Livets första månader avgörande för immunsystemets utveckling
Många sjukdomar som orsakas av felaktigt reglerade immunsystem, såsom allergi, astma och autoimmunitet, kan spåras till händelser tidigt i livet. Hittills har mekanismerna bakom immunförsvarets utveckling varit ofullständigt kända. Nu har forskare vid Karolinska Institutet kartlagt ett samband mellan bröstmjölk, utvecklingen av gynnsamma bakterier i tarmen och immunsystemets utveckling. Studien som publicerats i Cell kan till del förklara hur immunsystemet regleras.
– En möjlig tillämpning av våra resultat är förebyggande behandlingar för att minska risken för allergi, astma och autoimmun sjukdom senare i livet genom att hjälpa immunsystemet att etablera sina reglerande mekanismer. Vi tror också att vissa mekanismer som studien pekar ut i förlängningen kan leda till ytterligare typer av behandlingar, inte enbart förebyggande, mot sådana sjukdomar, säger Petter Brodin, barnläkare och forskare vid institutionen för kvinnors och barns hälsa, Karolinska Institutet, och studiens sisteförfattare.
Förekomsten av autoimmuna sjukdomar som astma, diabetes typ 1 och Crohns sjukdom ökar hos barn och unga i delar av världen. Det är sjukdomar som begränsar livet på flera sätt, men som inte är lika vanliga i låginkomstländer som de är i Europa och USA.
Det är känt sedan tidigare att risken att drabbas av de här sjukdomarna till stor del bestäms av händelser tidigt i livet. Det finns till exempel ett samband mellan tidig användning av antibiotika och en ökad risk för astma. Man vet också att amning skyddar mot flera av dessa tillstånd.
Bifidobakterier hos ammande barn
Det finns en koppling mellan specifika, skyddande bakterier på huden, i luftvägarna och i tarmen med minskad risk för immunologiska sjukdomar. Men det behövs mer kunskap om hur de här bakterierna formar immunsystemet.
Nu har forskare vid Karolinska Institutet, Evolve Biosystems, University of California, Davis, University of Nebraska, Lincoln, och University of Nevada, Reno, USA, studerat hur immunsystemet hos nyfödda barn anpassar sig till, och formas av, de många bakterier, virus, födoämnen och andra miljöfaktorer som barnet exponeras för under livets första månader.
Tidigare forskning har visat att bifidobakterier är vanligt förekommande hos ammade barn i länder med låg förekomst av autoimmuna sjukdomar.
Bröstmjölk innehåller rikligt med HMO, humana mjölkoligosackarider, som barnet inte kan tillgodogöra sig som näring. Produktionen av de här komplexa sockerarterna kan istället förknippas med evolutionära fördelar, som handlar om att ge näring till bakterier i tarmen med stor betydelse för barnets immunförsvar. Bifidobakterien är en sådan.
– Vi har funnit att barn vars tarmflora har god förmåga att bryta ner HMOs har mindre inflammation i både blod och tarmen. Det beror troligen på bifidobakteriernas unikt goda förmåga att bryta ner HMOs, expandera hos ammande barn och utöva en gynnsam effekt på det utvecklande immunsystemet tidigt i livet, säger Petter Brodin.
Barn som ammats och fått tillskott av bifidobakterier hade högre nivåer av molekylerna ILA och Galectin-1 i tarmen. ILA, indole-3-lactic acid, behövs för att omvandla HMO-molekyler till näring. Galectin-1 har en huvudroll för att aktivera immunförsvaret vid hot och angrepp.
Nyfunnen mekanism
Enligt forskarna är Galectin-1 en nyfunnen och mycket viktig mekanism för att bevara bakterier med gynnsamma, antiinflammatoriska egenskaper i tarmfloran.
Resultaten bygger på 208 ammade spädbarn födda på Karolinska Universitetssjukhuset mellan 2014 och 2019. Forskarna har med nya metoder kunnat analysera immunsystemet även ur små blodprov. Två grupper spädbarn i USA där hälften enbart ammats och hälften ammats och fått tillskott av bifidobakterier har varit kontroller.
En begränsning i studien är att forskarna varit hänvisade till blodprover och inte kunnat studera immunsystemet direkt i tarmen. Alla aspekter av tarmens immunsystem kan inte ses i blodet men det är inte etiskt försvarbart att ta tarmbiopsier från friska nyfödda barn.
Nu hoppas forskarna kunna följa barnen i studien under en längre tid för att se vilka som drabbas av atopiskt eksem, astma och allergier.
– Vi planerar en ny prövning kring bakteriesubstitution för att se om vi kan hjälpa alla barn få en hälsosammare immunologisk start i livet. Vi samarbetar också med andra forskare för att jämföra utvecklingen av immunsystemet hos svenska barn mot barn som växer upp på landsbygden i Afrika söder om Sahara där andelen som drabbas av allergier är betydligt lägre, säger Petter Brodin.
Forskningen finansierades av Europeiska Forskningsrådet, Knut and Alice Wallenbergs Stiftelse, Karolinska Institutet och Vetenskapsrådet.
Petter Brodin, Axel Olin, Jaromir Mikes och Tadepally Lakshmikanth är grundare av Cytodelics AB, Sverige. Petter Brodin är rådgivare till Scailyte AG, Schweiz. Ryan D. Mitchell, Stephanie Chew, Johann Prambs, Heather K. Brown, Steven A. Frese och Bethany M. Henrick är anställda av Evolve BioSystems. Jennifer T. Smilowitz har fått finansiering för att genomföra IMPRINT-försöket och Amy M. Ehrlich fick finansiering för att bistå med manusarbetet. Bruce J. German är medgrundare av Evolve BioSystems. Steven A. Frese och Bethany M. Henrick är knutna till Institutionen för livsmedelsvetenskap och teknik, University of Nebraska Lincoln.
Publikation
”Bifidobacteria-mediated immune system imprinting early in life”. Bethany M. Henrick, Lucie Rodriguez, Tadepally Lakshmikanth, Christian Pou, Ewa Henckel, Aron Arzoomand, Axel Olin, Jun Wang, Jaromir Mikes, Ziyang Tan, Yang Chen, Amy M. Ehrlich, Anna Karin Bernhardsson, Constantin Habimana Mugabo, Ylva Ambrosiani, Anna Gustafsson, Stephanie Chew, Heather K. Brown, Johann Prambs, Kajsa Bohlin, Ryan D. Mitchell, Mark A. Underwood, T. Smilowitz, Bruce J. German, Steven A. Frese, Petter Brodin. Cell, 17 juni 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.05.030.