Инструменти

Следвайте дневника

Виртуален брой на млечнокисели бактерии

Целта на това Виртуален специален брой На Млечнокисели бактерии (LAB) е да покаже видни статии по тази тема от последните години. Избрахме 16 статии (от 78), публикувани от 2012 г., които описват интересни аспекти на физиологията, генетиката и приложенията на LAB. Те са разделени на две (произволни) категории: i) пробиотици и ii) биотехнологии. Първият раздел е допълнително разделен на две различни теми ia) скрининг на LAB щамове за свойства на пробиоза и ib) приложението в животински модели на избрани пробиотични щамове. Документите за пробиотиците все още са горещи. Въпреки че съставлява само малка подгрупа от всички документи, подадени в JAM, тази подкатегория статии са получили средни цитати над фактора на въздействие на JAM през 2012 г. и на практика всички статии са цитирани поне веднъж. През 2012 г. вече имаше специален брой за пробиотиците, показващ високия интерес на научната общност в тази област, въпреки трудностите, изпитвани към днешна дата поради регулаторни предизвикателства. В категорията биотехнологии са включени статии, описващи инструменти за повишаване на годността и/или ефикасността на LAB или увеличаване на погледа в поведението на LAB in vivo. Избраните статии от двете категории са обобщени накратко по-долу.

виртуално

и) Пробиотици

Следващите статии включват редица проучвания, насочени към избрани пробиотични щамове от азиатски традиционно ферментирали храни, включително корейското кимчи - традиционно ферментирало ястие, направено от различни видове зеленчуци - и гаджами сик-хе - ферментирал продукт, получен от риба - и зеленчуци.

Сред голяма колекция от LAB изолати от кимчи има един Leuconostoc мезентероиди щам, YML003, е идентифициран с антивирусна активност (Seo et al. 2012). Скрининговият тест срещу нископатогенния птичи вирус H9N2 се извършва с помощта на кучешка бъбречна клетъчна линия. Антивирусната активност на Lc. мезентероиди YML003 беше допълнително потвърден при пилета. Авторите демонстрират, че само живи бактерии са ефективни по време на in vivo предизвикателство на пилета срещу вируса. Щамът се оказа устойчив на стомашна киселина и жлъчка, като по този начин се гарантира, че пробиотикът ще достигне жив в пилешките черва. Авторите заключават, че с нарастващите съобщения за поява на вирус на птичия грип, водещи до сериозни загуби за птицевъдството, профилактичното приложение на този пробиотичен щам може да има значително икономическо въздействие.

Във второто проучване, Lactobacillus plantarum Показано е, че LG42, изолиран от gajami sik-hae, намалява телесното тегло и мастната маса при модел на затлъстели мишки, предизвикан от диета с високо съдържание на мазнини (Park et al. 2014). След период на нахлуване мишките са хранени с контролна диета, диета с високо съдържание на мазнини или диета с високо съдържание на мазнини с ниска (107 CFU на мишка на ден) или висока (109 CFU на мишка на ден) доза от L. plantarum LG42. Бактериите се прилагат чрез сонда. Това е едно от малкото проучвания, които разглеждат отговора по дозозависим начин, макар че са проучени само две дози. Наблюдава се ефект на доза-отговор при няколко параметъра. Това обаче беше само тенденция, а не статистически значима. След 12 седмици двете групи, допълнени с L. plantarum LG42, показват по-ниско телесно тегло и значително намаляване на епидидималната и мастната маса на гърба. Няколко серологични параметъра, като триглицерид, инсулин и лептин, също бяха благоприятно засегнати. Освен това, експресията в черния дроб и мастната тъкан на гени, свързани със затлъстяването, показва частична репресия на няколко гена в L. plantarum LG42 хранена група, включително активиран от пероксизома пролифератор рецептор γ (PPARγ).

Подобен ефект срещу затлъстяването се наблюдава от същия екип и същия модел на мишка с кимчи, ферментирал с различен LAB щам, Weissella koreensis OK1-6 (Park et al. 2012). Тук мишките бяха хранени в продължение на 12 седмици с W. koreensis Ферментирал кимчи от OK1-6 и сравнен с контролна група, хранена с традиционни кимчи, направени без предястия. Контролната кимчи вече показа полза в повечето от изследваните параметри (телесно тегло, мастна маса, серологични параметри и резултати от експресия на липидни анаболни гени), макар и не винаги статистически значими. За разлика от това, статистическата значимост в повечето параметри е получена при мишките, третирани с W. koreensis OK1-6-ферментирали кимчи.

В по-нататъшно проучване имуномодулиращата активност на 173 щама от различни растителни източници е оценена в изолирани петна от миши Peyer (PP) (Matsuzaki et al. 2014). Сред всички тези LAB произвежда екзополизахарид (EPS) Lc. мезентероиди показа се, че щамът NTM048, изолиран от зеления грах, има най-висок капацитет за увеличаване на производството на IgA. Резултатите, получени с помощта на PP модел, бяха допълнително потвърдени при мишки BALB/cA, които показаха повишени нива на фекални и плазмени IgA при хранене в продължение на две седмици с висок брой (109 и 1010 cfu/g фураж) на производителя на EPS Lc. мезентероиди NTM048. Авторите заключават, че щамът може да бъде полезен за увеличаване на бариерната функция на червата.

Ефектът на други кимчи изолати, Lactobacillus pentosus вар. plantarum C29, беше тестван върху мишки в модел на дефицит на памет, предизвикан от скополамин (Jung et al. 2012). Екипът първо показа, че самото ферментирало кимчи показва подобрен ефект върху паметта. Сред повече от 30 изолати щам C29 показа мощна, почти пълна защита срещу индуцирана от скополамин загуба на памет в три различни теста (тест за пасивно избягване, за анализ на ефективността на дългосрочната памет, тест за Y-лабиринт, за анализ на краткосрочна производителност на паметта и тест за воден лабиринт на Morris за пространствена краткосрочна и дългосрочна памет). Механично авторите показват, че щамът увеличава хипокампалния мозъчен невротрофичен фактор и експресиите на свързващ елемент на протеин сАМР отговор, които са намалени от скополамин. Изненадващо, убитите от топлина клетки бяха толкова ефективни, колкото и живите клетки. Авторите заключават, че C29 може да предотврати дефицит на паметта и ферментиралите му храни могат да бъдат полезни за деменция.

Същият екип показа, че друг кимчи изолат, Lactobacillus brevis G-101, подобрява индуцирания от TNBS колит при мишки (Jang et al. 2013). Щамът е избран от колекция от 200 LAB щамове чрез скрининг на индукцията на продуциране на IL-10 в стимулирани с липополизахарид перитонеални макрофаги. Впоследствие, L. brevis G-101 е захранван (108 или 109 CFU на мишка на ден в продължение на три дни) на колитични мъжки ICR мишки и е показано, че обръща както причиненото от TNBS скъсяване на дебелото черво, повишената активност на миелопероксидазата, така и повишената IL-1β, IL-6 и експресия на TNF-a при тези мишки. На молекулярно ниво, L. brevis G-101 инхибира TNBS-индуцирано IRAK-1 фосфорилиране и NF-кВ активиране, както и експресията на COX-2 и iNOS. Нещо повече, той поляризира M1 макрофагите до M2-подобни макрофаги. Авторите предположиха, че всички тези фактори могат да допринесат за подобряване и съкращаване на колита.

Друго проучване разглежда пробиотичните ефекти на a Lactobacillus sakei щам на молекулярно ниво. В тази статия авторите изследват атопичния смекчаващ дерматит ефект от L. сакеи пробио 65, изолиран в предишно проучване от кимчи (Kim и др. 2013б). Те използват мишка NC/Nga, модел на мишка за атопичен дерматит (AD). Както показват резултатите, както жизнеспособни, така и инактивирани с топлина през устата L. сакеи probio 65 подобри състоянието на кожата и намали честотата на надраскване. Серумните нива на IgE и активирането на мастоцитите бяха инхибирани както от живите, така и от мъртвите клетки. Освен това, възпалението на кожата и кожните лезии, подобни на AD, бяха намалени. И двата препарата повлияват (инхибират или усилват) експресията на ключови цитокини при AD. Тези резултати предполагат това L. сакеи пробио 65 може да представлява потенциален нов терапевтичен агент при лечението на AD.

Ефектът на пробиотик Lactobacillus rhamnosus щам, Lcr35, е оценен за отслабване на астматичните характеристики в модел на мишка (Kim et al. 2013a). В това елегантно проучване защитните ефекти на щама са свързани с адоптивен трансфер на дендритни клетки (DCs), като се използва експерименталният модел на астма при мишки на овалбумин (OVA). И двете перорално приложение на Lcr35 самият щам, както и приемният трансфер на in vivo третирани с Lcr35 DCs, потискат всички аспекти на астматичния отговор в OVA-модела. Механизмът на действие на Lcr35 е показано, че е свързано с Tregs, които потискат Th2 отговора в дихателните органи. Показано е, че тези ефекти се медиират от DC, които, както се вижда в предходната статия, са стимулирани от L. сакеи проби 65 щам.

Инфекция от Стафилококус ауреус е едно от основните усложнения в ортопедичната хирургия, което може да доведе до трайно увреждане на загуба на тъкан или кост. В това проучване се съобщава за употребата in vivo на LAB метаболит, низин F, за зареждане на костния цимент на брушит за предотвратяване на растежа на този патоген (van Staden et al. 2012). Костният цимент, използван в хирургията, може да бъде зареден с антибиотици. Въпреки това, натовареният с антибиотици костен цимент може да увеличи шансовете за развитие и/или разпространение на антибиотична устойчивост. Използването на низин - бактериоцин, произведен от някои Lactococcus lactis щамове - се основава на способността му да бъде активен срещу резистентност към метицилин S. aureus (MRSA) и устойчиви на ванкомицин ентерококи (VRE). Низин F-натоварен цимент беше имплантиран в подкожния джоб на гърба на мишките и след това мишките бяха предизвикани с S. aureus. Инфекциите се наблюдават в продължение на седем дни, като се използва in vivo образна система. Низин F напълно предотвратен S. aureus инфекция през този период и жизнеспособните клетки никога не са били възстановени от имплантите.

Последните две статии от този раздел докладват за използването на генетично модифицирани LAB щамове. Технически тези статии също могат да бъдат включени в заглавието „Биотехнологии“. И двете проучвания обаче имат за цел да осигурят засилени пробиотични свойства, като по този начин отговарят на изискванията, които трябва да бъдат включени в пробиотичния параграф.

Първото проучване описва разработването на безопасна, ефективна и удобна ваксина срещу инфекция на пилета от високопатогенния вирус на птичия грип (HPAI) (Wang et al. 2013). Lactobacillus delbrueckii ssp. лактис щам D17, изолиран от пилешкото черво, е проектиран да експресира хемаглутинин 1 (HA-1) протеина на птичия вирус H5N1. Резултатите показаха, че генетично модифицираният щам може значително да индуцира анти-HA1 специфичен IgA в трахеята и червата и анти-HA1 IgG антитела в серума. Най-важното е, че 60% от имунизираните пилета оцеляват след летално предизвикателство с вируса H5N1, докато в контролната група не са открити оцелели. Както се обсъжда в статията, оптимизирането на експресията и/или представянето на птичия епитоп HA1 в инженерния щам може допълнително да подобри ефикасността. В това проучване обаче не е разгледано оцеляването в открита среда на генетично инженерния щам.

Секунда инвитро проучване оценява потенциалните ползи от разграждането на оксалат от рекомбинант L. plantarum (Anbazhagan и др. 2013). Този щам може да се използва в бъдеще като терапия срещу ентерична хипероксалурия - прекомерната екскреция на оксалат с урината, което често води до развитие на бъбречни камъни. Повишената концентрация на оксалат в урината идва от поглъщането на твърде много оксалат от храни или от прекомерното усвояване на оксалатите в червата. Авторите създадоха рекомбинантен L. plantarum щам, експресиращ оксалатен декарбоксилазен ген от Bacillus subtilis. Доказано е, че рекомбинантният щам ефективно разгражда оксалат под инвитро условия. Стратегията е интересна, но остава да се види дали щамът ще бъде способен да разгражда оксалат при червата, за да предотврати отлагането на оксалат.

Като обобщение на този раздел, заслужава да се отбележи, че някои традиционни ферментирали храни са показали, че осигуряват полезни ефекти и съдържат функционално активна LAB, която може да насърчи човешкото здраве в различни аспекти. Изключително вероятно е други, досега непроучени, ферментирали храни от други региони на света да носят подобни или подобрени биоактивни щамове. Всъщност консумацията на такива традиционни продукти може да е предпазвала хората незабележимо от инфекциозни агенти или да е предоставяла други ползи за здравето. Интересно е да се отбележи, че в няколко от проучванията по-горе, както живите, така и мъртвите клетъчни препарати на LAB се оказаха ефективни. Въпреки че мъртвите бактерии не попадат в настоящата консенсусна дефиниция на пробиотиците (FAO/WHO, 2002), това би отворило възможността за търсене на молекулите, които предизвикват биофункционалността, което прави възможно развитието на тези съединения в лекарства фармацевтични приложения.

ii) биотехнологии

Методът на повърхността на реакцията е използван за оптимизиране на растежа на L. rhamnosus FTDC 8313 и производството от този щам на предполагаемите дермални биоактивни вещества хиалуронова киселина, диацетил, пептидогликан, липотейхоева киселина и органични киселини (Lew et al. 2013). Доказано е, че вариращите концентрации на двата двувалентни катиона Mn2 +, съществен растежен фактор за лактобацилите, и Mg2 +, увеличават жизнеспособния брой и производството на киселини в други Лактобацилус видове. Тази работа има за цел да изследва влиянието на тези катиони върху растежа и производството на метаболити. Въз основа на поредица от експерименти с променливи концентрации на двувалентни катиони, 3D моделът на повърхността за реакция прогнозира оптимална концентрация от 0,80 mg ml-1 MnSO4 и 1,09 mg ml-1 MgSO4. В експеримент за валидиране авторите демонстрират отклонение от само 0,3% от предсказаната стойност, което показва полезността на модела. Ефектите на двувалентни метални йони върху производството на предполагаемите дермални биоактивни вещества показват, че както манганът, така и магнезият играят важна роля, което може да се дължи на тяхното присъствие като кофактори в ключови ензими.

В опит да се увеличи киселинната устойчивост по време на стомашно-чревния транзит, бе използван протеомичен подход за изследване на потенциални маркери на киселинна резистентност при три L. plantarum щамове с различна киселинна чувствителност (устойчиви, чувствителни и междинни) (Hamon и др. 2014). Сред диференциално, конститутивно експресираните протеини на трите щама, 17 протеини са били докладвани по-рано, че участват в киселинна устойчивост. От тях, базирани на диференциална експресия след растеж в подкислена среда, пет се считат за маркери или за киселинна чувствителност (Pta и PurA), или за резистентност (GrpE, MetE и RpsB). Целта на това изследване е да се изследва дали експресията на тези протеини наистина може да бъде маркер за оцеляване в стомашния отдел. Ако това беше вярно, тогава можеше да се получат подобрени, устойчиви на киселини пробиотични щамове чрез скрининг на експресията на тези маркери гени. Експресионният анализ на маркерните гени в признати пробиотици може допълнително да покаже необходимостта от напр. Ентерично покритие на чувствителни на пробиотици щамове, което би подобрило тяхното оцеляване и ефикасност.

За да се подобри разбирането на генната експресия in vivo в стомашно-чревния тракт, на базата на рекомбиназа in vivo експресионна система (RIVET), разработена по-рано за L. plantarum беше настроен за Streptococcus thermophilus (Junjua и др. 2013). S. thermophilus се използва широко като стартер в млечната индустрия, особено в производството на кисело мляко (заедно с L. delbrueckii подс. bulgaricus). Докато здравните претенции бяха предоставени на живи култури от кисело мляко за подобряване на храносмилането на лактоза през 2010 г. от EFSA, статутът на S. thermophilus като пробиотик все още се оспорва. Следователно са необходими проучвания за справяне с физиологията на S. thermophilus в червата и способността му да упражнява пробиотични функции на място. Един от инструментите за постигане на това е RIVET. Тази технология позволява изолирането на промотори на гени, които се експресират изключително по време на транзит на червата, и следователно дава представа за протеините, които са важни за оцеляването и колонизирането на тази ниша. В тази работа само инвитро бяха предоставени примери и доказателство за функционалността на идентифицираните гени in vivo все още предстои да бъде представен.

Последната статия на този виртуален специален брой се занимава с експресията на нови гени за биосинтез на каротеноиди от жълтопигментиран Enterococcus gilvus в Lactococcus lactis. Генетично модифицираните L. lactis е доказано, че щамът подобрява толерантността срещу множество условия на стрес (Hagi et al. 2013). Проектираният Lc, произвеждащ каротеноиди. lactis щам беше изложен на няколко тежки стресови състояния, включително инкубация при 55-60 ° C, в 32 mM H2O2, при pH 1,5, в 20% жлъчни соли (oxgall) и в 20 mg ml-1 лизозим. Термотолерантност не се наблюдава, но конструираният щам показва 18,7-, 6,8-, 8,8- и 4,4 пъти по-висока степен на преживяемост, съответно при всички други условия, в сравнение с родителския щам. Като цяло се смята, че каротеноидите допринасят за толерантността към оксидативен стрес поради тяхната антиоксидантна способност, получена от техните конюгирани двойни връзки. Как се произвежда каротиноидът от Lc. лактис би намалила податливостта към напр. лизозимът все още е неясен, но явлението е интересно.

В заключение трябва да се отбележи, че няколко от избраните статии описват конструкцията на генетично модифицирани микроорганизми (ГММ) с допълнителни предимства пред щамовете от див тип. Въпреки че използването на тези щамове на ГММ в хранителни приложения понастоящем е подложено на много ограничителен регламент (EFSA, 2011) и вероятно ще се сблъска с някои други големи препятствия в близко бъдеще, използването на тези бъгове като наркотици със сигурност е опция. Такива лекарства са измислени като фармабиотици и има огромен интерес към изучаването на здравния потенциал на тези ГММ в превенцията и лечението на някои заболявания. Въпреки това, ограничаването на рекомбинантните гени и щамовете, съдържащи ГММ, е въпрос, който трябва да бъде внимателно обмислен. Способността на някои LAB да прехвърлят генетичен материал към сродни и несвързани видове е добре известна. Това пренасяне, което може да се случи по време на производството на храна или след консумация по време на преминаването през червата, със сигурност трябва да бъде предотвратено.