A novel gene cluster allows preferential utilization of fucosylated milk oligosaccharides in Bifidobacterium longum subsp. longum SC596

Abstract

La microbiota intestinal infantil es a menudo colonizada por dos subespecies de Bifidobacterium longum: subsp. infantis (B. infantis) y subsp. longum (B. longum). El crecimiento competitivo de B. infantis en el intestino del neonato ha sido vinculado a la utilización de oligosacáridos (HMO) en la leche humana. Sin embargo, poco se sabe sobre cómo B. longum en el consumo de HMO. En este estudio, las cepas B. longum transmitidas mostraron diferentes fenotipos de crecimiento de HMO. Mientras que todas las cepas utilizadas eficientemente con lacto-N-tetraosa, focalizaron ciertas cepas, que, además, metabolizaron el HMO. El B. longum SC596 creció vigorosamente en el HMO, y la glycocaracterización reveló una preferencia por el consumo de HMO fucosilados. El transcriptomes SC596 durante la etapa temprana de crecimiento sobre HMO se asemeja más al crecimiento de la fucosilactosa, pasando más tarde a un patrón similar al crecimiento en el HMO neutro. El B. longum SC596 contiene un gen novedoso cerrado dedicado a la utilización de HMO fucosilado, incluyendo los genes para la importación de moléculas fucosiladas, metabolismo fucoso y dos α-fucosidasas. Este grupo mostró una inducción modular durante el crecimiento temprano de HMO y fucosilactosa. Este trabajo aclara el genoma y la variabilidad fisiológica del bebé portador de B. longum en el consumo de HMO, que se asemeja a B. infantis. La capacidad de consumir preferentemente HMO fucosilado sugiere una ventaja competitiva para estas singulares de las cepas de B. longum en el lactante alimentado con tripa.

The infant intestinal microbiota is often colonized by two subspecies of Bifidobacterium longum: subsp. infantis (B. infantis) and subsp. longum (B. longum). Competitive growth of B. infantis in the neonate intestine has been linked to the utilization of human milk oligosaccharides (HMO). However, little is known how B. longum consumes HMO. In this study, infant-borne B. longum strains exhibited varying HMO growth phenotypes. While all strains efficiently utilized lacto-N-tetraose, certain strains additionally metabolized fucosylated HMO. B. longum SC596 grew vigorously on HMO, and glycoprofiling revealed a preference for consumption of fucosylated HMO. Transcriptomes of SC596 during early-stage growth on HMO were more similar to growth on fucosyllactose, transiting later to a pattern similar to growth on neutral HMO. B. longum SC596 contains a novel gene cluster devoted to the utilization of fucosylated HMO, including genes for import of fucosylated molecules, fucose metabolism and two α-fucosidases. This cluster showed a modular induction during early growth on HMO and fucosyllactose. This work clarifies the genomic and physiological variation of infant-borne B. longum to HMO consumption, which resembles B. infantis. The capability to preferentially consume fucosylated HMO suggests a competitive advantage for these unique B. longum strains in the breast-fed infant gut.