Главная \ 1.3. Пробиотики \ Пробиотики \ Пробиотики и Иммунитет \ Иммуномодулирующая активность пропионовокислых бактерий

Иммуномодулирующие свойства ПКБ

ИММУНОТРОПНЫЕ СВОЙСТВА ПРОПИОНОВОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ

Цитокины - небольшие пептидные информационные молекулы. Цитокин выделяется на поверхность клетки А и взаимодействует с рецептором находящейся рядом клетки В. Таким образом, от клетки А к клетке В передается сигнал, который запускает в клетке В дальнейшие реакции.

Иммуномодулирующие свойства классических пропионовокислых бактерий P. freudenreichii

Стимулирующее влияние той или бактерии на иммунную систему животного организма – важное свойство микроорганизма в плане его пробиотического потенциала. Иммунотропные эффекты бактерий являются штаммоспецифичными.

В последние годы была обнаружена большая группа соединений полипептидной природы – медиаторов иммунокомпетентных клеток, которые названы цитокинами. Основная биологическая функция цитокинов – регуляция иммунного ответа на всех этапах его развития: полиферация и дифференцировка предшественников иммунокомпетентных клеток, модификация антигенов в иммуногенную форму на поверхности фагоцитов-мононуклеаров, активация В-клеток с превращением их в продуценты иммуноглобулинов, обеспечение созревание цитотоксических Т-клеток до зрелых эффектов, индукция цитотоксичности у макрофагов. Некоторые из цитокинов участвуют в воспалительных процессах и элиминации опухолевых клеток. Другими словами, гуморальная составляющая межклеточных взаимодействий в иммунной системе опосредуется продуктами взаимодействующих клеток – цитокинами. Значение цитокинов даже входит за рамки иммунологии, поскольку они играют важную роль в кроветворении, в развитии патологии и т.д., а также служат связующим звеном между иммунной и другими системами организма.

Цитокины - небольшие пептидные информационные молекулы. Цитокин выделяется на поверхность клетки А и взаимодействует с рецептором находящейся рядом клетки В. Таким образом, от клетки А к клетке В передается сигнал, который запускает в клетке В дальнейшие реакции.
Их основными продуцентами являются лимфоциты. Кроме лимфоцитов их секретируют макрофаги, гранулоциты, ретикулярные фибробласты, эндотелиальные клетки и другие типы клеток.
Они регулируют межклеточные и межсистемные взаимодействия, определяют выживаемость клеток, стимуляцию или подавление их роста, дифференциацию, функциональную активность и апоптоз, а также обеспечивают согласованность действия иммунной, эндокринной и нервной систем в нормальных условиях и в ответ на патологические воздействия.

Цитокины подразделяют на несколько групп:

  • Интерлейкины (ИЛ 1-16) – гликозилированные белки, факторы взаимодействия между лейкоцитами; продукты макрофагов, активированных Т-хелперов, эпителиальных клеток тимуса и др. ИЛ усиливают полиферацию и дифференциацию лимфоцитов. ИЛ 4 является плеотропным регулятором функций многих клеток иммунной системы, например, участвует в развитии предшественников костномозговых клеток.
  • Факторы некроза опухолей (ФНО) – цитокины с цитотоксической активностью. Лимфоциты или макрофаги секретируют ФНО только после индукции, например, бактериями или компонентами их клеточных стенок. Литический эффект ФНО (деградация ДНК опухолевой клетки, инактивация митохондрий) усиливается в присутствии интерферона.
  • Интерфероны (ИНФ) – цитокины с противовирусной активностью; они участвуют не только в инактивации вирусов, но в регуляции иммунного ответа на многих уровнях;
  • Гемопоэтины (М-КСФ, Г-КСФ) – колониестимулирующие факторы (гемопоэтические цитокины, гемопоэтины). Границы между группами достаточно условны.

Начиная с 2000 г. в литературе появляются сведения о том, что клетки некоторых бактерий-пробиотиков способны индуцировать образование цитокинов иммунокомпетентными клетками in vivo и in vitro, т.е. воздействовать на иммунную систему человека. Иммунотропное действие рассматривают как одно из пробиотических свойств бактерий. Следует отметить, что не все клетки-пробиотики обладают способностью влиять на образование цитокинов иммунокомпетентными клетками. Это зависит от штамма и не относится, например, к L. plantarum и некоторым другим МКБ, а также к комбинации штаммов L. acidophilus,  S. thermophilus и L. bulgaaricus. Вместе с тем, многие штаммы Lactobacillus, Bifidobacterium и даже классической ПКБ (P. freudenreichii ssp. shermanii), как показано, такой способностью обладают. В частности, установлено, что некоторые лактобациллы, бифидобактерии и пропионовокислые бактерии P. freudenreichii проявляют антивоспалительную активность (anti-inflamatory) активность, которая обусловлена штаммом. Для анализа использовали сыворотку крови, содержащую иммунокомпетентные клетки (лейкоциты, моноциты и лимфоциты) и отдельные их фракции. Анализ включал ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay). Иммунными факторами-медиаторами в анализах проявили себя цитокины ИЛ 2 и ИЛ 10, для которых установлена противовоспалительная иммунная функция.

Отметим, что классические ПКБ (в отличие от «кожных» ПКБ) ранее не рассматривались в качестве иммунотропных агентов. Наша раьота выполнена ex vivo в 2007 году, и поэтому наблюдения, представленные ниже (табл.1), по времени совпадают (или параллельны) с представленными данными для P. freudenreichii JS, полученными in vivo на моноцитах крови в 2008 г. Работы, выполненные в 2008 г. с применением P. jensenii 702 in vivo, также подтверждают иммунотропное действие классических ПКБ, например, адьювантное для вакцин на основе M. tuberculosis и иммуностимулирующее (по уровню иммуноглобулинов) на модели мыши. Одним из подходов для оценки иммунотропных (иммуномодулирующих, иммунокоррегирующих) свойств препаратов (биодобавок) является обнаружение и измерение активности иммунной системы по образованию цитокинов in vivo (в организме животного и человека), in vitro (на уровне изолированных клеток) и ex vivo (в отобранной свежей ткани, например, крови). Количественным параметром служит соотношение концентрации цитокина в пробе с препаратом к концентрации цитокина в пробе препарата, т.е. отношение индуцированной продукции цитокинов к спонтанной продукции (так называемый индекс стимуляции, ИС).

Показатель стимуляции (ИС) образования некоторых цитокинов  

Таблица 1. Показатель стимуляции (ИС) образования некоторых цитокинов под действием клеток разных штаммов P. freudenreichii (2 мкг/мл сырой биомассы) в системе ex vivo.

Препарат
(штамм) ПКБ
Индекс стимуляции образования цитокинов
ИЛ 1-РА
ИЛ 8
ФНО-а
ИНФ-г
Pr 1
6,61
18,2
295,9
2,04
Pr 2
6,13
22,5
247,2
2,04
Pr 3
5,30
18,1
515,21
0,66
Pr 4
5,51
18,3
641,51
0,87
Pr 5
6,57
11,22
275,63
0,97
Pr 6
4,71
20,37
566,86
0,00
Pr 7
5,78
16,90
632,67
0,97
Иммунал (мкг/мл):
300
30
3,0
0,33
0,00
0,00
8,65
4,46
1,60
2,80
2,95
2,51
0,51
0,77
0,41

Штамм Pr 4 = P. freudenreichii RVS-4-irf

Таким образом, для исследуемых штаммов P. freudenreichii мы показали, что они индуцируют синтез разных цитокинов и в разной степени в цельной крови. Наибольший эффект нативных клеток ПКБ проявился в системе ex vivo в отношении образования цитокина ФНО.

В целом полученные данные по стимуляции синтеза цитокинов в крови человека свидетельствуют о том, что клетки классических (молочных) ПКБ обладают иммуномодулирующими (иммунотропными) свойствами, т.е. способны воздействовать на иммунную систему. Последнее важно для их пробиотических свойств, и в определенной мере объясняет положительное влияние P. freudenreichii на макроорганизм.

Полученные данные согласуются с данными, имеющимися в научной литературе. Так, в 2004 году показано ex vivo, что клетки P. freudenreichii вызывают апоптоз клеток колоректальной аденомы при их контакте. Механизм действия практически не изучен. Эффект может быть обусловлен сигнальными молекулами, в том числе, вероятно, ЛЖК. Во всяком случае, пропионовая кислота имеет неоднозначную функцию: антимикробный фактор, субстрат для питания эпителия ЖКТ, эффектор иммунной системы.

На заметку:

Иммунотропная активность ПКБ на примере штамма классической («молочной») пропионовокислой бактерии Propionibacterium freudenreichii RVS-4-irf

Одним из важных пробиотических проявлений бактерий признано их воздействие на иммунную систему. Известно, что кожные ПКБ, например P. acnes (а точнее, структуры, входящие в состав их клеточной стенки), способны проявлять иммунотропные свойства. Мы наблюдали, что штамм классической (молочной) пропионовокислой бактерии — P. freudenreichii RVS-4-irf — также обладает иммуномодулирующей активностью, а именно, индуцирует образование цитокинов — соединений белковой природы, которые являются медиаторами иммунокомпетентных клеток крови. Человеческая кровь содержит моноциты — продуценты цитокинов и является адекватной моделью для исследования иммуномодифицирующих свойств бактерий ex vivo.

Показано, что отмытые клетки штамма Pfr-4, выращенного на среде Б, стимулировали образование четырех цитокинов из 6 анализируемых (ИЛ-β, ИЛ1-РА, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α, ИФН-γ) в системе ex vivo в крови здоровых доноров (табл. 2).

Таблица 2. Индекс стимуляции (ИС) образования некоторых цитокинов в крови человека ex vivo под действием клеток RVS-4-irf и иммунотропного фармацевтического препарата

Препарат

Концентрация добавленного в кровь препарата, мкг/мл

ИС*

ИЛ 1-РА

ИЛ-8

ФНО-α

ИФН-γ

Сырая биомасса отмытых клеток P. freudenreichii RVS-4-irf
2,0
5,51
18,30
641,50
0,870
10,0
0,65
8,59
696,70
0,145
50,0
3,82
179,20
0,200
«Иммунал», фармацевтический препарат
3,0
0,00
1,60
2,51
0,410
30,0
0,00
4,46
2,95
0,770
300,0
0,33
8,65
2,80
0,510

*Показатель индекса стимуляции рассчитывается относительно уровня спонтанно образованных цитокинов в каждом отдельном эксперименте.

Обозначения: ИЛ — интерлейкины, факторы взаимодействия между лейкоцитами; ФНО-α — фактор некроза опухолей, обладающий цитотоксической активностью; ИФН-γ  — интерферон-гамма, цитокин с противовирусной активностью.


Immunal Степень активности цитокинов зависела от концентрации клеток бактерии в препарате: наименьшая из доз (2,0 мкг/мл нативных клеток) оказывала наибольшее стимулирующее действие. Стимуляция синтеза цитокинов препаратом Pfr-4 значительно (!) превышала таковую фармацевтического препарата «Иммунал», взятого в различных концентрациях.

Таким образом, воздействие штамма Pfr-4 на иммунную систему человека ex vivo можно рассматривать как его важное пробиотическое свойство. Заметим, что иммунотропная активность бактерий штаммоспецифична. Она не выявлена у некоторых молочнокислых бактерий, таких как L. acidophilus, L. bulgaricus, L. plantarum, Streptococcus thermophilus, однако штамм P. freudenreichii JS индуцировал образование цитокинов моноцитами крови [1].

Наличие иммунотропной активности у классической пропионовокислой бактерии была подтверждена в работе французских исследователей [2]. Авторы измерили уровень образования цитокинов клетками эпителия при действии 10 штаммов молочных пропионовокислых бактерий, среди которых были известные штаммы P. freudenreichii SI41 и SI48. Был зарегистрирован высокий уровень образования интерлейкина ИЛ-10 и крайне низкий ФНО-α и ИФН-γ.

Данные этих авторов отличаются от представленных нами в табл. 2; причинами могут быть как штаммовые особенности, так и различия в постановке эксперимента. В наших опытах эффект достигался под влиянием свободных от культуральной жидкости (пропионатов) клеток. Следовательно, можно допустить, что клеточные стенки бактерий или ее поверхностные полимеры воздействуют in vivo на иммунокомпетентные эпителиальные клетки кишечника, которые передают сигнал в кровь. Во время написания настоящей статьи были опубликованы данные, показывающие, что поверхностные белки пробиотического штамма P. freudenreichi (идентифицированы методами протеомики) обеспечивают иммуномодулирующий эффект, который проявляется в противовоспалительном действии [3].

************************

Как уже было сказано, для различных штаммов P. freudenreichii ранее были показаны выраженная антиоксидантная активность, эффективное образование пропионатов, высокий уровень продукции витамина В12 и антибактериальная активность широкого спектра. На основании представленных результатов данный штамм можно отнести сразу к трем категориям пробиотиков: метаболизирующим, антимикробным и иммунотропным.  Метаболизирующая активность (в частности, образование продуктов пропионовокислого брожения) следует, на наш взгляд, рассматривать как доминирующую, ибо две другие являются производными от нее, причем специфическая адгезия клеток данного штамма на эпителиальных клетках, судя по данным литературы, не выражена, хотя контакты клеточных оболочек и поверхностных белков с эпителием могут быть причиной наблюдаемого иммунотропного проявления штамма. Наиболее вероятно, что штамм P. freudenreichii RVS-4-irf обладает свойствами транзиторного, но по аналогии с другими штаммами данной бактерии он предположительно осуществляет пропионовокислое брожение и выделяет полезные экзометаболиты-нутрицевтики в ЖКТ.

В связи  с вышесказанным данный штамм классической пропионовокислой бактерии может быть рекомендован для использования в качестве компонента клинического питания.

Источники:

  1. Рыжкова Е.П. Классические пропионовокислые бактерии как пробиотики / Учебное пособие – М.: изд. Биологический факультет МГУ, 2018 – 44с.
  2. Рыжкова Е.П. Использование биопрепаратов: Предпосылки для испытаний штамма Propionibacterium freudenreichii RVS-4-irf в качестве компонента клинического питания. - Биотехнология, 2015, № 4, С. 70–78

Литература:

1. Kekkonen, R.A. Probiotic in tervension has strain-specific anti-inflammatory effects in healthy adults / R.A. Kekkonen, N. Lummela, H. Karjalainen, S. Latvala, S. Tynkkynen, S. Jarvenpaa, H. Kautiainen, I. Julkunen, H.Vapaatalo, R. Korpela // World J. Gastroenterol. — 2008. — V. 14. — N 13. — P. 2029—2036.

2. Foligne, B. Promising immunomodulatory effects of selected strains of dairy propionibacteria as evidenced in vitro and in vivo / B.Foligne, S.-M.Deutsch, J.Breton, F.J.Cousin, J.Dewulf, M.Samson, B.Pot, G.Jan // Appl. Environ. Microbiol. — 2010. — V. 76. — N 24. — P. 8259—8264.

3. Le Marechal, C. Surface proteins of Propionibacterium freudenreichii are in volved in its antiinflammatory properties / C. Le Marechal, V.Peton, C.Ple, C.Vroland, J.Jar din, V.Briard-Bion, G.Durant, V.Chuat, V.Loux, B.Foligne, S.M.Deutsch, H.Falentin, G.Jan // J.Proteomics. — 2015. — V.113. — P.447 — 461.)

Будьте здоровы!

 

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

  1. ПРОБИОТИКИ
  2. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
  3. БИФИКАРДИО
  4. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
  5. ПРОПИОНИКС
  6. ЙОДПРОПИОНИКС
  7. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
  8. БИФИДОБАКТЕРИИ
  9. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
  10. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
  11. СИНБИОТИКИ
  12. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
  13. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  14. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
  15. МИКРОФЛОРА КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  16. МИКРОФЛОРА И ФУНКЦИИ МОЗГА
  17. ПРОБИОТИКИ И ХОЛЕСТЕРИН
  18. ПРОБИОТИКИ ПРОТИВ ОЖИРЕНИЯ
  19. МИКРОФЛОРА И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
  20. ПРОБИОТИКИ и ИММУНИТЕТ
  21. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
  22. ДИСБАКТЕРИОЗ
  23. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
  24. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
  25. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
  26. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
  27. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
  28. СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
  29. СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
  30. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
  31. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
  32. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
  33. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
  34. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
  35. НОВОСТИ