Impact of the maternal diet and the intervention with fructooligosaccharide on thehuman milk microbiota / Impacto da dieta materna e da intervenção com fruto-oligossacarídeo sobre a microbiota do leite humano

ABSTRACT

Human milk is recognized as the main component for growth, metabolism, and immune development in infants. Furthermore, during lactation, human milk is an important source of microorganisms for the intestinal colonization of newborns. Mother-related factors have been associated with the human milk microbiota composition. Nevertheless, apparently, there has not been any study in which the maternal diet was evaluated as a modulator of the human milk microbiota. Therefore, the aim of this study was to investigate the impact of the maternal diet on the human milk microbiota composition of healthy women, and subsequently, to evaluate the effect of fructooligosaccharides supplementation on the human milk microbiota. This study consisted of two parts; the first was a cross-sectional study, including 94 lactating women recruited at the University Hospital of the University of São Paulo (HU/USP), to investigate the association between the maternal nutrient intake during pregnancy and lactation over the first month and the human milk microbiota. The second part consisted of a randomized, placebo-controlled clinical trial with 53 lactating, classified as FOS group (n = 28), which received 4.5 g of fructooligosaccharides + 2 g of maltodextrin or placebo group (n = 25), which received 2 g of maltodextrin, over a period of 20 days. The DNA was isolated and used as template for amplification and sequencing by the Illumina MiSeq® System. Overall, the maternal diet during lactation ("short-term" food intake) influenced specific bacterial groups, including positive correlations between polyunsaturated fatty acids/linoleic fatty acids and Bifidobacterium. However, only the maternal diet during pregnancy ("long-term" food intake) was statistically significant (p = 0.02) for the clustering analyzes (community structure analyzes), in which higher levels of vitamin C intake during pregnancy was related to cluster 2, driven by the Staphylococcus genus. After the intervention period on the maternal diet, no differences were found for relative abundance of genera between the placebo and the FOS groups. However, the distances of the trajectories covered by the samples from the beginning to the end of the supplementation was higher for the FOS group (p = 0.0007). According to our results, the maternal age affects the response for FOS supplementation (p = 0.02), though no patterns in the differences of relative abundances were found between the groups. Our results suggest that the maternal diet may influence the human milk microbiota, and the diet during pregnancy is a stronger factor over the bacterial community structure. Minor changes were found by the maternal short-term food intake or the maternal intervention with the prebiotic, and the changes seem to be individual-dependent and influenced by the maternal age, particularly in the intervention study

RESUMO

O leite humano é, reconhecidamente, o principal componente para o crescimento e o desenvolvimento metabólico e imunológico de lactentes. Adicionalmente, durante a lactação, o leite humano consiste em uma importante fonte de micro-organismos para a formação da microbiota intestinal de neonatos. Fatores relacionados à mãe têm sido associados à composição da microbiota do leite humano. Entretanto, poucos estudos avaliaram a dieta materna como componente modulador da microbiota do leite humano. Os objetivos deste estudo foram investigar o impacto da dieta materna sobre a composição da microbiota do leite humano de mães saudáveis e, posteriormente, avaliar a influência da intervenção com fruto-oligossacarídeo na microbiota do leite humano, durante 20 dias de lactação. O estudo foi dividido em duas partes; a primeira parte consistiu de um estudo transversal, com 94 lactantes atendidas no Hospital Universitário da Universidade de São Paulo (HU/USP), a fim de investigar a associação entre o consumo materno de nutrientes durante a gestação e durante o primeiro mês de lactação e a microbiota do leite humano. A segunda parte consistiu em um ensaio clínico, aleatorizado, placebo-controlado, com 53 lactantes, classificadas em grupo FOS, que recebeu 4.5 g de fruto-oligossacarídeo + 2 g de maltodextrina (n = 28) ou grupo placebo, que recebeu 2 g de maltodextrina (n = 25), suplementados por 20 dias. O DNA das amostras de leite foi isolado e utilizado como molde para amplificação e sequenciamento em Illumina MiSeq® System. Em geral, a dieta materna durante a lactação (consumo a curto prazo) apresentou influência pontual sobre diversos grupos de micro-organismos, incluindo correlações positivas entre ácidos graxos poli-insaturados/linoleico e o gênero Bifidobacterium. No entanto, somente a dieta materna durante a gestação (consumo a longo prazo) foi estatisticamente significante (p = 0.02) para as análises de agrupamento das amostras (análises de estrutura de comunidade), sendo o maior teor de vitamina C consumido durante a gestação relacionado ao agrupamento 2, direcionado por maiores populações do gênero Staphylococcus. Após o período de intervenção na dieta materna, não foram encontradas diferenças entre a abundância relativa de gêneros entre os grupos placebo e FOS. No entanto, as distâncias do percurso das amostras do início até o final da suplementação foram maiores para o grupo FOS (p = 0.0007). De acordo com os resultados, a idade materna influencia essa resposta à suplementação por FOS (p = 0.02), embora, não tenham sido encontrados padrões nítidos nas diferenças de abundância relativa entre os grupos. Os resultados obtidos sugerem que a dieta materna consiste em um fator de modulação da microbiota do leite humano, sendo a dieta durante a gestação um fator mais intenso sobre a estrutura da comunidade bacteriana do leite humano. No entanto, o consumo a curto prazo ou a intervenção alimentar com prebiótico sobre a dieta materna apresentou influência pontual sobre a dinâmica da microbiota do leite, ainda que mudanças observadas sejam indivíduo-dependentes e influenciadas pela idade materna, como no caso do estudo de intervenção