Стресс у бактерий это

В живых системах существуют два основных типа использования кислорода клеткой (два пути окисления): оксидазный и оксигеназный. В первом случае в результате последовательных реакций ферментативного дегидрирования углеводов и жиров и последующего транспорта электронов в митохондриях на конечном пункте этого транспорта – ферменте цитохромоксидазе – происходит 4-электронное восстановление кислорода с образованием воды. Таким образом, в клетке синтезируется АТФ, а также вода и углекислота. Оксидазный путь не предусматривает включения кислорода в молекулу окисляемого субстрата.

Наряду с этим в клетках протекают реакции прямого присоединения кислорода к органическим веществам (оксигеназный путь). В оксигеназных реакциях полного 4-электронного восстановления кислорода не происходит, а наблюдается в основном неполное одноэлектронное его восстановление. Появление неспаренного электрона в молекуле кислорода придает ей свойства свободного (активного) радикала.

Окислительному стрессу подвержены все организмы с аэробным дыханием, поскольку активные формы кислорода (АФК) образуются вследствие нормального метаболизма. Большинство АФК, такие как пероксид водорода, супероксидный и гидроксильный радикалы, являются побочными продуктами в электронно-транспортной цепи в процессе окислительного фосфолирирования. В метаболических путях у E. coli встречается два пути расщепления перекиси водорода – с образованием кислорода и воды; окисление L-аскорбата до L-дегидроаскорбата. Помимо участия в метаболических путях, перекись водорода участвует в реакциях окислениях и реакциях Фентона, происходящих в клетках E. coli.

Развитие окислительного стресса в бактериях вовлекает в работу два ключевых регулона, контролируемые транскрипционными активаторами soxR и oxyR. Белки, экспрессия которых индуцируется системой SoxRS, действуют совместно и устраняют возможный ущерб от оксидативного стресса, используя механизмы удаления оксидантов (супероксид дисмутаза), репарацию ДНК (эндонуклеаза IV), восстановление окисленных металлов в проcтетических группах (флаводоксин и ферредоксин редуктаза) и системы НАДФН (глюкозо-6-фосфат дегидрогеназа), снижение проницаемости (micF) и экскрецию токсинов (порины). Активация генов регулона SoxRS увеличивает устойчивость клетки не только к супер-оксид генерирующим агентам, но и к органическим растворителям, а также оксиду азота (NO), который может генерироваться антибиотиками [1].

Особую группу веществ, способных оказывать значительное влияние на рост и жизнедеятельность бактерий, составляют антибиотики. Они представляют собой весьма разнородную группу химических соединений, впервые полученных у низших грибов, и в дальнейшем созданных синтетических аналогов. В большинстве случаев, антибиотики действуют на структурные компоненты бактериальных клеток, не затрагивая эукариотические клетки макроорганизма, в связи с чем данные препараты получили широкое распространение в медицине и ветеринарии.

Механизм действия антибиотиков различен для отдельных групп данных лекарственных средств, при этом одни обладают бактерицидным действием, что сопровождается нарушением структурной целостности клетки или значительным изменением обмена веществ у микроорганизмов, что приводит к их гибели. С другой стороны, существуют препараты, блокирующие процесс размножения бактерий, в результате чего их количество постепенно снижается из-за невозможности генераций. Это бактериостатический механизм действия антибиотиков. Точки приложения антибактериальных средств также различаются для каждой группы представителей, что дает возможность выбрать подходящий антибиотик для конкретного пациента. Основными точками воздействия антибиотиков на бактериальную клетку являются: нарушение синтеза клеточной стенки, нарушение синтеза различных белков, действие на синтез нуклеиновых кислот, входящих в состав ДНК микроорганизмов, действие на мембрану клетки [2].

Тем не менее, некоторыми исследователями было обнаружено, что некоторые антибиотики способны вызывать окислительный стресс у бактериальных клеток, что, наряду с прямым антимикробным действием препарата, усиливает бактерицидный эффект. Окислительный стресс происходит в клетках микроорганизмов под воздействием бактерицидных антибиотиков, при котором клетки производят молекулы химически реактивного кислорода, вызывающие повреждение ДНК и ферменты бактерий, а также мембрану, которая охватывает клетку.

Было установлено, что антибиотики действуют через АФК-зависимый (АФК – активные формы кислорода) механизм, в конечном итоге производящий гидроксильный радикал. Производство АФК является результатом всплеска клеточного дыхания, в результате экспозиции с антибиотиком сопровождающимся генерацией супероксид аниона. Это ведет к разрушению железо-серных кластеров и в присутствии ионов железа (II), с участием пероксида водорода ведёт к образованию гидроксильного радикала через реакцию Фентона, способного вызывать повреждения и гибель клетки. Было показано, что воздействие спектиномицина, хлорамфеникола, рифампицина вело к гибели клеток, однако при избыточной экспрессии каталазы или супероксиддисмутазы, а также в случае добавления экзогенных ферментов, снижало бактерицидную активность данных антибиотиков. Так же было показано, что в окислительный стресс, при воздействии аминогликозидов, вовлекаются оба регулона (soxRS и oxyR) и штаммы, имеющие мутации по каталазе и супероксиддисмутазе оказываются менее жизнеспособными по сравнению с дикими типами [3].

Таким образом, исследование механизмов действия антибиотиков через индукцию окислительного стресса в клетках открывает их новые, ранее не известные свойства, которые могут оказывать воздействие на клетки организма хозяина. Одним из подходов, по решению данного вопроса является использование как клеточных систем, способных детектировать развитие окислительного стресса, так и параллельная оценка с использованием безклеточных комплексов, основанных на окислении хромогенов и люминофоров.

Источник

Propionibacterium freudenreichii: Общие характеристики и пробиотические свойства

Молочные пропионовокислые бактерии как ферментирующие и пробиотические микроорганизмы

Propionibacterium freudenreichii : Общие характеристики и пробиотические свойства

Propionibacterium freudenreichii — это грамположительный вид молочных пробиотических бактерий, который долгое время использовался в качестве стартера для созревания при производстве сыра швейцарского типа . Он использовался для оптимизации производства сыра, в том числе для созревания и производства ароматических соединений, а также для производства витамина B12 и органических кислот. Кроме того, он появился в среде пробиотиков благодаря нескольким полезным свойствам, включая устойчивость к стрессу в желудочно-кишечном тракте, адгезию к клеткам-хозяевам, антипатогенную активность, противораковый потенциал и иммуномодулирующие свойства. Эти полезные свойства были подтверждены исследованиями in vitro и in vivo с использованием нескольких омических подходов, которые позволили идентифицировать важные молекулярные акторы, такие как поверхностные белки, короткоцепочечные жирные кислоты и бифидогенные факторы . Было показано, что разнообразие внутри вида является важным аспектом, который необходимо учитывать, поскольку многие из этих свойств зависят от штамма. Новые исследования должны глубже изучить молекулярные механизмы, связанные с полезными свойствами этого вида и его продуктов, учитывая при этом сложности разнообразия штаммов и взаимодействия с хозяином и его микробиотой. В этой статье рассматриваются современные знания о возможном воздействии P. freudenreichii на здоровье человека.

1. Введение

Термин « пробиотики » включает в себя живые микроорганизмы, включая бактерии и дрожжи, обладающие полезными для здоровья свойствами и подходящие для безопасного употребления, что подтверждается их диетическим использованием на протяжении тысячелетий истории человечества [1–3]. Молочнокислые бактерии и бифидобактерии представляют собой традиционные виды пробиотических бактерий, широко документированные и коммерциализированные [3, 4]. Однако в среде пробиотиков появились различные виды, такие как молочные виды Propionibacterium freudenreichii [4, 5], которые филогенетически связаны с бифидобактериями (Рисунок 1) [4].

Рис. 1. Филогенетическое дерево, показывающее геномное сходство между видами, способствующими укреплению здоровья, P. Freudenreichii и другими пробиотическими или близкородственными видами.

Бывший род Propionibacterium включал группу микроорганизмов, имеющих важное значение для промышленности и здравоохранения благодаря производству ценных метаболитов, пищевых, косметических и фармакологических продуктов [6]. Ранее в этот род входили классические виды молочных пропионибактерий и патогенные пропионибактерии, ассоциированные с кожей [7]. Однако переоценка таксономии на основе генома предложила реклассификацию кожных бактерий в род Cutibacterium вместе с включением двух других новых родов ранее классических пропионибактерий, Acidipropionibacterium и Pseudopropionibacterium [7]. P. freudenreichii, один из наиболее заметных видов молочных пропионибактерий, сохранил свою прежнюю таксономическую классификацию [4, 7].

P. freudenreichii — это грамположительная, мезофильная, аэротолерантная, неподвижная, неспорообразующая бактерия с высоким содержанием GC , которая демонстрирует низкие потребности в питании и выживает в суровых условиях [5, 8, 9]. Что касается морфологии, это плеоморфный палочкообразный микроорганизм со склонностью к агрегации, образующей кластеры, напоминающие китайские иероглифы [5] (Рисунок 2). Эта бактерия, выделенная из образцов сыра Эмменталь , была впервые описана Орла Йенсеном и фон Фройденрайхом в 1906 году [10]. Недавно штаммы P. freudenreichii были идентифицированы в образцах фекалий дискретной когорты недоношенных детей, вскармливаемых грудью, что позволяет предположить, что они могут быть компонентом здоровой кишечной микробиоты человека [11].

P. freudenreichii может использовать несколько источников углерода (например, глицерин, эритриол, L-арабинозу, адонит, галактозу, D-глюкозу, D-фруктозу, D-манозу, инозитол, арбутин, эскулин, лактозу, лактат и глюконат) в процесс ферментации для получения пропионата вместе с ацетатом, сукцинатом и диоксидом углерода (CO₂) [9, 12, 13]. В отличие от других видов, P. freudenreichii способен восстанавливать пируват до пропионата через цикл транскарбоксилазы (также называемый циклом Вуда-Веркмана), который представляет собой циклический процесс, связанный с окислительным фосфорилированием, что позволяет получить более высокий выход АТФ, чем в других пропионат-продуцирующих бактериях [9]. В свою очередь, пируват представляет собой молекулу метаболического узла, которая может использоваться либо для синтеза ацетата, генерирующего NADH , либо для синтеза пропионата с потреблением NADH [14]. Штамм-зависимым образом бактерия модулирует пропорции пирувата, которые восстанавливаются до пропионата или окисляются до ацетата и CO₂, таким образом поддерживая окислительно-восстановительное равновесие [9]. Таким образом, этот вид включает в себя биохимически разносторонние штаммы, которые находят различное применение в нескольких контекстах [5].

Рисунок 2. Изображение, полученное при оптической микроскопии, демонстрирующее морфологический аспект культуры P. freudenreichii CIRM-BIA129 с типичными агрегатами, напоминающими китайские иероглифы.

2. Технологическое значение пропионибактерий

P. freudenreichii широко используется для производства сыров швейцарского типа, таких как Эмменталь [5, 15] (рис. 3). В таких молочных матрицах газ CO₂, который образуется во время ферментации, образует пузырьки, которые медленно диффундируют, создавая характерные отверстия или «глазки» в структуре сыра [9, 12]. Сырный ароматизатор относится к пропионату и ацетату, а также к продуктам катаболизма аминокислот и гидролиза жиров пропионибактериями [16, 17]. Важно отметить, что эти молочные продукты, содержащие P. freudenreichii, проявляют противовоспалительные свойства in vivo [18–20], повышая узнаваемость этой бактерии и ее продуктов как полезных для здоровья. Таким образом, молочные пропионибактерии считаются бактериями 2-в-1, обладающими как ферментативными, так и пробиотическими свойствами, что делает их идеальными для разработки ферментированных пищевых продуктов, способствующих укреплению здоровья [5, 18].

Известно также, что эта бактерия участвует в пути синтеза витамина B12 (кобаламина) [8, 9]. Витамин B12 — водорастворимый витамин, который играет ключевую роль в функционировании мозга, нервной системы и в производстве крови [21]. Он также является кофактором метилмалонил-КоА мутазы , которая катализирует важный этап ферментативного пути производства пропионата [22]. Таким образом, условия роста P. freudenreichii были оптимизированы для производства витамина B12 с использованием таких субстратов, как зерновые матрицы [23, 24], отработанное подсолнечное масло [25], сточные воды тофу [26] и остатки агропромышленной продукции сои [27]. Более того, P. freudenreichii был генетически модифицирован для увеличения выработки витамина B12 и пропионата [6, 28].

Рис. 3. Сыр Эмменталь, полученный с использованием P. freudenreichii CIRM-BIA129 в сочетании со Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii.

Производство витамина B12, органических кислот, трегалозы и других метаболитов вместе с безопасным использованием в качестве закваски для созревания сыра и пробиотическими характеристиками делают эту бактерию привлекательной для ряда биотехнологических и промышленных применений [5, 6, 29, 30]. Для улучшения этих свойств был проведен широкий спектр генетических и экологических оптимизаций [6, 29]. Более того, некоторая оптимизация условий выращивания и обработки позволила повысить устойчивость к хранению и нескольким промышленным процессам, таким как сублимационная сушка и распылительная сушка [30–33].

3. Изменчивость штаммов пропионибактерий

Было показано, что интересные свойства этой бактерии, такие как полезные для здоровья свойства и участие в промышленном производстве витамина B12 и сыра, зависят от штамма, что указывает на необходимость анализа, учитывающего эту изменчивость [9]. Например, некоторые штаммы показали различия в деградации азота и сахара, которые имели генетическое происхождение, вероятно, в результате горизонтальных переносов, дупликаций, транспозиций и других мутаций [13]. Это разнообразие штаммов было подтверждено на геномном уровне другим исследованием и приписано мобильным элементам таким образом, что пластичность генома позволяла бактериям адаптироваться к нескольким средам [34].

Ввиду этой вариабельности, связанной со штаммом, были предприняты усилия по определению критериев для выбора штаммов пробиотиков. Эти критерии включают толерантность к стрессам, возникающим в желудочно-кишечном тракте, адгезию к клеткам-хозяевам, антипатогенную активность, противоопухолевый потенциал, иммуномодулирующие свойства, промышленные требования и молекулярную характеристику с использованием методологий omics [3]. Все больше данных показывает, что P. freudenreichii удовлетворяет этим критериям [5].

4. Стрессоустойчивость пропионибактерий

Что касается стрессоустойчивости и адаптации к желудочно-кишечному тракту (ЖКТ), некоторые штаммы P. freudenreichii представили адаптации, включая морфологические и протеомные модификации 35. Например, эти модификации были проверены во время реакции толерантности к кислоте у штамма P. freudenreichii SI41, который был исследован с использованием кинетического исследования продукции белков стресса во время кислотной адаптации [35]. В результате носитель карбоксильного биотина и белки, участвующие в синтезе и репарации ДНК, были связаны с ранней реакцией на кислотный стресс, тогда как шаперонины GroEL и GroES были связаны с поздней реакцией на кислотный стресс [35]. Анализ с тем же штаммом показал, что соли желчи (смесь холата и дезоксихолата) вызывают резкие морфологические изменения и индуцируют белки, связанные с восприятием и трансдукцией сигналов, общим стрессом и альтернативным сигма-фактором [36]. Тот же штамм был использован в последующем всестороннем исследовании, которое включало условия тепла, кислоты и желчных солей для изучения толерантности P. freudenreichii. В результате каждая форма стресса индуцировала специфические белки, но шесть из них были общими для всех стрессов, включая шапероны и белки, участвующие в энергетическом метаболизме и восстановлении окислительного стресса [37]. Исследование in vitro, в котором участвовали 13 штаммов P. freudenreichii, показало, что большинство из них обладали высокой способностью к толерантности к имитируемым желудочным сокам с различным рН и условиями тонкой кишки [38].

Более того, эта устойчивость также была подтверждена in vivo. мРНК метилмалонил-транскарбоксилазы P. freudenreichii была обнаружена в образцах кала человека с помощью полимеразной цепной реакции с обратной транскриптазой в реальном времени ( RT-PCR ) [39]. Метилмалонил-транскарбоксилаза является ключевым ферментом транскарбоксилазного цикла, экспрессируется только при активной пропионовой ферментации, поэтому ее обнаружение в образцах кала показало, что бактерия выжила и оставалась метаболически активной, транскрибируя гены в пищеварительном тракте человека [39]. Многоштаммовое исследование с использованием крыс, ассоциированных с микробиотой человека, отслеживало состав кишечной микробиоты и продукцию короткоцепочечных жирных кислот, подтверждая, что устойчивость P. freudenreichii к стрессу в ЖКТ также зависит от штамма [40]. Было показано, что P. freudenreichii CIRM-BIA1 метаболически и физиологически адаптируется к среде толстой кишки свиней с изменениями углеводного обмена, понижающей регуляцией генов стресса и повышающей регуляцией генов деления клеток [41]. Кроме того, использование пищевых носителей для доставки P. freudenreichii, таких как сыр и ферментированное молоко, улучшило его устойчивость к стрессовой среде ЖКТ [15, 18, 19, 42, 43].

Также были изучены другие аспекты устойчивости P. freudenreichii к стрессовым условиям, такие как длительная нехватка питательных веществ [44, 45]. Скрининг был проведен с восемью штаммами P. freudenreichii, которые инкубировали в течение нескольких дней после начала стационарной фазы без дополнительных добавок питательных веществ. Они показали высокую выживаемость и отсутствие лизиса, что указывает на то, что эти штаммы адаптируются к длительной нехватке питательных веществ, используя жизнеспособное, но не культивируемое состояние [45]. Штамм P. freudenreichii CIRM-BIA138 был дополнительно изучен в этих условиях инкубации, и было показано, что высокая популяция сохраняется даже после истощения лактата, предпочтительного источника углерода. Анализ RNA-seq показал, что некоторые метаболические пути и пути обработки информации подавлены [44].

Еще одна важная особенность P. freudenreichii во время стрессовой реакции — накопление трегалозы. Исследование, изучающее эту бактерию во время адаптации к осмотическому, окислительному и кислотному стрессу, показало, что путь трегалоза-6-фосфатсинтаза / фосфатаза (OtsA – OtsB), связанный с синтезом трегалозы , был усилен в этих условиях [46]. Другое исследование было сосредоточено на стрессовой реакции на низкую температуру (4 °C), которая имитировала условия созревания сыра. В результате семь штаммов P. freudenreichii показали замедленный клеточный механизм, реакцию на холодовой стресс и накопление трегалозы и гликогена [47]. P. freudenreichii также накапливал глицин бетаин, гликоген, трегалозу и полифосфаты при культивировании в гиперконцентрированной среде [48]. Накопление трегалозы вместе с глицинбетаином было дополнительно подтверждено в технологическом контексте, когда жизнеспособность бактерий повышалась во время распылительной сушки и хранения за счет оптимизации состава питательной среды и термической адаптации [31]. Было также показано, что соотношение концентраций этих внутриклеточных осмопротекторов, трегалозы и глицинбетаина, влияет на устойчивость к стрессу во время технологических процессов сублимационной сушки и сушки распылением [32].

5. Адгезионные свойства пропионибактерий

Адгезия к клеткам-хозяевам — еще одна важная особенность пробиотиков, которая способствует их положительному действию на местном уровне. Ранние исследования показали способность некоторых пробиотических бактерий, включая P. freudenreichii, прикрепляться к гликопротеинам и слизи из кишечного тракта человека [49, 50]. В случае P. freudenreichii адгезия некоторых штаммов к клеткам подвздошной кишки свиньи (IPEC-J2) составляла от 25 до 35%, и эта доля была выше при добавлении CaCl2 [51]. В случае человека-хозяина несколько штаммов бактерий были протестированы на адгезию к клеткам толстой кишки HT-29 in vitro; наиболее адгезивным штаммом был P. freudenreichii CIRM-BIA129, и ключевая роль белка поверхностного слоя B ( slpB ) в адгезии была продемонстрирована с помощью инактивации генов [52, 53]. Другое исследование показало, что адгезия бактерий к иммобилизованной слизи может быть синергически улучшена при введении комбинаций штаммов, таких как P. freudenreichii ssp. shermanii JS в сочетании со штаммами Bifidobacterium breve или Lactobacillus rhamnosus [54].

6. Антипатогенная активность пропионибактерий

Есть также несколько свидетельств антипатогенной активности у этого вида. P. freudenreichii JS снижал на 39% адгезию S. aureus к кишечной слизи человека и на 27% его жизнеспособность, вероятно, за счет продукции органических кислот [55]. P. freudenreichii PTCC 1674 секретирует липопептидный биосурфактант с антимикробной активностью, главным образом, против Rhodococcus erythropolis, и антиадгезивной активностью, главным образом, против Pseudomonas aeruginosa [56]. Более того, P. freudenreichii DSM 20270 значительно ингибировал рост E. coli O157: H7 in vitro [51].

P. freudenreichii также проявлял антипатогенные свойства у животных. P. freudenreichii B-3523 и B-4327 влияли на размножение, подвижность и адгезию штаммов Salmonella к эпителиальным клеткам птиц in vitro [57]. Последующее исследование показало, что бесклеточные культуральные супернатанты тех же пробиотических штаммов обладают бактерицидным действием против Salmonella enterica serovar Heidelberg с множественной лекарственной устойчивостью [58]. Анализы in vivo также показали, что штаммы пробиотиков снижают колонизацию и распространение патогенов в слепой кишке в печени у индюшат [58]. Кроме того, было показано, что потребление P. freudenreichii ограничивает и задерживает колонизацию кишечного тракта мышей патогеном Citrobacter rodentium [59].

В соответствии с синергизмом, наблюдаемым с точки зрения адгезии, были предложены комбинации пробиотиков для улучшения антипатогенной активности, такие как комбинация P. freudenreichii JS, L. rhamnosus GG и LC705 и B. breve 99, которые способствовали ингибированию, вытеснение и конкуренция с несколькими патогенными видами, такими как S. enterica, Listeria monocytogenes и Clostridium difficile [60]. В другом исследовании P. freudenreichii JS уменьшал адгезию Helicobacter pylori к клеткам кишечника Caco-2 при индивидуальном использовании, но также подавлял утечку через мембрану, улучшал функцию эпителиального барьера и модулировал воспалительные цитокины при использовании в сочетании со штаммами L. rhamnosus и B. breve. [61].

7. Противоопухолевый потенциал пропионибактерий

Обнадеживающие результаты в контексте кишечного канцерогенеза также были получены у этого вида. Пионерское исследование показало, что P. freudenreichii ITGP18 и P. freudenreichii SI41 могут вызывать апоптоз культивируемых клеточных линий колоректальной карциномы человека in vitro, и этот эффект опосредован короткоцепочечными жирными кислотами ( SCFAs ), такими как пропионат и ацетат, действующими на митохондрии раковых клеток [62]. В дальнейшем было уточнено, что эффект SCFAs модулируется внеклеточными сдвигами pH; а при кислом pH режим гибели клеток изменялся с апоптоза на некроз в клетках HT-29 толстой кишки человека [63]. Эти эффекты были подтверждены in vivo: P. freudenreichii TL133 индуцирует апоптоз клеток толстой кишки у крыс, ассоциированных с микробиотой человека, получавших 1,2-диметилгидразин, но не у здоровых крыс [64].

Другой штамм, P. freudenreichii ITG P9, также использовался для разработки ферментированного молока с антионкогенным потенциалом, поскольку он индуцировал апоптоз в культивируемых клетках рака желудка человека HGT-1 in vitro [43]. Затем это ферментированное молоко было предложено в качестве адъюванта в терапии колоректального рака на основе лиганда, индуцирующего апоптоз, связанного с TNF ( TRAIL ), из-за возможного синергического эффекта между бактерией и TRAIL, что было подтверждено усилением цитотоксической активности в клетках HT-29 [65]. В другом исследовании изучались перекрестные помехи между бактерией и раковыми клетками: последние производят лактат в результате метаболического сдвига, называемого «аэробным» гликолизом или «эффектом Варбурга»; затем лактат может использоваться этой бактерией в качестве источника углерода, стимулируя выработку SCFAs [66].

8. Модуляция состава микробиоты

Что касается модуляции состава микробиоты, было показано, что потребление молочных пропионибактерий увеличивает кишечную популяцию бифидобактерий у людей [67, 68]. В соответствии с этим стимуляция бифидогенного роста наблюдалась в бесклеточном фильтрате и клеточном метанольном экстракте, полученном из культур P. freudenreichii 7025 [69]. Последующий анализ с тем же штаммом позволил очистить компонент бифидогенного стимулятора роста, идентифицировать его химическую структуру (2-амино-3-карбокси-1,4-нафтохинон, ACNQ ) и продемонстрировать его бифидогенную активность в концентрации 0,1 нг/мл [70]. Сообщалось, что другой штамм P. freudenreichii ET-3 продуцирует 1,4-дигидрокси-2-нафтоевую кислоту (DHNA) в концентрации 10 мкг/мл, что также стимулировало рост бифидобактерий [71]. Положительный эффект DHNA был позже подтвержден in vivo с использованием мышей с колитом, вызванным 2,0%-ным декстран-сульфатом натрия (DSS). DHNA ослабляет воспаление за счет модуляции бактериальной микробиоты кишечника и подавления инфильтрации лимфоцитов [72].

Бифидогенный стимулятор роста, полученный из P. freudenreichii, также вводился перорально пациентам-людям в пилотном исследовании, что является многообещающим для лечения язвенного колита [73]. Последующие исследования включали оптимизацию производства бифидогенных стимуляторов роста, включая увеличение производства за счет перехода на аэробные условия роста [74] и использование молочной кислоты в качестве источника углерода в биореакторной системе с фильтрующим устройством [75].

9. Иммуномодулирующие свойства пропионибактерий

Появляется все больше доказательств, как in vitro, так и in vivo, что P. freudenreichii оказывает иммуномодулирующее действие посредством нескольких механизмов в зависимости от штамма. Например, скрининг на индукцию IL-10 в мононуклеарных клетках периферической крови человека ( PBMCs ) был проведен на 10 штаммах P. freudenreichii, в результате чего был выбран два наиболее противовоспалительных штамма: P. freudenreichii ITG P20 (эквивалентный CIRM-BIA129) и SI48 [59]. В том же исследовании штамм P. freudenreichii SI48 был дополнительно протестирован in vivo на мышах с острым колитом, индуцированным тринитробензолсульфоновой кислотой (TNBS), что значительно снизило воспалительные и гистологические маркеры колита [59]. Другие исследования также показали, что иммуномодулирующие свойства у вида P. freudenreichii зависят от штамма [76]. Интегративная стратегия, включающая сравнительную геномику, поверхностную протеомику, транскриптомику, анализы индукции цитокинов и инактивации генов, позволила идентифицировать релевантные белки и специфичность штаммов в иммуномодуляции [77]. Примечательно, что поверхностные белки типа S-слоя , как было показано, играют решающую роль в иммуномодуляции, но иммуномодулирующие свойства варьируют между штаммами из-за сложных комбинаций молекулярных характеристик [77]. Штамм-специфический экспорт поверхностных белков, адгезинов и белков подрабатывания был подтвержден в другом подмножестве штаммов P. freudenreichii [78]. Кроме того, острый колит, вызванный декстрансульфатом натрия (DSS) у крыс, уменьшился с помощью P. freudenreichii KCTC 1063, который стимулировал в клетках кишечника экспрессию MUC2 , основного компонента слизи [79].

Таблица 1. Белки P. freudenreichii, связанные с его иммуномодулирующими свойствами.

Источник