Laktobacily a jejich interakce s klostridiemi a dalšími sporotvornými bakteriemi kolonizujícími trávicí trakt kojenců

Bc. Denisa Körberová

Master's thesis

Lactobacilli and their interactions with clostridia and other sporeforming bacteria colonizing the digestive tract of infants

Anotácia:

Vybrané kmeny laktobacilů mají schopnost produkovat v rámci svého metabolismu antimikrobiální látky, jako je například reuterin a jsou součástí probiotických doplňků. Mimoto i jejich primární metabolity, jako je laktát a acetát, mohou působit antimikrobiálně. Kdežto sporulující bakterie třídy Clostridia zahrnují velmi variabilní rody a druhy, od zdraví prospěšných butyrát produkujících bakterií s probiotickým potenciálem až po vysoce patogenní bakterie. Ve střevní mikrobiotě kojenců je přítomnost a aktivita potenciálně patogenních sporulujících bakterií ovlivněna jak přítomností přirozeně se vyskytujících prospěšných komenzálních bakterií, tak například probiotickou intervencí, kde se často jedná o kmeny laktobacilů. Je zde však předpoklad, že antimikrobiální aktivita vůči patogenním či komensálním klostridiím bude u laktobacilů druhově či kmenově specifická. V této diplomové práci byla in vitro zkoumána antimikrobiální aktivita 36 probiotických kmenů laktobacilů, jednalo se jak o lidské izoláty s potenciálem probiotika, tak o kmeny se statusem probiotika izolované z doplňků stravy a dalších produktů, proti 16 kmenům klostridií převážně izolovaných z trávicího traktu kojenců. Screening antimikrobiální aktivity byl proveden pomocí tří metod. Jednalo se o spotovou metodu (Agar Spot Test), která vykazovala velký počet pozitivních výsledků. Což ukazuje, že čerstvě narostlá kultura laktobacilů dokáže potlačit růst klostridií a nejedná se pravděpodobně pouze o působení metabolitů. Tento antimikrobiální účinek zřejmě spočívá v kombinaci působení antimikrobiálních metabolitů jako jsou organické kyseliny, ale i v působení dalších obranných mechanismů jako je tvorba exopolysacharidů a bakteriocinů. Dále bylo v testu inhibice produkce plynu zjištěno, že nejvíce laktobacilů dokáže inhibovat produkci plynu u kmenů C. terrtium. Nicméně tato metoda potřebuje více opakování pro validní výsledky. Difúzní metoda potvrdila druhovou a kmenovou specifičnost antimikrobiální aktivity metabolitů laktobacilů. Největší antimikrobiální potenciál měly kmeny Limosilactobacillus reuteri, na jejichž antimikrobiální aktivitě se pravděpodobně podílí reuterin či další meziprodukty jeho metabolismu jako je 3-hydroxypropionová kyselina (3-HP). To potvrzují i výsledky testování difúzní metodou, kdy 3-HP působila antimikrobiálně v koncentraci 300 mM proti 15 z 16 testovým klostridiím, zhruba vůči polovině testovaných kmenů v koncentraci 150 mM. Taktéž testování kyseliny octové, mléčné a propionové přineslo pozitivní antimikrobiální účinky proti testovaným klostridiím. Celkově při difúzní metodě nejlepší výsledy vykazovaly laktobacily vůči C. difficile. C. difficile patří mezi nejčastější patogeny způsobující střevní infekce kojenců, proto se laktobacily jeví jako velmi vhodná probiotika pro kojence.

Abstract:

Selected strains of lactobacilli have the ability to produce antimicrobials such as reuterin as part of their metabolism and are included in probiotic supplements. In addition, their primary metabolites, such as lactate and acetate, may also be antimicrobial. Whereas the sporulating bacteria of the Clostridia class include highly variable genera and species, ranging from health-promoting butyrate-producing bacteria with probiotic potential to highly pathogenic bacteria. In the gut microbiota of infants, the presence and activity of potentially pathogenic sporulating bacteria is influenced by the presence of naturally occurring beneficial commensal bacteria as well as by probiotic intervention, for example, where lactobacilli strains are often involved. However, there is an expectation that antimicrobial activity against pathogenic or commensal clostridia will be species- or strain-specific in lactobacilli. In this thesis, the antimicrobial activity of 36 probiotic strains of lactobacilli, both human isolates with probiotic potential and strains with probiotic status isolated from dietary supplements and other products, was investigated in vitro against 16 strains of clostridia mostly isolated from the digestive tract of infants. Screening for antimicrobial activity was performed using three methods. This was the spot method (Agar Spot Test), which showed a large number of positive results. What is indicating that a freshly grown culture of lactobacilli can inhibit clostridial growth and that it is probably not just the action of metabolites. This antimicrobial effect seems to be a combination of the action of antimicrobial metabolites such as organic acids, but also of other defence mechanisms such as the production of exopolysaccharides and bacteriocins. Furthermore, in the gas production inhibition test, it was found that C. terrtium strains were the most able to inhibit gas production by lactobacilli. However, this method needs more repetitions for valid results. The diffusion method confirmed the species and strain specificity of the antimicrobial activity of lactobacilli metabolites. Limosilactobacillus reuteri strains had the greatest antimicrobial aktivity, there is probably involved reuterin or other intermediates of its metabolism, such as 3-hydroxypropionic acid (3-HP). This is confirmed by the results of the diffusion method, where 3-HP was antimicrobial at a concentration of 300 mM against 15 of the 16 test clostridia, and against about half of the strains tested at a concentration of 150 mM. Also, used acetic, lactic and propionic acids produced positive antimicrobial effects against the tested clostridia. Overall, lactobacilli showed the best performance against C. difficile in the diffusion method. C. difficile is one of the most common pathogens causing intestinal infections in infants, therefore lactobacilli appear to be very suitable probiotics for infants.

Kľúčové slová

antimikrobiální aktivita, probiotikum, laktobacily, klostridie, patogen, kojenec

Keywords

antimicrobial activity, probiotic, lactobacilli, clostridia, pathogen, infant

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 4. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 17. 5. 2023
• Vedúci: doc. Ing. Věra Neužil Bunešová, Ph.D.
• Oponent: Barbora Drnková, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition