Breastfeeding and the Human Milk Microbiome: Impact of Initiating Feeding in the First Hour Postpartum

Koski, Kristine G. (Supervisor) ABSTRACTBackground: Initiation of breastfeeding within the first hour of life can prevent 22% of infant mortality. The unique composition of human milk makes breastfeeding among the most determining factors in a newborn’s health and development. Besides its nutritional and bioactive components, human milk has its own diverse microbiome. Several factors were found to modulate these bacterial communities, including maternal factors and breastfeeding practices such as exclusive, predominant, and mixed feeding. However, the impact of initiation of breastfeeding within the first hour postpartum on the human milk microbiome has not previously been explored.Objectives: To investigate the impact of initiation of breastfeeding within one hour postpartum on the human milk microbiome in early (<6 weeks postpartum) and established (4-6 months postpartum) lactation.Methods: In this cross-sectional study, 61 breast milk samples from unrelated mothers living in eight remote Mam-speaking communities of Guatemala were analyzed for microbiome using 16S ribosomal RNA sequencing. Samples were divided into four groups based on the breastfeeding practice (yes/no initiation of breastfeeding within 1 hour postpartum) and lactation stage (early lactation at <6 weeks postpartum or established lactation at 4-6 months postpartum). Differential abundance analysis was conducted in R software to compare the milk microbial communities of the two breastfeeding groups at two lactation stages.Results: Milk of mothers who initiated breastfeeding within one hour postpartum was characterized with significantly higher abundance of commensals including the lactic acid bacteria, Lactobacillus gasseri (log2 fold change [FC] = 9), Staphylococcus epidermis (log2 FC = 9) and Streptococcus salivarius (log2 FC = 5), from the phylum Firmicutes than milk of mothers who did not breastfeed within the first hour, at both <6 weeks and 4-6 months postpartum. Conversely, milk of mothers who did not breastfeed within the first hour postpartum was identified as having higher abundance of environmental, opportunistic pathogens such as Stenotrophomonas rhizophila (log2 FC = -8), Kocuria rhizophila (log2 FC = -9) and Solimonadaceae (log2 FC = -11), from the phylum Proteobacteria compared to milk of mothers who breastfed within the first hour, at <6 weeks postpartum and persisted at 4-6 months postpartum. We also noted a higher number of differentially abundant taxa between milk of mothers who breastfed within the first hour and those who did not, at 4-6 months postpartum than at <6 weeks postpartum.Conclusion: Initiation of breastfeeding within the first hour postpartum is associated with the human milk microbiome with a higher abundance of pioneer commensal bacteria both at <6 weeks and 4-6 months postpartum. These findings also highlight the large number of unidentified ESVs in the human milk microbiome that remains to be classified RÉSUMÉContexte de la recherche: L’initiation de l’allaitement maternel humain dès la première heure après la naissance peut prévenir 22% de la mortalité infantile. La composition singulière du lait maternel humain fait de l’allaitement l’un des facteurs les plus déterminants de la santé et le développement du nourrisson. Au-delà de sa valeur nutritionnelle et ses composants bioactifs, le lait maternel contient également un microbiome diversifié. Plusieurs éléments peuvent moduler la composition de ces communautés bactériennes, notamment les facteurs maternels et les pratiques d’allaitement maternel tels que l’allaitement exclusif, l’allaitement prédominant et l’allaitement mixte. Cependant, l’effet de l’allaitement maternel dans la première heure post-partum sur le microbiome du lait maternel n’a jamais été étudié auparavant.Objectif: Évaluer l’effet de l’allaitement maternel dans la première heure post-partum sur le microbiome du lait maternel au niveau des espèces au début de la période de lactation (<6 semaines post-partum) et au cours de la lactation établie (4-6 mois post-partum)Méthodologie: Dans cette étude transversale, 61 échantillons de lait maternel de mères non apparentées provenant de huit communautés guatémaltèques éloignées, parlant le Mam, ont été analysés au niveau du microbiome en utilisant le séquençage du gène de l’ARN ribosomal 16S. Les échantillons ont été divisés en quatre groupes en fonction de la pratique d’allaitement dans la première heure de la naissance [initiation précoce de l’allaitement: Oui/Non] et la phase de lactation (en début de lactation à <6 semaines post-partum, ou au cours de la lactation établie à 4-6 mois post-partum). L’analyse d’abondance différentielle a été effectuée dans le logiciel R pour comparer les communautés bactériennes du lait maternel des deux groupes de la pratique d’allaitement [initiation précoce de l’allaitement: Oui/Non] aux deux phases de lactation. Résultats: Le lait des mères qui ont initié l’allaitement dès la première heure de la naissance était caractérisé par une abondance significativement plus élevée en espèces commensales incluant le probiotique et la bactérie lactique, Lactobacillus gasseri (log2 fold change [FC] = 9), Staphylococcus epidermis (log2 FC = 9) et Streptococcus salivarius (log2 FC = 5), du phylum Firmicutes par rapport au lait des mères qui n’ont pas allaité dès la première heure, à la fois à <6 semaines post-partum et à 4-6 mois post-partum. À l’inverse, le lait des mères qui n’ont pas initié l’allaitement dès la première heure a été marqué par une abondance plus importante d’agents pathogènes opportunistes environnementaux tel que Stenotrophomonas rhizophila (log2 FC = -8), Kocuria rhizophila (log2 FC = -9) and Solimonadaceae (log2 FC = -11), du phylum Protéobactéries par rapport au lait des mères qui ont initié l’allaitement dans la première heure de la naissance, à <6 semaines post-partum et a persisté à 4-6 mois post-partum. Nous avons également constaté un nombre plus élevé de taxons différentiellement abondants entre le lait des mères qui ont allaité dans la première heure et celles qui ne l’ont pas fait, à 4-6 mois post-partum qu’à <6 semaines post-partum.Conclusion: L’initation de l’allaitement maternel dans la première heure qui suit la naissance est associée au microbiome du lait maternel avec une abondance supérieure en espèces commensales pionnières à la fois à <6 semaines post-partum et à 4-6 mois post-partum. Ces résultats soulignent également le grand nombre d’espèces non identifiées dans le microbiote du lait maternel qui reste à être répertorié