren.

Structuren en concentraties in colostrum

Zoals eerder vermeld, zijn OS eenvoudige-suikerverbindingen met lactose als kernstructuur van alle OS. Om structureel verschillende moleculen te maken, worden fucose (neutrale lading) of siaalzuur (zure lading) residuen toegevoegd aan de lactose kern in de borstklier. Er zijn ongeveer 40 verschillende OS-verbindingen geïdentificeerd in het colostrum en de melk van runderen, waarbij de meerderheid (>70%) van de OS van runderen een siaalzuurresidu heeft (Tao et al., 2008; Figuur 1). Boviene OS verschillen van OS die door mensen worden geproduceerd, aangezien de koolstofketens van menselijke OS langer zijn en slechts een klein aantal (5-15%) een siaalzuurgroep bevat (Ninonuevo et al., 2006).

Het meest voorkomende OS in runderbiest is 3'sialyllactose (3'SL), dat 4 keer zo hoog is in biest vergeleken met rijpe melk, gevolgd door 6'sialyllactosamine (6'SLN) met de op één na hoogste concentratie (Martin-Sosa et al., 2003; Figuur 1). In tegenstelling tot IgG dalen de concentraties van OS niet zo snel na het melken van de biest. In feite is aangetoond dat 3'SL, 6'SLN en 6'sialyllactose (6'SL) hogere concentraties hebben op 2 dagen na afkalven in vergelijking met 7 dagen na afkalven (Nakamura et al., 2003; Figuur 2).

De meeste boerderijen voeren vaak 1-2 maaltijden biest na de geboorte, onmiddellijk gevolgd door een abrupte overgang naar melkvervangers of volle melk. De verhoogde concentraties van OS, samen met een overvloed aan extra bioactieve moleculen in overgangsmelk (melkingen 2-6), tonen aan dat het voeren van overgangsmelk waarschijnlijk waardevol is voor de darmgezondheid van jonge kalveren op de boerderij.

Functies van Oligosacchariden

De meeste OS kunnen de darm snel bereiken omdat ze bestand zijn tegen de zure pH van de maag en niet kunnen worden afgebroken door de darmenzymen van het kalf. De meeste onderzoekers gingen ervan uit dat het grootste deel van de OS de dikke darm in tact zou bereiken, maar Janschter-Krenn et al. (2013) toonden aan dat deze verbindingen daadwerkelijk van structuur kunnen veranderen en ook een rol kunnen spelen in de dunne darm. Dus wat doen deze kleine eenvoudige suikers precies in de dunne en dikke darm?

Energiebron voor gezonde darmbacteriën

Verschillende nuttige groepen bacteriën in de dunne darm en het colon hebben verschillende enzymen waarmee ze OS kunnen afbreken en gebruiken als energiebron. Er is aangetoond dat de nuttige bacteriën Bifidobacteriën 3'SL, het belangrijkste OS in runderbiest, kunnen consumeren om hun groei te bevorderen (Yu et al., 2013). Bovendien toonden recente studies aan dat pasgeboren kalveren een grotere hoeveelheid Bifidobacteriën in de dunne darm hebben wanneer hogere concentraties OS worden verstrekt in biest (Fischer et al., 2018; Malmuthuge et al., 2015).

Een grotere hoeveelheid Bifidobacteriën in de kalverdarm draagt waarschijnlijk bij aan een algehele gezonde darmbacteriële gemeenschap, omdat ze vetzuren met een korte keten kunnen produceren die positieve effecten hebben op de dikke darmcellen, de darmslijmvliesbarrière stabiliseren en het immuunsysteem van de darm verbeteren om de overgroei van pathogene bacteriën te voorkomen (Picard et al., 2005; Yasui et al., 1995; Boffa et al., 1992). Daarnaast kan een andere nuttige groep, bekend als Bacteroides, op unieke wijze het siaalzuurgedeelte van het OS gebruiken om hun groei en vestiging in de neonatale darm te bevorderen (Marcobal et al., 2011).

Remming van pathogene bacteriën

Er is aangetoond dat OS niet alleen de groei van nuttige bacteriën bevorderen, maar ook voorkomen dat pathogene bacteriën zich in de darm vestigen. Om het gastheerweefsel binnen te dringen, moeten ziekteverwekkers zich binden aan suikers die structureel lijken op OS, bekend als "gastheerglycanen", op het oppervlak van darmcellen. Omdat de structuren van glycanen en OS van colostrum en melk zo op elkaar lijken, kunnen OS fungeren als "receptor decoys" en zich binden aan de ziekteverwekker. Dit remt hun vermogen om zich aan de gastheer te binden en infectie en ziekte te veroorzaken (Zivkovic et al., 2011). Er is specifiek aangetoond dat twee van de belangrijkste OS in runderbiest en overgangsmelk, 6'SL en 6'SLN, de binding van enterotoxigene E. coli kunnen blokkeren (Martin et al., 2002). Andere OS in colostrum en melk kunnen zich ook binden aan het rotavirus (Huang et al., 2012), Vibrio cholera (Coppa et al., 2006) en Streptococcus pneumoniae (Andersson et al., 1986), wat hun diverse vermogen aantoont om een gezonde en evenwichtige microbiële gemeenschap in de darmen te handhaven.

Immuunfunctie verbeteren

Zoals eerder vermeld, kunnen nuttige darmbacteriën colostrum en melk OS gebruiken, waardoor ze het immuunsysteem via meerdere paden positief kunnen reguleren. Zo leiden bacteriën die OS consumeren tot een hogere expressie van ontstekingsremmende verbindingen en een afname van ontstekingsbevorderende verbindingen, vergeleken met bacteriën die een alternatieve energiebron consumeren (Chiclowski et al., 2012). Bacteriën die groeien op OS kunnen ook de hoeveelheid tight junction-eiwitten tussen darmcellen verhogen, wat in feite betekent dat ze de openingen "dichtmaken" zodat pathogene bacteriën niet tussen de darmcellen kunnen komen en de bloedstroom kunnen binnendringen (Chiclowski et al., 2012; Ewaschuk et al., 2008).

Een fascinerend aspect van het siaalzuurgedeelte van een OS is dat wanneer siaalzuur gebonden is aan de darm, het de binding van IgG aan de darmcel kan versterken, evenals de opname ervan in de cel (Gill et al., 1999). Dit kan verklaren waarom runderbiest zoveel OS met siaalzuurresiduen bevat in vergelijking met humane biest, waarin slechts een klein deel siaalzuur bevat. Bij mensen vindt er tijdens de zwangerschap een passieve overdracht van immunoglobulinen van de moeder naar de foetus plaats, terwijl bij runderen het kalf alleen IgG uit biest kan halen omdat er tijdens de zwangerschap geen passieve overdracht plaatsvindt. Aangezien de passieve overdracht van IgG een van de belangrijkste factoren is bij het bevorderen van de gezondheid en de overleving van het pasgeboren kalf, kan het hoge gehalte aan siaalzuur in biest dus eigenlijk aanwezig zijn om IgG te helpen toegang te krijgen tot de bloedstroom van het kalf - en zo het immuunsysteem op gang te brengen.

Hoe zit het met mannan-oligosachariden?

Mannan-oligosacchariden (MOS) worden vaak toegevoegd aan het kalf in melkvervangers (bv. Bio-Mos®) tijdens de eerste levensweken. In tegenstelling tot OS afkomstig van runderen, zijn mannan-OS afkomstig van de celwand van gist, namelijk Saccharomyces cerevisiae. Mannan-OS hebben "borstelachtige" structuren waardoor ze zich kunnen hechten aan ziekteverwekkende bacteriën, zoals Salmonella en E. coli, waardoor ze zich niet kunnen hechten aan de darmcelwand en een daaropvolgende infectie kunnen veroorzaken. Kalveren die MOS in melkvervangers krijgen, vertonen een vermindering van E. coli-tellingen in de ontlasting (Jacques et al., 1994), verbeteringen in de ontlastingsscore (Morrison et al., 2010) en betere groeiprestaties (Sellars et al., 1997).

Vanwege de positieve effecten die werden waargenomen bij toediening van melkvervangers, gingen onderzoekers na of soortgelijke effecten ook konden worden waargenomen bij toediening van biest of biestvervangers. Helaas werd in een onderzoek waarbij MOS werd toegevoegd aan biestvervangers geen effect gevonden op de passieve overdracht na 24 uur of op de incidentie van ziekten (Robichaud et al., 2014).

Bovendien vonden andere recente onderzoeken waarbij MOS werd toegevoegd aan verse runderbiest een negatief effect op de passieve overdracht in vergelijking met kalveren die niet-aangevulde biest kregen (Brady et al., 2015; Short et al., 2016). De structuur van een oligosaccharide is een belangrijke determinant van de biologische functie en de darm van het kalf is evolutionair afgestemd om te reageren op verbindingen die door het moederdier in biest worden uitgescheiden. Aangezien van runderen afgeleide OS "natuurlijker" zijn voor het pasgeboren melkkalf, is het mogelijk dat suppletie ervan tijdens de eerste levensdagen kan leiden tot een verhoogde passieve immuniteit en een betere darmgezondheid in vergelijking met kalveren die worden gesuppleerd met MOS.

Boodschap mee naar huis nemen

De overvloed aan oligosachariden die door het moederdier worden aangemaakt in biest en overgangsmelk kunnen positieve effecten hebben op de darmgezondheid, in het bijzonder door als energiebron te dienen voor gezonde darmbacteriën, ziekteverwekkers af te remmen en het immuunsysteem te versterken. Daarom kan het voeren van overgangsmelk of melk aangevuld met een kwaliteitsvolle biestvervanger een verhoogde darmbescherming bieden aan het pasgeboren kalf. Aanvullend onderzoek moet zich richten op de mogelijkheid om OS toe te voegen aan traditionele melkvervangers, of zelfs aan volle melk, om maximale bescherming van de darmen van het pasgeboren kalf te garanderen.

Cijfers

Figuur 1.
De structuren van de twee meest voorkomende oligosachariden in runderbiest en overgangsmelk.

Figuur 2.
Een onderzoek uitgevoerd door Nakamura et al. (2003) bepaalde de concentraties van de primaire oligosacchariden (3'SL, 6'SL en 6'SLN) in colostrum, overgangsmelk en rijpe melk.

Amanda Fischer, MSc.

SCCL en onderzoeksassistent aan de Universiteit van Alberta
[email protected]

Referenties
Andersson, B., O. Porras, L.A. Hanson, T. Lagergard, en 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, en 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, en D.M. Haines. 2015. Het aanvullen van verse runderbiest met darmactieve koolhydraten vermindert de passieve overdracht van immunoglobuline G in Holstein melkkalveren. J. Dairy Sci. 98:6415-6422.
Chiclowski, M., G. De Lartigue, J.B. German, H.E. Raybould, en D.A. Mills. 2012. Bifidobacteriën geïsoleerd uit zuigelingen en gekweekt op humane melkoligosachariden beïnvloeden de darmepitheliale functie. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 55:321-327.
Coppa, G.V., L. Zampini, T. Galeazzi, B. Facinelli, L. Ferrante, R. Capretti, en G. Orazio. 2006. Oligosacchariden uit moedermelk remmen de adhesie aan Caco-2 cellen van diarreeverwekkers: Escherichia coli, Vibrio cholerae en Salmonella fyris. Pediatr. Res. 59:377-382.
Ewaschuk, J.B., H. Diaz, L. Meddings, B. Diederichs, A. Dmytrash, J. Backer, M. Looijer-van Langen, en K.L. Madsen. 2008. Afgescheiden bioactieve factoren van Bifidobacterium infantis verbeteren de barrièrefunctie van epitheelcellen. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 295:G1025-G1034.
Fischer, A.J., N. Malmuthuge, L.L. Guan, en M.A. Steele. 2018. Korte Mededeling: Het effect van warmtebehandeling van runderbiest op de concentraties oligosacchariden in biest en in de darm van neonatale mannelijke Holstein-kalveren. J. Dairy Sci. 101:401-407.
Gill, R.K., S. Mahmood, en 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, en X. Jiang. 2012. Spikeiwit VP8* van humaan rotavirus herkent histo-bloedgroepantigenen op een type-specifieke manier. J. Virol. 86:4833-4843.
Jacques, K.A. en 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, en L. Bode. 2013. Oligosacchariden van moedermelk worden gedifferentieerd gemetaboliseerd in neonatale ratten. Br. J. Nutr. 110:640-650.
Malmuthuge, N., Y. Chen, G. Liang, L.A. Goonewardene, en 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, en 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, en 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, en 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 en 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 en T. Urashima. (2003). Concentrations of sialyloligosaccharides in bovine colostrum and milk during the prepartum and early lactation. J. Dairy Sci. 86, 1315-1320.
Nationaal systeem voor diergezondheidsmonitoring. 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, en 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 en C. Matuchansky. 2005. Review article: Bifidobacteriën als probiotica - fysiologische effecten en klinische voordelen. Aliment. Pharmacol. Ther. 22:495-512.
Robichaud, M., S.M. Godden, D.M. Haines, D.B. Haley, D.L. Pearl, J. Rushen, en 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 en 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, en 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, en C.B. Lebrilla. 2008. Bovine milk glycome. J. Dairy Sci. 91:3768-3778.
Yasui, H., J. Kiyoshima en 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, en D.S. Newburg. 2013. Utilization of major fucosylated and sialylated human milk oligosaccharides by isolated human gut microbes. Glycobiologie. 23(11):1281-1292.
Zivkovic, A.M., J.B. German, C.B. Lebrilla, en D.A. Mills. 2011. Human milk glycobiome and its impact on the infant gastrointestinal microbiota. PNAS. 108(1):4653-4658.