Г-н Абул Калам Азад

1 Ключова лаборатория за агро-екологични процеси в субтропичния регион, Институт по субтропично земеделие, Китайска академия на науките, Национална инженерна лаборатория за контрол на замърсяването и оползотворяване на отпадъците в животновъдството и птицевъдството, Чанша, Хунан 410125, Китай

чревната

2 Университет на Китайската академия на науките, Пекин 100049, Китай

Манобендро Саркър

3 Департамент по хранителна техника и технологии, Държавен университет в Бангладеш, Дака 1205, Бангладеш

Тиеджун Ли

1 Ключова лаборатория за агро-екологични процеси в субтропичния регион, Институт по субтропично земеделие, Китайска академия на науките, Национална инженерна лаборатория за контрол на замърсяването и оползотворяване на отпадъците в животновъдството и птицевъдството, Чанша, Хунан 410125, Китай

Джи Ин

1 Ключова лаборатория за агро-екологични процеси в субтропичния регион, Институт по субтропично земеделие, Китайска академия на науките, Национална инженерна лаборатория за контрол на замърсяването и оползотворяване на отпадъците в животновъдството и птицевъдството, Чанша, Хунан 410125, Китай

2 Университет на Китайската академия на науките, Пекин 100049, Китай

Резюме

Пробиотиците са микробни щамове, които са полезни за здравето и техният потенциал напоследък доведе до значително увеличаване на изследователския интерес към тяхната употреба за модулиране на чревната микробиота. Червата на животните са сложна екосистема от клетки гостоприемници, микробиота и налични хранителни вещества, а микробиотата предотвратява няколко дегенеративни заболявания при хора и животни чрез имуномодулация. Разглеждат се чревната микробиота и нейното влияние върху човешкото хранене, метаболизма, физиологията и имунитета и се обсъждат няколко пробиотични вида и щамове, за да се подобри разбирането за модулацията на чревната микробиота. Тази статия предоставя широк преглед на няколко Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp. И други колиформни бактерии като най-обещаващите пробиотични видове и тяхната роля в превенцията на дегенеративни заболявания, като затлъстяване, диабет, рак, сърдечно-съдови заболявания, злокачествени заболявания, черен дроб заболяване и възпалително заболяване на червата. Този преглед обсъжда и скорошно проучване на Saccharomyces spp. при което възпалението е предотвратено чрез насърчаване на провъзпалителната имунна функция чрез производството на късоверижни мастни киселини. Представено е и обобщение на промяната на чревната микробиота с бъдещи перспективи.

1. Въведение

Промяната на чревната микробиота с пробиотични видове е много видна при лечението на болести при хора и животни. Потенциалът на пробиотичните видове наскоро мотивира изследователите да изследват производството на пробиотични храни и модулацията на чревната микробиота. Значението на консумацията на пробиотични храни със специфичен микс от бактерии е широко изследвано от началото на 20-ти век, а киселото мляко е насочило вниманието към поддържането на добро здраве чрез развитие на храносмилателната система и профилактика на различни дегенеративни заболявания [1– 3].

Човешките черва са сложна екосистема, в която хранителните вещества, микробиотата и клетките гостоприемници си взаимодействат екстензивно. Взаимоотношенията между тези микроорганизми и клетките гостоприемници дълго се разглеждаха само от патогенна гледна точка, тъй като токсините нахлуват в лигавицата на червата и транслоцират, разпространяват и причиняват системни инфекции [10]. Въпреки това, не е обърнато внимание на повечето чревни микроорганизми и тяхната връзка със здравето на гостоприемника. Няколко проучвания съобщават за полезни взаимодействия между коменсалната микробиота и човешкото тяло и показват, че микробиотата действа като реален партньор. За бъдещите здравни стратегии е необходимо по-задълбочено разбиране на чревната микробиота и нейната роля. Във връзка с това задълбочено проучване на потенциалното използване на избрани пробиотични бактериални видове и техните щамове е отчаяно необходимо за профилактика и лечение на многобройни заболявания на хора и животни [11–14].

Връзката между здравето и състава на чревната микробиота повиши интереса към модулацията на чревната микробиота чрез прилагане на пробиотични видове за профилактика на някои заболявания при хора и животни. Настоящият преглед се фокусира върху чревната микробиота и няколко пробиотични вида, които са широко проучени в модулацията на чревната микробиота и превенцията на дегенеративни заболявания.

2. Микробиота на червата

3. Модулация на чревната микробиота и пробиотичните видове

Чревната микробиота включва бактерии, гъби, археи, протозои и вируси, които взаимодействат с гостоприемника и помежду си, за да повлияят на физиологията и здравето на гостоприемника [44]. Чревните бактерии играят значителна роля в човешкото здраве, включително синтез на витамин В, подобряване на храносмилането и насърчаване на ангиогенезата и нервната функция [45]. В допълнение, модифицирането на чревната микробиота може да бъде вредно, когато чревната екосистема претърпи сериозни необичайни промени. Бактериалните видове, открити в микробиома на човешките черва, включват предимно три фила: Bacteroidetes (Porphyromonas, Prevotella), Firmicutes (Ruminococcus, Clostridium и Eubacteria) и Actinobacteria (Bifidobacterium). Лактобацили, стрептококи и ешерихия коли се намират в малки количества в червата. Промяната в състава на чревната микробиота обаче може да доведе до множество заболявания при хората и животните [21, 22, 28, 30].

Настоящите доказателства подкрепят връзката между активността и състава на чревната микробиота и човешкото здраве и болести. Освен това, съставът на чревната микробиота вероятно ще повлияе на много органи, включително сърдечно-съдовата, нервната, имунната и метаболитната системи. Съставът на чревната микробиота се променя в много болестни състояния, като сърдечно-съдови заболявания, рак, злокачествено заболяване, захарен диабет тип 2, затлъстяване, колит, астма, психиатрични разстройства, възпалителни разстройства, нарушения на оста на червата и мозъка и множество имунни нарушения [ 15, 40, 41, 46–48]. Модулацията на чревната микробиота улеснява редица здравословни проблеми; пробиотичното хранене с диета с високо съдържание на мазнини показва промяна в състава на микробиотата на червата с намаляване на грам-положителните бактерии phyla Firmicutes и Actinobacteria при мишки [49]. За разлика от това, при миши модел на хиперлипидемия, пробиотичното приложение на Lactobacillus води до значителни промени в състава на микробиотата, включително повишено изобилие от Bacteroidetes и Verrucomicrobia и намалено съотношение на Firmicutes [50]. Очевидно е, че пробиотичните видове играят важна роля в поддържането на екосистемата на микробиотата на червата при хората и животните.

4. Видове бактерии

Таблица 1 представя най-значимите резултати от различни изследвания върху влиянието на пробиотични видове бактерии или щамове върху модулацията на чревната микробиота при различни модели и заболявания.

маса 1

Някои бактериални щамове, използвани при модулация на чревната микробиота.

Щамове на бактерии Модел на заболяването Болест Резултати Референции
L. acidophilus Осемседмичен мъжки C57BL/мишкиIBD↑ IL-10, Treg
↓ IL-6, IL-1β, IL-17		[15]
L. acidophilus (NCK2025)Поколение на TS4Cre × APC lox468 мишкиCRC↑ IL-10, IL-12
↓ Трег		[16]
L. acidophilus Женски мишки BALB/cболест на Крон↑ IL-17
Function Th17 функция, IL-23		[17]
L. acidophilus BALB/c мишкиЯзвен колит↑ Лактобацили, бифидобактерии
↓ S. aureus		[18]
L. casei BL23Женски мишки C57BL/6CRC↑ Th17, Th 22, IL-10 и IL-22
↓ Трег		[19, 20]
L. fermentum FTDC 812Осем седмични мишки BALB/cХиперхолестеролемия↑ Lactobacillus[21]
L. johnsonii Мъжки мишки C57BL/6Остра травма на живо↑ IL-22, Lactobacillus[22]
L. plantarum CCFM10, RS15-358 седмици BALB/c мишкиОксидативен стрес↑ Bacteroidetes, Firmicutes [23]
L. acidophilus
B. cereus, B. infantis		Осем седмици SPE мъжки SD мишкиБезалкохолна мастна чернодробна болест↑ Е. coli, Enterococcus,
↓ Бифидобактерии, бактероиди и лактобацили 		[24]
L. acidophilus
L. rhamnosus, B. bifidum		Осем седмични мишки C57BL/6Диабет тип 2↑ Firmicutes, Actinobacteria
Бактероидети		[25]
Б. breve IPLA20004Човешко дебело червоВъзпалително↑ IL-8, IL-10, IL-12[26]
E. coli Nissle 1917Мъжки мишки C57BL/6JХронично възпаление↑ IL-10, плътно кръстовище
↓ IL-17		[27]
S. boulardii Възрастни мишки BALB/cОстра чернодробна недостатъчност↑ Bacteroidetes
Фирмикути, протеобактерии		[28]
S. boulardii Шест седмични мишки C57BL/6Диабет тип 2↑ Firmicutes, протеобактерии и фибробактерии[29]
E. hirae C57BL/6J мишкиРак↑ Th 17 клетъчен отговор[30]

4.1. Лактобацилус

4.2. Bifidobacterium

4.3. Други видове бактерии

Ентерококите са грам-положителни бактерии от семейството на млечнокиселите бактерии. Някои щамове на Enterococcus проявяват индуцирана от антибиотици дисбиоза и действат като противотуморни или противоракови агенти и модулират имунната система. Установено е, че културата на щам E. faecium от човешкия чревен епител увеличава бактерицидните ефекти срещу ентероагрегативната Е. coli, увреждането на мембраната и лизиса на клетките [73, 74]. Fusco и сътр. [74] характеризира експресията на чревния цитокин в епителните клетки и съобщава, че чревните цитокини играят ключова роля в възпалителния отговор на гостоприемника при увреждане от Salmonella typhimurium. Разкрито е, че E. faecium увеличава експресията на възпалителни и противовъзпалителни цитокини, без да се появява като патоген. Освен това, E. hirae упражнява бариерната функция на чревния епител чрез индуциране на Th17 [30].

Saccharomyces е добре позната непатогенна селективна пробиотична мая, която се използва в търговската мрежа при производството на пробиотични храни. През последните няколко десетилетия S. cerevisiae и S. boulardii демонстрират големи обещания като пробиотично лечение [28]. Няколко проучвания показват, че S. cerevisiae и S. boulardii са свързани с повишен дял на Bacteroidetes в състава на чревната микробиота и намаляват относителното изобилие на Firmicutes и Proteobacteria. В допълнение, тази мая има способността да предотвратява възпалението, като насърчава проинфламаторната имунна функция и увеличава производството на късоверижни мастни киселини [28, 29, 75, 76].

5. Заключения

Видовете пробиотични бактерии формират възпроизводима популация на микробиота в червата при различни органи и заболявания на гостоприемника. Съобщава се, че различни пробиотични видове предотвратяват много дегенеративни заболявания, включително затлъстяване, диабет, рак, сърдечно-съдови заболявания, злокачествени заболявания, чернодробни заболявания и IBD. Дисбалансът в състава на чревната микробиота може да доведе до няколко заболявания. Доказано е, че пробиотиците модулират дисбаланса на чревния микробиотен състав чрез увеличаване на популацията на бактерии, бариерната функция на чревния епител и производството на цитокини. Междувременно се съобщава, че диетите и различните хранителни вещества произвеждат значително и значително формират чревните микробиотни общности [77–83], следва да се извършат допълнителни проучвания, за да се изяснят връзките между метагеномиката между промяната на състава на микробиотата на червата и пробиотичните видове при различни диети или хранителни вещества. Добре проектиран и подходящ експериментален модел (in vivo, in vitro или ex vivo) се предлага, за да даде представа за състава на микробиотата на червата и потенциалните съпоставки за здравето на гостоприемника. Освен това идентифицирането на нови пробиотици и изолирането от микробиоми и смеси от пробиотични видове би било ключов път за бъдещи проучвания за насърчаване на здравето на гостоприемника.

Благодарности

Това изследване беше подкрепено от Националната фондация за естествени науки на Китай (номера 31772642, 31672457 и 31702125), отдела за наука и технологии на провинция Хунан (2017NK2322), Международната програма за партньорство на Китайската академия на науките (161643KYSB20160008) и Националните ключови изследвания и Програма за развитие на Китай (2016YFD0500504 и 2016YFD0501201). Авторите също така признават стипендията на президента CAS-TWAS.

Съкращения

GIT:Стомашно-чревния тракт
ССЗ:Сърдечно-съдови заболявания
ЛАБОРАТОРИЯ:Млечнокисели бактерии
HFD:Диета с високо съдържание на мазнини
LPS:Липополизахарид
Трег:Т регулаторна клетка
I Л:Интерлевкин
Th:Т помощна клетка
DC:Дендритна клетка
IBD:Чревни заболявания на червата
WSD:Диета в западен стил
EcN: Ешерихия коли Нисле
OMV:Съдове на външната мембрана.

Разкриване

Тази статия за преглед не съдържа проучвания с човешки участници или животни, извършени от някой от авторите.

Конфликт на интереси

Авторите декларират, че няма потенциален конфликт на интереси по отношение на публикуването на тази статия.