Пропионовокислые бактерии P. freudenreichii увеличивают продолжительность жизни

ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ РОДОМ ИЗ ШВЕЙЦАРСКОГО СЫРА ПРОДЛЕВАЮТ ЖИЗНЬ

Молочные бактерии Propionibacterium увеличивают среднюю продолжительность жизни нематод Caenorhabditis elegans через активацию иммунной системы

Сотрудники корейского Университета в Сеуле, Gayeung Kwon, Jiyun Lee & Young-Hee Lim, провели уникальные исследование на круглых червях. Ученые обнаружили, что бактерии Propionibacterium freudenreichii, используемые в процессе производства сыра Эмменталь, положительно влияли на иммунную систему и снижали уровень воспаления в организме нематод (круглых червей). Научный доклад об исследовании опубликован в журнале Nature.

Пробиотик из швейцарского сыра способен продлевать жизнь, как выяснили исследователи из Korea University в Сеуле.

Для многих людей сыр - это наслаждение, а если этот продукт имеет еще и швейцарское происхождение, то в нем  содержится масса полезных свойств. Ученые обнаружили связь между пробиотиком в швейцарском сыре и продолжительностью жизни. Оказалось что пропионовокислая бактерия Propionibacterium freudenreichii, которая используется при брожении сыра марки эмменталь, снижает уровень воспалений и увеличивает эффективность работы иммунной системы. Более того, эту бактерию обнаружили и в других молочных продуктах вроде молока. Ученые считают, что она улучшает здоровье живых существ замедляя процессы старения.

Исследователи говорят: благодаря Propionibacterium freudenreichii продолжительность жизни червей увеличивалась - бактерии успешно боролись со старением. Несмотря на то, что эксперименты проводились на круглых червях, авторы исследования утверждают, что механизм, обнаруженный ими, может распространяться и на другие живые существа, включая человека.

В ходе исследования было доказано, что уникальная бактерия увеличивает продолжительность жизни червей и улучшает биомаркеры старения. Эксперты объясняют это тем, что P. freudenreichii, в частности, превращает лактат (молочную кислоту) в три соединения: ацетат, пропионат, а также углекислый газ. Как было доказано ранее, ацетат и пропионат обладают иммунотропным действием, в частности, они усиливают иммунитет человека.  Команда из Сеула пришла к выводу о том, что пробиотик позволил подопытным животным жить дольше за счет подавления реакции на стресс и активации противовоспалительного эффекта иммунной системы.

Сыр Эмменталь "знаком" с пропионовокислыми бактериями

Для справки: Пропионовокислые бактерии Propionibacterium freudenreichii отвечают за процессы брожения, которые обеспечивают уникальный аромат сыра Эмменталь, а также формируют его знаменитые глазки (дырочки). Интенсивность запаха и размер сырных глазков связаны между собой. Чем крупнее отверстия, тем более выраженным является вкус сыра. Также именно данный вид микроорганизмов используется в препаратах пробиотиках и заквасках компании Пропионикс. Пропионовокислые бактерии P. freudenreichii благодаря своим уникальным лечебно-профилактическим свойствам и высокому биотехнологическому потенциалу уже давно зарекомендовали себя, как наиболее перспективные пробиотические микроорганизмы для широкого применения в практическом здравоохранении и пищевой отрасли.

Краткое описание материала из доклада корейский учёных:

Аннотация

На сегодняшний день практически отсутствуют сведения о влиянии пропионовокислых бактерий Propionibacterium freudenreichii (сокр. P. freudenreichii) на увеличение продолжительности жизни человека. Целью данного исследования была оценка влияния P. freudenreichii на увеличению продолжительности жизни, а также выяснение данного механизма в отношении подопытных нематод Caenorhabditis elegans (сокр. С. elegans).

Результаты показали, что P. freudenreichii, как источник пищи,  достоверно (р < 0.05) продлил продолжительность жизни С. elegans по сравнению с кишечной палочкой E. coli OP50, стандартной едой для такого червя. Анализ возрастных биомаркеров показал, что пропионовокислые бактерии замедляют процесс старения. Кроме того, P. freudenreichii повышает устойчивость против патогенов человека.

Введение

Пробиотики играют важную роль в здоровье человека через принимающий их кишечник и непосредственно и/или косвенно регулируют кишечную микрофлору. Пробиотики являются эффективными средствами уменьшения колонизации кишечного тракта патогенными бактериями, в т.ч. за счет усиления иммунной реакции и регуляции мукозной иммунной сигнализации. Из короткоцепочечных жирных кислот, пропионовокислые бактерии P. freudenreichii синтезируют преимущественно лактат, ацетат и пропионат, а также углекислый газ. Ацетат и пропионат, как было доказано ранее, очень важны для кишечника в целях укрепления человеческого иммунитета. Недавно, были зарегистрированы подтверждения об эффективности использования P. freudenreichii в модулировании иммунитета, уменьшении воспалений и защите от патогенов. P. freudenreichii действует как иммуномодулятор иммунной системы человека. См. также: Иммунотропная активность пропионовокислых бактерий

Caenorhabditis elegans (нематода) как объект биологических исследований

Caenorhabditis elegans — свободноживущая нематода (круглый червь) длиной около 1 мм. Широко используется как модельный организм в исследованиях по генетике, нейрофизиологии, биологии развития, вычислительной биологии.

Черви C. elegans используются в качестве моделей экспериментальных животных, так как они легко поддаются лечению, имеют короткий срок жизни, могут быть безопасно использованы в лаборатории, а также способны к самооплодотворению. В частности, нематоды часто используются в исследованиях на долголетие, иммунитет, нейродегенеративные заболевания, ожирение, ДНК-повреждающие реакции и апоптоз. С. elegans является хорошей исследовательской моделью, потому что в этой нематоде хранятся две трети генов, связанных с болезнями человека. Более того, некоторые патогены человека инфицируют и кишечник С. elegans; таким образом, иммунный ответ против возбудителей может быть также изучен на основе круглого червя. Относительная простота иммунитета С. elegans экспериментально выгодна в изучении иммунных сигнальных путей, в том числе применительно к позвоночным. В частности при исследовании С. elegans прояснились данные о целых геномах и структурах иммунных генов, поэтому во многих исследованиях именно нематоды используются для изучения иммунного ответа, к тому же у С. elegans иммунитет и старение тесно связаны.

Результаты

• P. freudenreichii увеличивает среднюю продолжительность жизни С. elegans

У червей С. elegans, которых кормили P. freudenreichii, по сравнению с червями, которых кормили стандартной кишечной палочкой E. coli OP50, отмечалось достоверное (р < 0.001) увеличение средней продолжительности жизни. Показатели выживаемости сначала были схожими в обеих группах до 13 дня. После 13 дня, обе группы показали значительное различие в выживаемости (Рис. 1) – средняя продолжительность жизни нематод, питающихся пропионовокислыми бактериями, оказалась больше приблизительно на 13%.

Рис. 1. Влияние пропионовокислых бактерий P. freudenreichii на продолжительность жизни нематод С. elegans. На рисунке survival(%) – выживаемость (%)

• Влияние P. freudenreichii на возрастные биомаркероы у С. elegans

Двум группам молодых взрослых нематод трехдневного возраста и сходных по размерам (среднего роста) были переданы тарелки, засеянные соответственно  кишечной палочкой E. coli OP50 или P. freudenreichii, и размер тела измеряли в течение 4 дней. Размер тела был определен у 12 червей для каждого бактериального штамма.

Размер тел увеличивался с возрастом во всех группах, и у червей, питавшихся P. freudenreichii значения были достоверно (р < 0.001) меньше, чем у червей, питавшихся E. coli (Рис. 2). Относительно E. coli OP50 показаны значительные различия. Результаты выражены как среднее ± стандартное отклонение; ***р < 0.001.

Рис. 2. Влияние P. freudenreichii на размер тела С. elegans. На рисунке Body size (mm²) - размер тела.

• Подвижность С. elegans

Движение тела С. elegans связаны с возрастом и кишечными мышцами. С возрастом у нематод движение тела становится жестче и слабее. Были измерены опорно-двигательные функции С. elegans на 4, 7, 10, 13 и 16 дни. В течение экспериментального периода отображаемая доля двигательной активности синусоидальной формы у червей, питавшихся P. freudenreichii была всегда выше, чем у С. elegans, которых кормили кишечной палочкой (Рис. 3).

Рис. 3. Двигательная активность С. elegans, питающихся E. coli OP50 и P. freudenreichii (на рисунке locomotory activity – двигательная активность).

Молодые черви, кормившиеся после вылупления в течение 3 дней кишечной палочкой E. coli OP50 были перенесены отдельно на тарелки с 50 мг E. coli OP50 или P. freudenreichii.  Подопытные были разделены на четыре класса в зависимости от двигательной активности: класс (A) - нормальные скоординированные синусоидальные передвижения; класс (B) - несогласованные и/или вялые движения; класс (C) - никаких движений, кроме головы и хвоста в ответ на понукания; и класс (D) - мертвые черви. Полоски указывают долю каждого класса в обозначенный период времени.

• Накопление липофусцина

Прим.: Липофусцин — гликолипопротеид, рассеянный в цитоплазме клеток всех органов и тканей в виде мелких жёлто-бурых гранул размером порядка 1-3 микрон, обычно сконцентрированных вокруг ядра.

Накопление липофусцина является биомаркером старения в С. elegans. Накопление липидных гранул определялось методом аутофлуоресценции. Интенсивность окраски DAPI уменьшается, когда задерживается старение нематоды [Pincus, Z. & Slack, F. J. Developmental biomarkers of aging in Caenorhabditis elegans. Developmental Dynamics 239, 1306−1314 (2010)].

Флуоресценция червей, которых кормили P. freudenreichii была существенно (р < 0.001) ниже по сравнению с тем, когда червей кормили E. coli OP50 (Рис. 4А). Уровень Липофусцина в нематодах, питавшихся P. freudenreichii составляла примерно 50% от уровня, наблюдаемого в червях, которых кормили E. coli OP50 (Рис. 4Б).

Рис. 4А. Флуоресценции липофусцина в червях, которых кормили E. coli OP50 и P. freudenreichii на 14 день

Червям были переданы тарелки с E. coli OP50 или P. freudenreichii и кормили бактериями в течение 14 дней. После 14 дней липофусцин был измерен путем оценки аутофлуоресценции с помощью конфокального микроскопа.

Рис. 4Б. Флуоресценция червей, показыающая накопление Липофусцина в С. elegans, питавшихся E. coli OP50 или P. freudenreichii. Флуоресценции определяли с помощью программы ImageJ. Диаграмма показывает средний процент в условных единицах по отношению к контролю (где червей кормят E. coli OP50) на 14-е сутки,; ***р < 0.001. Шкала = 100 мкм.

• Экспрессия генов, связанных с продолжительностью жизни и расширение иммунного ответа

Прим.: Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия (от лат. expressio) — выражение,  яркое проявление.

С использованием метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени был проведен количественный анализ уровня экспрессии генов, связанных с продолжительностью жизни и расширением иммунного ответа у С. elegans, питавшихся E. coli OP50 или P. freudenreichii.

Прим.: Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе).

Экспрессии уровней генов daf-2, daf-16, pmk-1, sek-1, mek-1, dbl-1, daf-7, sma-3, skn-1 и daf-12 были измерены. Все гены, кроме daf-16 и skn-1 были значительно выше регулируемых (р < 0.05) (Рис. 5).

Рис. 5. Уровни экспрессии генов, связанных с продолжительностью жизни и расширением иммунного ответа в С. elegans.

Эксперимент проводили три раза. Показаны значительные различия по отношению к E. coli OP50. Результаты представлены как среднее ± стандартное отклонение (*р < 0,05, ***р < 0,001).

• Устойчивость к патогенам

Также в научном докладе Квона с соавт. были описаны и другие положительные воздействия пропионовокислых бактерий на увеличение продолжительности жизни круглых червей, в т.ч. в отчете указывается на устойчивость нематод, питающихся Propionibacterium freudenreichii, к патогенам. Так, С. elegans, питающиеся P. freudenreichii проявили стойкость к Salmonella typhimurium (сальмонелла тифимуриум).

Прим.: Бактерия сальмонелла тифимуриум известна в медицине как Salmonella enterica serovar typhimurium. Она является грамотрицательной, палочковидной бактерией со жгутиками, с помощью которых передвигается. Данная бактерия - основная причина пищевого отравления (сальмонеллеза) у людей.

• Пищевые предпочтения С. elegans

Чтобы подтвердить, что увеличение продолжительности жизни за счет потребления пропионовокислых бактерий не было производным от предпочтений между P. freudenreichii и E. coli OP50, ученые провели бинарный анализ касательно пищевого выбора. Для P. freudenreichii круглые черви С. elegans показали положительные пищевые предпочтения (ИК = +0.13) , что означает, что С. elegans не показывают каких-либо предпочтений между E. coli OP50 и P. freudenreichii. Полученные результаты позволяют предположить, что эффект увеличения продолжительности жизни с использованием P. freudenreichii происходит не из-за диетических ограничений.

Подробнее об исследовании см. в материалах научного доклада. 

Источник в журнале Nature: 

Kwon, G. et al. Dairy Propionibacterium extends the mean lifespan of Caenorhabditis elegans via activation of the innate immune system. Sci. Rep. 6, 31713; doi: 10.1038/srep31713 (2016).

К РАЗДЕЛУ О ПРОПИОНОВОКИСЛЫХ БАКТЕРИЯХ

БУДЬТЕ ЗДОРОВЫ!