Výběr a testování nových prebiotických substrátů pro bifidobakterie

Bc. Marie Makovská

Master's thesis

The selection and testing of new prebiotic substrates for bifidobacteria

Abstract:

Bifidobakterie jsou běžným probiotickým rodem bakterií, který se vyskytujev gastointestinálním traktu lidí i zvířat. Genomové analýzy prokázaly, že existuje adaptace kmenů na prostředí, ve kterém žijí, a schopnost využít substráty vyskytující se ve stravě hostitele. V diplomové práci jsem navázala na svou práci bakalářskou (Degradace komplexních karbohydrátů bifidobakteriemi; 2016) a pokračovala s testováním dalších substrátů, potenciálně vhodných pro rod Bifidobacterium. Cílem diplomové práce bylo ověřit využití těchto substrátů vybranými kmeny bifidobakterií. Bylo použito celkem 117 kmenů (60 druhů) bifidobakterií, které pocházely z různých ekologických nik a na základě původu (diety hostitele) byly předpokládány různé substrátové preference. Čisté kultury byly naočkovány do média obohaceného vždy o jeden ze 13 různých substrátů (bramborový škrob, celulózu, lignin, xylan, jablečný a citrusový pektin, arabinogalaktan, gumu z rohovníku, guarovou gumu, tragantovou gumu, arabskou gumu, xanthanovou gumu a karayaovou gumu) v koncentraci 2 g.l-1. Jako pozitivní kontrola bylo použito médium s glukózou a jako negativní kontrola čisté médium bez zdroje uhlíku. Média obsahovala bromkresolovou červeň jako pH indikátor. Pozitivní vzorek kultury, který dokázal daný substrát využít, se projevil změnou barvy, jelikož zde došlo ke tvorbě metabolitů a snížení pH. Vyhodnocením testů bylo zjištěno, že schopnost využít přírodní gumy a další testované substráty je druhově a kmenově specifická, a je častější u izolátů pocházejících z trávicího traktu hostitele s dietou bohatou na rostlinný materiál. Velmi dobrou schopnost využít gumu z rohovníku, guarovou gumu a částečně arabskou gumu měly izoláty z trávicího traktu mláďat přežvýkavců (telat a jehňat) a dále některých primátů. Kmeny lidského původu vykazovaly nízkou schopnost metabolizovat dané substráty. Zajímavé výsledky byly zaznamenány u některých kmenů pocházejících ze stolice afrických kojenců, které prokázaly schopnost využít arabinogalaktan a/nebo arabskou gumu. Na základě této práce a vzhledem k anaerobním potřebám rodu Bifidobacterium by mohly být některé ze substrátů využity jako prebiotické obalové materiály do lidských nebo zvířecích synbiotik.

Abstract:

Bifidobacteria are a common probiotic genus of bacteria that occurs in the gastrointestinal tract of humans and animals. Genomic analyzes have shown that there is a strain adaptation to the environment in which they live and the ability to utilize substrates found in the host's diet. In my diploma thesis I followed up on my bachelor thesis (Degradation of Complex Carbohydrates by Bifidobacteria, 2016) and tested other substrates, potentially suitable for bifidobacteria. The aim of the diploma thesis was to verify the use of these substrates by selected bifidobacteria strains. A total of 117 strains (60 species) of bifidobacteria, which were derived from different ecological niches, were tested and different substrate preferences were assumed based on their origin (host diets). Pure cultures were inoculated into the medium enriched with one of 13 different substrates (potato starch, cellulose, lignin, xylan, apple and citrus pectin, arabinogalactan, locust bean gum, guar gum, tragacanth gum, gum arabic, xanthan gum and karaya gum) at a concentration of 2 g.l-1. As a positive control, glucose medium was used and as a negative control, carbon-free medium was used. The media contained bromocresol red as a pH indicator. A positive culture sample that has been able to use the substrate has manifested in a color change because of the formation of metabolites and a decrease in pH. The evaluation of the tests revealed that the ability to use natural gums and other substrates is species-specific and strain-specific, and it is more common in isolates from the host’s with a diet rich in plant material. A very good ability to use locust bean gum, guar gum and arabic gum had isolates from the digestive tract of ruminant youngsters (calves and lambs) and some primates. Strains of human origin showed a low ability to metabolize the substrates. Interestingly, some strains of African infants demonstrated the ability to use arabinogalactan and/or gum arabic. Based on this work and the anaerobic needs of the Bifidobacterium genus, some substrates could be used in synbiotic products for human or animal nutrition, serving as prebiotic packaging materials.

Keywords

prebiotika, in vitro testování, hostitel, komplexní sacharid, bifidobakterie

Keywords

bifidobacteria, host, complex carbohydrate, prebiotics, in vitro testing

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 4. 2018

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Věra Bunešová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Nutrition and Foodstuffs / Nutrition and Foodstuffs