Экзополисахариды бактерий

ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ – МИКРОБНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

ЧТО ТАКОЕ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ?

Еще одним из важнейших продуктов метаболизма пробиотических микроорганизмов являются экзополисахариды. Следует отметить, что микробные экзополисахариды (ЭПС), то есть полисахариды, экскретируемые в среду, продуцируются значительным количеством бактерий и грибов.

Экзополисахариды (exopolysaccharide) [греч. exo — вне, снаружи, poly — много, многое и sakcharon — сахар] — высокомолекулярные полимеры, состоящие из остатков сахара (см. Полисахариды), которые секретируются микроорганизмами в окружающую их среду. Они служат барьером между клетками и окружающей средой, являются резервуаром, выполняя протекторную роль против высушивания и предотвращая стрессы в экстремальных условиях; Экзополисахариды выполняют роль саморегуляторов процессов роста и развития.

Из других разделов сайта можно уже сделать небольшой вывод о значении экзополисахаридов, как для самих бактерий, их продуцирующих, так и для потребностей человека, в частности, в пищевых производствах. Именно они играют роль натуральных природных загустителей в технологиях получения кисломолочных биопродуктов, а также выполняют функции саморегуляторов процессов роста и размножения микроорганизмов.

Однако следует особо подчеркунуть, что экзополисахариды (ЭПС) не только улучшают реологические свойства кисломолочных продуктов, но также выступают в роли факторов, способствующих адгезии полезных микроорганизмов на стенках кишечника, чем обеспечивают максимальную эффективность пробиотического воздествия на организм хозяина, а также обеспечивают колонизационную резистентность. Колонизационная резистентность (КР) представляет собой совокупность факторов местного иммунитета и антагонистических свойств нормальной микрофлоры организма, предотвращающих колонизацию слизистых оболочек патогенными микроорганизмами. Экзополисахариды в плане иммунной защиты играют большую роль, т.к. являясь основой биопленки "хороших" микроорганизмов, которая покрывает эпителиальный слой кишечника, позволяет последней эффективно выполнять барьерную функцию от проникновенния патогенов.

Подробнее см.:

ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ И ПРЕПАРАТЫ ПРОБИОТИКИ

Проблема микроэкологии кишечника в последние годы привлекает большое внимание врачей. Применение пробиотиков приводит к увеличению числа молочнокислых бактерий, естественных обитателей кишечника. Исследователей привлекает разработка продуктов питания с использованием в качестве биодобавки живых культур микроорганизмов, так называемых пробиотических продуктов. Стратегия в создании этих продуктов направлена прежде всего на заполнение физиологической потребности организма человека в отдельных биологически активных веществах.

Производительность процесса при производстве препарата - пробиотика определяется наибольшим выходом в конечном продукте жизнеспособных клеток полезных микроорганизмов и количеством биологически активных веществ, среди которых одними из важнейших являются экзополисахариды (ЭПС) - стимуляторы защитных реакций организма. Экзополисахариды бактерий, особенно, которые культивируются в глубинных условиях, входящих в состав биопрепаратов и могут в комплексе оказывать стимулирующие реакции защитного воздействия, наряду с антимикробным эффектом усиливают терапию вообще.

По теме см.:

• Полисахариды - важное звено механизма воздействия пробиотиков на иммунитет
• Исследование устойчивости микроорганизмов к стрессу

Экзополисахариды также играют определенную роль в поддержании условий, благоприятных для их продуцентов, т.е. самих бактерий. ЭПС защищают клетки от фагоцитов, амебной инфекции и фагов, препятствуют высушиванию клеток (в т.ч. повреждениям при заморозке) и денатурации белка. Некоторые экзополисахариды используются их продуцентами и в качестве источника углерода.

Спектр положительного воздействия ЭПС на организм человека очень широк и продолжает изучаться, но уже сегодня очевидно, что за использованием данных биологически активных веществ микробного происхождения в здравоохранительной практике имеется огромное будущее. 

ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ И ЗАКВАСКИ

В последние годы повысился интерес к т.н. вязким закваскам, вырабатывающим экзополисахариды, способные повышать вязкость и влагоудерживающую способность сгустка. Данные закваски в процессе ферментации образуют естественные загустители, которые могут заменить стабилизаторы растительного и животного происхождения. Следует отметить, что экзополисахариды в таких заквасках служат барьером между клетками и окружающей средой, являются резервуаром, выполняя протекторную (защитную) роль против высушивания (обезвоживания) и замораживания, обеспечивают защиту от низких значений рН и др. стрессов, а также адаптацию в иных экстремальных условиях).

Именно эти свойства во многом и позволяют создавать наши, т.н. глубокозамороженные закваски, а также закваски лиофилизированные (сухие), с высокой биохимической активностью (с высоким количеством жизнеспособных клеток пробиотических микроорганизмов). Отметим, что бактерии заквасочных (пробиотических) культур, образующие экзополисахариды, улучшают реологические свойства и текстуру ферментированных молочных продуктов. Более того, экзополисахариды, продуцируемые микроорганизмами, интенсифицируют процесс ферментации молока, сокращая время образования сгустка (геля), а также стимулируют рост самих бактерий и синтезирование ими др. полезных метаболитов (аминокислот, летучих жирных кислот, витаминов).

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВОЙСТВАХ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДОВ:

1. Экзополисахариды стимулируют рост некоторых молочнокислых бактерий и подавляют количество энтеропатогенной кишечной палочки и стафилококков в толстом кишечнике в условиях иммобилизационного, холодового, этанолового стрессов;
2. Экзополисахариды стимулируют фагоцитарную активность макрофагов и влияют на продукцию основных провоспалительных цитокинов перитонеальными и альвеолярными макрофагами, способствуя активации факторов естественной резистентности (проще говоря укрепляют иммунный статус организма);
3. Экзополисахариды приводят к более быстрому заживлению ранений резаного типа; проявляют in vitro антимикробную активность в отношении некоторой сапрофитной микрофлоры;
4. Экзополисахариды при добавлении в рецептуру сыровяленых колбас улучшают их структурно-механические, физико-химические, микробиологические и органолептические свойства;
5. Экзополисахариды выполняют роль естественных загустителей и стабилизаторов консистенции кисломолочных биопродуктов на пробиотических заквасках. В состав   экзополисахаридов входят остатки нейтральных молекул  глюкозы, ксилозы, галактозы, диокситалозы, уроновых кислот, а также ряд неидентифицированных пентоз и гексоз;
6. Установлено, что экзополисахариды, образуемые заквасочными (пробиотическими) микроорганизмами, увеличивают количество полезных бактерий и стимулируют продукцию их метаболитов, а также повышают активность ферментации пищевых сред. Так, например, было показано, что при совместном культивировании экзополисахариды, синтезируемые пропионовокислыми бактериями, стимулируют рост бифидобактерий.

---

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ МИКРОБНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Таблица 1 Экзополисахариды, синтезируемые микроорганизмами, и их применение

Продукт	Микроорганизмы-продуценты	Применение
Декстран (α-1,6-глюкан)	Leuconostoc mesenteroides,  Klebsiella, Acetobacter, стрептококки	Заменители плазмы крови; адсорбенты в биохимической промышленности
Алгинат (соединенные с помощью 1,4-гликозидных связей маннуроновые и гулуроновые кислоты)	Azotobacter vinelandii, Psudomonas aeruginosa	Добавки к мороженому; быстрорастворимая смесь для приготовления пудингов, кремов; средство для пропитки тканей и бумаги; гидрофильная пленка для корней растений, новогоднийх елок;  пленки для покрытия ран
Ксантан (целлюлоза с трисахаридными боковыми цепями)	Xanthomonas campestris	Добавки к напиткам и плавленым сырам; быстрорастворимая смесь для приготовления пудингов, кремов; стабилизатор эмульсий; «французская приправа»1
Пуллулан (остатки мальтотриозы, соединенные с помощью β-1,6-гликозидных связей)	Aureobasidium (синонимы: Pullularia, Dematium) pullulans	Покрытия для пищевых продуктов
Курдлан (β-1,3-глюкан)	Alcaligenes faecalis var. myxogenes	Желирующее средство для пудингов (низкокалорийно, т.к. не подвергается расщеплению в кишечнике
1 Смесь прованского масла с уксусом и горчицей. Прим. перев.

---

Итак, полисахариды, находящиеся снаружи от клеточной стенки, называют экзополисахаридами. По физическим свойствам различают капсулы и слизи. Когда экзополисахариды относительно прочно связаны с клеточной стенкой, говорят о капсулах; если же связь непрочная или ее вообще нет, говорят о слизи.

---

С помощью микроорганизмов (бактерий, грибов) можно получать разнообразные полисахариды, ферменты, антигены и яды. Сегодня продукты микробного происхождения все чаще заменяют вещества, получаемые классическим способом. Сфера применения полисахаридов определяется с учетом их свойств, как функцио­нальных - способность растворяться в воде, создавать высоковязкие растворы, студ­ни, гели, так и биологических. Для повышения вязкости жидкостей уже с давних времен применяются растительные слизи. Но в настоящее время их все больше вытесняют многочисленные бактериальные экзополисахариды  (см. табл. 1). В качестве добавок к мороженому, пудингам и кремам используют алгинаты. Они же нашли применение и как гидрофильные покрытия для поддержания корней растений во влажном состоянии. По­лисахариды, добываемые из морских водорослей, постепенно вытесняются сходными продуктами, получаемыми с помощью Azotobacter или Pseudomonas.

Разностороннее применение нашли слизи, образуемые фитопатогенной бактерией Xanthomonas campestris, - ксантаны. Ксантаны применяются как наполнители в пищевой и косметической промышленности, как эмульгаторы для типографских красок и даже в качестве добавок к промывным водам в месторождениях нефти. Для приготовления пудингов и низкокалорийных супов используют курдланы, которые не подвергаются расщеплению в кишечнике человека.

В заключение, отдавая дань направлению деятельности нашей компании, еще раз подчеркнем, что одним из наиболее перспективных направлений использования полисахаридов является применение их в пищевой промышленности, например для производства СМЕТАНЫ, где экзополисахариды выполняют роль естественных загустителей и стабилизаторов консистенции. Также актуально использование экзополисахаридов в ХЛЕБОПЕЧЕНИИ. Самый распространенный дефект пшеничной муки - пониженное содержание в ней клейковины. Существующие ныне способы повышения качества такой муки трудоемки и экономически невыгодны. Эффективным способом повышения качества хлеба из низкоклейковинной муки является использование в качестве улучшителей гидрофильных добавок различного происхождения, в том числе микробных полисахаридов.

---

МИКРОБНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ

ВВЕДЕНИЕ. Растительные полисахариды (крахмал, целлюлоза, гуммиарабик, гуаровая смола, пектин, альгинаты, агар и др.) и их полусинтетические производные играют важную роль в современных технологиях, в том числе в качестве загустителей в пищевой промышленности или при заводнении нефтяных скважин. Производство полисахаридов растительного происхождения достигает нескольких десятков тысяч тонн в год. Внеклеточные микробные полисахариды также могли бы найти применение в самых разнообразных отраслях промышленности, однако из-за значительных производственных затрат их использование пока ограничено. Наибольшее значение имеют ксантан и декстран. Гиалуроновая кислота уже применяется в биокосметике.

КСАНТАН представляет собой разветвленный гетерополисахарид, состоит из пяти остатков гексоз (глюкозы, маннозы и глюкуроновой кислоты). Молекулярная масса ксантанов – от 2 до 12 тыс. кДа. Ксантановые смолы имеют высокую вязкость (в зависимости от числа групп пирувата в полимере) и по ряду свойств сходны с пластмассой. Эти вещества безвредны для человека, поэтому их добавляют в качестве стабилизаторов и загустителей во многие пищевые продукты. Кроме того, благодаря устойчивости в растворах электролитов ксантаны добавляют к буровому шламу при бурении нефтяных скважин. Ксантаны образуются в клетках Xanthomonas campestris при аэробном росте на среде с глюкозой. Получение ксантанов осуществляют, как правило, в процессе периодической ферментации, используя в качестве источника углерода глюкозу, а в качестве источника азота – пептон, нитрат аммония и мочевину. Клонирование генов β-галактозидазы (lacZ) и лакт пермеазы (lacY) из Escherichia coli в геном X. сampestris позволило получить штамм, использующий в качестве источника углерода молочную сыворотку (отходы молочной промышленности). Из-за образования ксантанов культуральная жидкость становится очень вязкой (до 10 000 сантипуаз). Для сохранения аэробных условий роста в этом случае особое значение имеют мешалки специальной конструкции. Как правило, ксантаны из среды осаждают растворителем – изопропанолом. В современной промышленности производство ксантанов достигает 30 000 т/год.

ДЕКСТРАНЫ – очень важные вещества, которые могут служить заменителями плазмы крови. Благодаря тому, что полимерные цепи в этих веществах имеют поперечные сшивки, образуются сетчатые структуры, которые очень эффектны при очистке белков разного размера. Декстраны также применяются в пищевой промышленности. Разветвленные цепи декстранов, состоящие только из остатков глюкозы, связанных между собой α-1,6-связями, имеют молекулярную массу ~5*10⁷ Да. У дрожжей и некоторых бактерий декстраны играют роль резервных полисахаридов. В качестве примера продуцента декстрана можно назвать Streptococcus mutans, бактерию, которая обитает в кариозной полости зуба человека. Образование декстрана приводит к появлению бактериального налета («камней»). Для промышленного получения декстрана используют Leuconostoc mesenteroides: в течение 24 ч в клетках этого микро организма из сахарозы образуется до 500 г/л декстрана. Декстран выделяют из культуральной жидкости осаждением этанолом, затем гидролизуют кислотой и еще раз осаждают этанолом. Декстран с молекулярной массой 75 000 Да используют как заменитель плазмы крови, а с молекулярной массой 40 000 Да – в качестве антитромболитика при полостных операциях.

ДРУГИЕ МИКРОБНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ. Pseudomonas aeruginosa и Azotobacter vinelandii синтезируют альгинаты, по строению аналогичные альгинатам из водорослей. Альгинаты часто используют в качестве носителей для иммобилизации клеток при проведении различных биокаталитических реакций. Некоторые базидиомицеты синтезируют полимер склероглюкан, главная цепь которого образована остатками глюкозы, соединенными β-1,3-связями, а в местах разветвления остатки глюкозы присоединены β-1,6-связями. Склероглюкан, как и геллан, образующийся в клетках Auromonas elodea, используется как пищевая добавка. Пуллулан – глюкан с разветвленной цепью, в которой остатки глюкозы соединены α-1,4- (90%) и α-1,6- (10%) связями. Из пуллулана изготовляются тонкие пленки, не пропускающие кислород, которые используются для защиты пищевых и других продуктов от окисления. Промышленное получение микробных полисахаридов пока является очень дорогостоящим и экономически невыгодным процессом, поэтому такие полимеры еще не нашли широкого применения в современных технологиях.

Экзополисахариды и иммуномодуляция

На рисунке: Характеристики ЭПС, продуцируемых молочнокислыми бактериями: а — мукоидные колонии — слизистый фенотип; (b) Ропи фенотип (веревочный или тягучий, вязкий).

---

Самый внешний слой, покрывающий поверхность многих бактерий, состоит из повторяющихся единиц моносахаридов, образующих полимерную матрицу экзополисахаридов (ЭПС), которые могут быть свободно прикреплены, образуя структуру слизи, или ковалентно связаны в виде капсулы. Некоторые ЭПС со специфическими характеристиками, такими как цвиттерионные (имеющие как положительные, так и отрицательные заряды) полисахариды, продуцируемые B. fragilis, играют решающую роль в поддержании иммунного гомеостаза на кишечном уровне [1]. На самом деле наличие обоих зарядов имеет решающее значение для активации иммунного ответа, поскольку эта способность теряется, когда полимеры модифицируются, чтобы изменить заряд молекулы. В Lactobacillus spp. полимеры, имеющие один тип моносахаридов, известны как гомополисахариды (α-глюканы, β-глюканы или β-фруктаны). В этом роде, а также в Bifidobacterium spp. кроме того, синтезируются гетерополисахариды, то есть те, которые имеют различные моносахариды (обычно D-глюкоза, D-галактоза и L-рамноза) [2]. Оба типа ЭПС представляют собой защитный покров для продуцирующей бактерии, но также действуют как MAMP (микроб-ассоциированный молекулярный паттерн), который будет распознаваться различными рецепторами распознавания образов PRRs, вызывая тем самым различные реакции у хозяина [3]. Мало что известно о PRRs, участвующих в распознавании ЭПС, синтезируемых пробиотиками. Было показано, что специфические β-глюканы могут выступать в качестве лигандов для некоторых лектинов С-типа (таких как Дектин 1), расположенных в эпителии кишечника [25]; кроме того, специфические гетерополимеры, синтезируемые бифидобактериями или лактобациллами, могут распознаваться по toll-подобному рецептору TLR-4 [3, 5, 6].

Некоторые из преимуществ для здоровья, оказываемых пробиотиками, были приписаны присутствию ЭПС-структур в оболочке, окружающей продуцирующие бактерии [2,7]. Иммуномодулирующий потенциал был предложен для полимеров, синтезируемых молочнокислыми бактериями и бифидобактериями, имеющими специфические характеристики, такие как высокая молярная масса (более 10⁶ Da) или наличие отрицательного заряда в молекуле [8,9]; однако механизм, с помощью которого эти специфические бактериальные ЭПС запускают иммунный ответ, еще предстоит выяснить. Совсем недавно было также показано, что присутствие галактозы в ЭПС, синтезируемых штаммами Lactobacillus reuteri, усиливает их противовоспалительное действие на макрофаги, хотя скудное количество анализируемых полимеров ограничивает убедительное утверждение [10]. Кроме того, большинство данных об иммуномодулирующей способности пробиотиков ЭПС было основано на наблюдениях in vitro, главным образом с использованием культур периферических мононуклеарных клеток (PBMCs), дендритных клеток или клеточных линий макрофагов, после проверки паттерна высвобождаемых цитокинов [11]. Тем не менее, в последние годы защитное действие пробиотиков, продуцирующих ЭПС, на иммунодефицитные состояния также изучалось in vivo с использованием экспериментальных моделей на животных. F. prausnitzii, один из наиболее распространенных представителей Firmicutes в толстой кишке здоровых людей, недостаточно представлен у пациентов с ВЗК; поэтому он был предложен в качестве противовоспалительного пробиотика следующего поколения. Матрица ЭПС, продуцируемая этим видом, по-видимому, напрямую коррелирует с его иммуномодулирующей способностью, что было продемонстрировано после интрактального введения очищенного ЭПС на модели мышей BALB/c с острым (DSS-индуцированным) язвенным колитом. Анализ in vitro с иммунными клетками показал, что противовоспалительный потенциал ЭПС, синтезируемого F. prausnitzii HTF-F, опосредован продукцией IL-12 и IL-10 в антигенпредставляющих клетках TLR-2-зависимым образом [12]. Аналогичным образом пероральное введение B. animalis subsp. lactis Balat_1410^S89L мышам C57BL/6J с DSS-колитом, уменьшал повреждение (индекс активности заболевания, DAI, UCEIS), вызванное этим химическим агентом. Этот штамм продуцировал «вязкий» ЭПС, имеющий высокую м.м. (около 10⁶ Da) с высоким содержанием рамнозы (более 50%), и образовывал длинную нить, когда колония, растущая на поверхности агар-культуры, касалась инокуляционной петли. Сравнение «вязкого» штамма с его «не вязким» изогенным аналогом показало, что ослабление повреждения, вызванного DSS, может быть связано со способностью первого индуцировать увеличение числа Т-регуляторных (Treg) клеток брыжеечных лимфоидных узлов, что может привести к снижению воспалительного состояния на уровне слизистой оболочки [13]. На самом деле предыдущие эксперименты ex vivo проводились с этими двумя изогенными штаммами B. animalis subsp. lactis, которые показали высокий противовоспалительный потенциал штамма, продуцирующего вязкий ЭПС. Этот «вязкий» штамм Balat_1410^S89L благоприятствовал значительному увеличению IL-10 человеческими PBMCs после совместного культивирования с УФ-инактивированной суспензией бифидобактерий; аналогично, совместная инкубация с образцами биопсии толстой кишки значительно снижала продукцию TNF-a тканью [14]. Таким образом, штаммы B. animalis subsp. lactis, имеющие «вязкий» фенотип, обозначающий продукцию ЭПС со специфическими признаками, могут быть предложены в качестве пробиотических кандидатов для ослабления эпизодов воспаления кишечника. Совсем недавно аналогичные работы in vivo подтвердили эти выводы с помощью различных бифидобактерий, продуцирующих ЭПС. ЭПС, синтезируемый бифидобактериями B. adolescentis IF1-03, был способен модулировать макрофагально-регулируемую ось Treg / Th17 и, следовательно, защищать мышей с DSS-колитом [15]; а ЭПС-продуцирующий B. longum subsp. longum YS108R облегчал DSS-индуцированный колит, модулируя воспалительные цитокины, усиливая слизистый барьер, а также устраняя микробный дисбактериоз, вызванный этим химическим агентом [16].

Кратко изложенные выше результаты, демонстрирующие иммуномодулирующую способность синтеза ЭПС грамположительными пробиотиками, показывают перспективный способ вмешательства для ослабления воспалительных состояний кишечника. Кроме того, жизнеспособность продуцирующей бактерии не требуется для оказания благотворного эффекта, и слой ЭПС, покрывающий бактериальную поверхность, устойчив к суровым условиям желудочно-кишечного тракта, что позволяет ему поступать неповрежденным в толстую кишку [17]. Поэтому использование штаммов, продуцирующих ЭПС, из труднообрабатываемых бактерий, таких как, например, те, которые потеряли жизнеспособность в присутствии кислорода, может стать решением для преодоления технологической проблемы, которая в настоящее время предполагает производство некоторых пробиотиков следующего поколения.

См. дополнительно:

• Ферментированные продукты, здоровье и микробиом кишечника
• Ферментация в пищевой промышленности
• Иммобилизация клеток культур пробиотических микроорганизмов
• Микробная ферментация (культивирование микроорганизмов)

Литература

1. Round, J.L.; Lee, S.M.; Li, J.; Tran, G.; Jabri, B.; Chatila, T.A.; Mazmanian, S.K. The Toll-Like Receptor 2 pathway establishes colonization by a commensal of the human microbiota. Science 2011, 332, 974–977. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
2. Hidalgo-Cantabrana, C.; Sánchez, B.; Milani, C.; Ventura, M.; Margolles, A.; Ruas-Madiedo, P. Genomic overview and biological functions of exopolysaccharide biosynthesis in Bifidobacterium spp. Appl. Environ. Microbiol. 2014, 80, 9–18. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
3. Castro-Bravo, N.; Margolles, A.; Wells, J.; Ruas-Madiedo, P. Exopolysaccharides synthesized by Bifidobacterium animalis subsp. lactis interact with TLR4 in intestinal epithelial cells. Anaerobe 2019, 56, 98–101. [Google Scholar] [PubMed]
4. Kamiya, T.; Tang, C.; Kadoki, M.; Oshima, K.; Hattori, M.; Saijo, S.; Adachi, Y.; Ohno, N.; Iwakura, Y. β-glucans in food modify colonic microflora by inducing antimicrobial protein, calprotectin, in a Dectin-1-induced-IL-17F-dependent manner. Mucosal Immunol. 2018, 11, 763–773. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
5. Castro-Bravo, N.; Wells, J.M.; Margolles, A.; Ruas-Madiedo, P. Interactions of surface exopolysaccharides from Bifidobacterium and Lactobacilus within the intestinal environment. Front. Microbiol. 2018, 9, 2426. [Google Scholar] [CrossRef]
6. Kanmani, P.; Albarracin, L.; Kobayashi, H.; Iida, H.; Komatsu, R.; Kober, A.K.M.H.; Ikeda-Ohtsubo, W.; Suda, Y.; Aso, H.; Makino, S.; et al. Exopolysaccharides from Lactobacillus delbrueckii OLL1073R-1 modulate innate antiviral immune response in porcine intestinal epithelial cells. Mol. Immunol. 2018, 93, 253–265. [Google Scholar] [CrossRef]
7. Caggianiello, C.; Kleerebezem, M.; Spano, G. Exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria: From health-promoting benefits to stress tolerance mechanisms. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016, 100, 3877–3886. [Google Scholar] [CrossRef]
8. Hidalgo-Cantabrana, C.; López, P.; Gueimonde, M.; de los Reyes-Gavilán, C.G.; Suárez, A.; Margolles, A.; Ruas-Madiedo, P. Immune modulation capability of exopolysaccharides synthesised by lactic acid bacteria and bifidobacteria. Probiotics Antimicrob. Prot. 2012, 4, 227–237. [Google Scholar]
9. Sato, T.; Nishimura-Uemura, J.; Shimosato, T.; Kawai, Y.; Kitazawa, H.; Saito, T. Dextran from Leuconostoc mesenteroides augments immunostimulatory effects by the introduction of phosphate groups. J. Food Prot. 2004, 67, 1719–1724. [Google Scholar] [CrossRef]
10. Chen, Y.C.; Wu, Y.J.; Hu, C.Y. Monosaccharide composition influence and immunomodulatory effects of probiotic exopolysaccharides. Int. J. Biol. Macromol. 2019, 133, 575–582. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
11. Górska, S.; Sandstrőm, C.; Wojas-Turek, J.; Rossowska, J.; Pajtasz-Piasecka, E.; Brzozowska, E.; Gamian, A. Structural and immunomodulatory differences among lactobacilli exopolysaccharides isolated from intestines of mice with experimentally induced inflammatory bowel disease. Sci. Rep. 2016, 6, 37613. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
12. Rossi, O.; Khan, M.T.; Schwarzer, M.; Hudcovic, T.; Srutkova, D.; Duncan, S.H.; Stolte, E.H.; Kozakova, H.; Flint, H.J.; Samsom, J.N.; et al. Faecalibacterium prausnitzii strain HTF-F and its extracellular polymeric matrix attenuate clinical parameters in DSS-induced colitis. PLoS ONE 2015, 10, e0123013. [Google Scholar] [CrossRef]
13. Hidalgo-Cantabrana, C.; Algieri, F.; Rodriguez-Nogales, A.; Vezza, T.; Martínez-Camblor, P.; Margolles, A.; Ruas-Madiedo, P.; Gálvez, J. Effect of a ropy exopolysaccharide-producing Bifidobacterium animalis subsp. lactis strain orally administered on DSS-induced colitis mice Model. Front. Microbiol. 2016, 7, 868. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
14. Hidalgo-Cantabrana, C.; Sánchez, B.; Álvarez-Martín, P.; López, P.; Martínez-Álvarez, N.; Delley, M.; Martí, M.; Varela, E.; Suárez, A.; Antolín, M.; et al. A single mutation in the gene responsible for the mucoid phenotype of Bifidobacterium animalis subsp. lactis confers surface and functional characteristics. Appl. Environ. Microbiol. 2015, 81, 7960–7968. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
15. Yu, R.; Zuo, F.; Ma, H.; Chen, S. Exopolysaccharide-producing Bifidobacterium adolescentis strains with similar adhesion property induce differential regulation of inflammatory immune response in Treg/Th17 axis of DSS-colitis mice. Nutrients 2019, 11, 782. [Google Scholar] [CrossRef]
16. Yan, S.; Yang, B.; Zhao, J.; Zhao, J.; Stanton, C.; Ross, R.P.; Zhanga, H.; Chen, W. A ropy exopolysaccharide producing strain Bifidobacterium longum subsp. longum YS108R alleviates DSS-induced colitis by maintenance of the mucosal barrier and gut microbiota modulation. Food Funct. 2019, 10, 1595–1608. [Google Scholar]
17. Salazar, N.; Gueimonde, M.; de los Reyes-Gavilán, C.G.; Ruas-Madiedo, P. Exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria and bifidobacteria as fermentable substrates by the intestinal microbiota. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2016, 56, 1440–1453. [Google Scholar] [CrossRef]

На заметку

Экзополисахарид из Bifidobacterium longum subsp. longum 35624 ™ модулирует аллергические реакции дыхательных путей у мышей

Прим. редактора: В отличие от работ, посвященных экзополисахаридам (ЭПС) молочнокислых бактерий, исследования ЭПС пробиотических бактерий (например, бифидо- и пропионовокислых бактерий) пока немногочисленны. Однако потенциал продукции ЭПС и оздоровительных свойств ЭПС пробиотиков значителен. Для примера приведем ниже краткое резюме по одному исследованию свойства ЭПС бифидобактерий лонгум.

Резюме

Считается, что взаимодействия между хозяином и микробиотой значительно влияют на механизмы иммунологической толерантности на участках слизистой оболочки. Недавно мы описали, что потеря экзополисахарида (ЭПС) из Bifidobacterium longum 35624™ устраняет его защитные эффекты в моделях колита и респираторной аллергии на мышах. Наша цель состояла в том, чтобы исследовать иммунный ответ на очищенный ЭПС из B. longum 35624, определить, оказывает ли он защитное действие на легкие, и определить защитные механизмы. Выделенный ЭПС из культур B. longum 35624 использовали для исследований in vitro, ex vivo и in vivo. Дендритные клетки, полученные из моноцитов человека (MDDCs), использовали для исследования иммунологических ответов in vitro на ЭПС. Исследовали секрецию цитокинов, экспрессию поверхностных маркеров и сигнальные пути. Мышиная модель респираторной аллергии на овальбумин (OVA) использовалась для оценки иммуномодулирующего потенциала ЭПС in vivo. Кроме того, мышей с нокаутом по интерлейкину IL-10 и антителами, блокирующими Toll-подобный рецептор TLR-2, использовали для изучения основных защитных механизмов интраназального введения ЭПС. Стимуляция MDDCs человека с помощью ЭПС приводила к секреции IL-10, но не к провоспалительным цитокинам. Секреция IL-10 была TLR-2-зависимой. Приток эозинофилов в легкие значительно снижался при интраназальном воздействии ЭПС, что было связано со снижением экспрессии Th2-ассоциированных маркеров хемокина 11 мотива СС (CCL11), рецептора хемокина СС типа 3 (CCR3), IL-4 и IL-13. Было показано, что опосредованная TLR-2 секреция IL-10 необходима для снижения эозинофилов и Th2-цитокинов. Лечение ЭПС уменьшало рекрутирование эозинофилов в легких в мышиной модели респираторного воспаления, что было опосредовано как TLR-2, так и IL-10. ЭПС можно рассматривать как новую молекулу, потенциально снижающую тяжесть хронических заболеваний дыхательных путей, связанных с эозинофилами.

P.S. Для ознакомления со свойствами ЭПС молочнокислых бактерий можно ознакомиться в статье (на англ.): Экзополисахариды, продуцируемые молочнокислыми бактериями: От биосинтеза до оздоровительных свойств

Будьте здоровы!