Список сокращений и условных обозначений 5
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
1.1. Численность и разнообразие кишечных Lactobacillus spp. 11
1.2. Методы идентификации Lactobacillus spp. 13
1.3. Биологические свойства аутоштаммов Lactobacillus spp. 14
1.3.1. Адгезия к эпителиальным клеткам кишечника 15
1.3.2. Биопленки 16
1.3.3. Антимикробная активность 17
1.3.4. Биосовместимость 18
1.4. Роль Lactobacillus spp. при различных заболеваниях 20
1.4.1. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) 20
1.4.2. Синдром раздраженного кишечника (СРК) и воспалительное 21 заболевание кишечника (ВЗК)
1.4.3. Ревматоидный артрит (РА) 21
1.4.4. Диабет 1 типа (СД1) и ожирение 22
1.4.5. Рассеянный склероз (РС) 23
1.4.6. Когнитивное развитие и поведение 23
1.5. Пробиотики 24
1.6. Биобезопасность и промышленное производство пробиотиков 27
1.7. Аутопробиотики 28
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 32
2.1. Объекты исследования и материалы 32
2.2. Методы исследования 33
2.2.1 Методика бактериологического исследования толстого 33 кишечника
2.2.2. Выделение чистой культуры аутоштамма Lactobacillus spp. 34
2.2.3. Контроль полученного аутоштамма лактобактерий 36
2.2.4. Определение титра КОЕ лактобацилл 37
2.2.5. Посев на плотные питательные среды (метод Коха) для 37 лактобактерий микроаэрофилов
2.2.6. Идентификация выделенных клонов аутоштаммов 39 лактобактерий
2.2.6.1. MALDI-TOF масс-спектрометрия 39
2.2.6.2. Идентификация штаммов до вида методом ПЦР в режиме 40 реального времени (РТ-ПЦР)
2.2.7. Адгезия Lactobacillus spp. к буккальному эпителию 41
2.2.8. Определение кислотообразующей активности 43
аутолактобактерий
2.2.9. Антагонистическая активность аутолактобактерий 44
2.2.9.1. Метод перпендикулярных штрихов 45
2.2.9.2. Метод блоков для определения антагонистической активности 46 аутолактобактерий
2.2.10. Определение чувствительности Lactobacillus spp. к 47 антибактериальным препаратам (АБП)
2.2.11. Определение биосовместимости выделенных аутоштаммов 48 Lactobacillus spp.
2.2.12. Анализ биопленок, формируемых на инертных поверхностях 48
2.2.13. Определение эмульгирующих свойств выделенных 49 аутоштаммов
2.2.14. Статистический анализ 50
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
3.1. Выделение и идентификация аутоштаммов Lactobacillus spp. по 51 культурально-морфологическим признакам культур
3.2. Контроль выделенных аутоштаммов лактобактерий 53
3.3. Идентификация аутоштаммов Lactobacillus spp. 59
3.3.1. MALDI-TOF масс-спектрометрия 59
3.3.2. Видовое разнообразие и секвенирование выделенных 61
Lactobacillus spp.
3.4. Изучение адгезивных свойств штаммов Lactobacillus spp. к 64
буккальному эпителию человека
3.5. Антагонизм и кислотообразующая активность аутоштаммов 67
3.5.1. Определение антагонистической активности аутолактобактерий 67 методом блоков и штрихов
3.5.2. Определение антагонистической активности аутолактобактерий 68 методом перпендикулярных штрихов
3.5.3. Изучение кислотообразующей активности Lactobacillus spp. 75
3.6. Изучение антибиотикоустойчивости аутоштаммов 76
Lactobacillus spp.
3.7. Биосовместимость аутоштаммов Lactobacillus spp. 81
3.8. Анализ биопленок, формируемых на инертных поверхностях 87
аутоштаммами Lactobacillus spp.
3.9. Определение эмульгирующих свойств выделенных аутоштаммов 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
ВЫВОДЫ 95
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 96
Актуальность темы. Проблема профилактики и коррекции дисбиозов приобретает в последнее время все большее значение для здравоохранения и требует постоянного расширения номенклатуры средств, восстанавливающих нормальную микрофлору организма человека. В клинической практике применяются биопрепараты пробиотики, изготовленные на основе бактерий, представителей нормальной микрофлоры.
Микробиота кишечника играет важную роль в поддержании здоровья и работоспособности человека. Считается, что она оказывает влияние на иммунную систему, метаболизм, психическое состояние и когнитивные функции человека.
В настоящее время лактобактерии широко применяются в клинической практике в составе различных пробиотиков, биологически активных добавок (БАД) к пище и пробиотических продуктов функционального питания. Термин «пробиотик» предложен ещё в 60-х годах ХХ века, с тех пор он несколько раз менялся, в 2002 году ВОЗ ввёл новое общепринятое определение: пробиотики - «живые микроорганизмы, которые могут благотворно влиять на хозяина при приёме в достаточных дозах» (Hill et al., 2014).
Пробиотики изначально использовали для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), больных c эзофагитом, хроническим гастритом, язвенной болезнью (Червинец и др., 2020), в последующем многочисленные исследования доказали высокую эффективность применения пробиотиков и при других заболеваниях. Показано, что длительное употребление молока, обогащенного L. fermentum, улучшает обучение и память у пациентов с болезнью Альцгеймера (Bonfili et al., 2021).
При лечении колоректального рака некоторые штаммы пробиотиков могут быть полезны в качестве адъювантного терапевтического агента, например, мультигенные и мультиштаммовые пробиотики, включая B. breve, B. infantis,
B. longum, L. acidophilus (Hu et al., 2015; Kahouli et al., 2017). Многие пробиотики играют положительную роль в поддержании здоровья мочеполовой системы и борьбе с раком, диабетом, ожирением, ишемическим инсультом, аллергиями (Ince et al., 2015; Червинец и др., 2022). В последние десятилетия большое количество исследований направлено на изучение применения пробиотиков для лечения заболеваний полости рта и ухода за полостью рта. Пробиотики, содержащие L. reuteri, Lactobacillus brevis, Streptococcus salivarius и т.д., способствуют улучшению здоровья полости рта, причём все они представляют собой микроорганизмы, выделенные из полости рта (Yoo et al., 2019; Sivamaruthi et al., 2020; Zhang et al., 2022).
Бактерии рода Lactobacillus составляют значительную часть популяции защитных микроорганизмов в микробиоте человека. Лактобациллы - грамположительные палочковидные бактерии, анаэробы или факультативные анаэробы. Имеют протеолитическую активность, опосредованную продуцируемыми ими протеазами и пептидазами, синтезируют ферменты, расщепляющие гексозы, дисахариды и полисахариды, производят ДНК-азу и/или РНК-азу и псевдокаталазу и др. Антагонистическая активность бактерий Lactobacillus spp. опосредована их способностью создавать кислую среду, синтезом антибиотических соединений, перекиси водорода, лизоцима (Ильин, Кирюхина, 2014).
Одной из важных характеристик Lactobacillus spp. является их антимикробная активность в отношении патогенной и условно-патогенной микробиоты человека (Laparra et al., 2009) с помощью различных
механизмов, включая выработку противомикробных веществ, конкуренцию с патогенами за питательные вещества, стимуляцию иммунной системы человека (Collado et al., 2007). Такие пробиотические бактерии играют
защитную роль посредством адгезии и колонизации слизистых оболочек, эффективно конкурируя с патогенами за специфические рецепторы (Fontana et al., 2013).
Пробиотики должны соответствовать нормам генетической безопасности, кроме этого, их эффективность определяется и устойчивостью к антибактериальным средствам, адгезивной активностью, отсутствием конкурентных отношений с индигенной микрофлорой. Всё вышеперечисленное может быть достигнуто за счёт персонализированного подбора пробиотических препаратов (Шендеров, 2009). Наиболее высокой степени индивидуализации препаратов можно достичь при использовании аутоштаммов микроорганизмов, выделенных из микробиоценоза самого человека (Ильин, Кирюхина, 2014). Использование аутопробиотиков из микробиоценоза человека может рассматриваться как отдельное направление персонализированной медицины. Такой индивидуальный подход к подбору препаратов позволяет повысить эффективность как профилактики, так и лечения, снизить риск развития нежелательных лекарственных реакций у каждого пациента (Ильин, Кирюхина, 2014).
Выделенные из кишечника конкретного человека аутоштаммы практически полностью приживаются и эффективно помогают здоровью человека. Самым идеальным решением проблемы восстановления микрофлоры и оздоровления человека является использование аутопробиотиков, т.е. своих собственных, персональных пробиотиков.
В связи с этим, целью настоящего исследования явилось выделение аутоштаммов лактобактерий из кишечника человека, изучение их биологических свойств для создания пробиотических препаратов.
Задачи исследования:
1. Выделение чистой культуры и идентификация аутоштаммов лактобактерий из кишечника человека методом масс-спектрометрии.
2. Идентификация аутоштаммов лактобактерий молекулярно- гентическим методом.
3. Изучение биологических свойств аутоштаммов Lactobacillus spp.
4. Оценка биосовместимости наиболее перспективных
аутоштаммов лактобактерий выделенных в ходе исследований.
5. Анализ полученных данных и сбор коллекции наиболее
перспективных аутоштаммов для создания пробиотических препаратов.
Научная новизна и теоретическая ценность. В работе выделено и исследовано 182 штамма Lactobacillus spp. Выбраны и идентифицированы наиболее эффективные 10 из исследованных аутоштаммов, которые показали высокую адгезию штаммов Lactobacillus spp. к буккальному эпителию, высокую кислотообразующую активность, антагонизм штаммов к условно-патогенным микроорганизмов.
Научно-практическая значимость. Полученные аутоштаммы Lactobacillus spp. обладают высокой адгезионной способностью, кислотообразующей и антагонистической активностью и могут быть определены как кандидаты для дальнейших исследований и создания эффективных новых пробиотиков. Они могут применяться в качестве вспомогательных препаратов для повышения эффективности лекарственной терапии и контроля заболеваний, вызываемых энтеропатогенными бактериями.
Апробация результатов. Участие во Всероссийской конференции с международным участием «Геномика и биотехнология для медицины и сельского хозяйства», 30 ноября -1 декабря 2022, г. Уфа
Публикации:
1. Хакимова Л.Р., Потапова С.М., Ахметова Л.Р., Гимранова И.А. Изучение биологических свойств аутоштаммов Lactobacillus spp. для создания пробиотиков / Клиническая лабораторная диагностика. 2022. (в печати) (РИНЦ, ВАК, Scopus).
2. Потапова С.М., Минлигареева Е.В., Чубукова О.В., Гимранова И.А., Хакимова Л.Р. Исследование биопленокообразования у бактерий Lactobacillus spp. И Bifidobacterium spp. / Сборник материалов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 60-летию Института биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра РАН. 2022. С. 38-39.
Растущий интерес потребителя к укреплению здоровья и профилактике хронических заболеваний стимулирует развитие рынка фармацевтических препаратов, в частности развитие добавок, продуктов с пробиотическими штаммами. Данная работа направлена на изучение полезных свойств аутоштаммов, выделенных из кишечника пациентов с дисбиотическими состояниями для их дальнейшего применения в качестве пробиотика. Исследование позволило оценить способность штаммов L. paracasei 9SM, L. plantarum Dec 1, L. fermentum 8 АМ, L. fermentum 12 Pet, L. fermentum Ku-f, L. paracasei Куз 2, L. plantarum 7LV, L. fermentum 10POD, L. delbrueckii 14 Ul-d и L. paracasei 15 Sul-c проявлять антимикробную активность по отношению к условным патогенам E. coli и S. aureus, что может быть обусловлено способностью штаммов к синтезу бактериоцинов, подавляющих жизнедеятельность микроорганизмов; оценить устойчивость штаммов к действию 20 антибиотиков, адгезивной способности к буккальным эпителиоцитам человека, способности образовывать биопленки, что способствует колонизации поверхности кишечника и т.п. Проведенные исследования доказали возможность использования отобранных десяти аутоштаммов в качестве пробиотиков. В дальнейших исследованиях планируется изучение пробиотических свойств консорциумов, составленных на основании данных о биосовместимости описанных штаммов.
Полученные аутоштаммы Lactobacillus spp. обладают высокой адгезионной способностью, кислотообразующей и антагонистической активностью и по результатам исследований могут быть определены как кандидаты для дальнейших исследований и создания эффективных новых пробиотиков, также могут применяться в качестве вспомогательных препаратов для повышения эффективности лекарственной терапии и контроля заболеваний, вызываемых энтеропатогенными бактериями.
ВЫВОДЫ
1. Выделены 182 штамма Lactobacillus spp., которые с помощью микробиологических исследований и масс-спектрометрии были идентифицированы до видов: L. fermentum, L. plantarum, L. paracasei, L. acidophilus, L. salivarius, L. delbrueckii, L. brevis, L. buchneri, L. crispatus.
2. Проведена молекулярно-генетическая идентификация с помощью секвенирования консервативного гена 16S рРНК наиболее перспективных десяти штаммов Lactobacillus spp.
3. Показаны биологические свойства наиболее эффективных и перспективных аутоштаммов Lactobacillus spp.: 9SM, Dec 1, 12 Pet, Ku-f, 14 Ul- d, 15 Sul-c, 10 POD, 7LV, Куз 2, 8АМ.
4. У аутоштаммов Lactobacillus spp.: 9SM, Dec 1, Ku-f, 14 Ul-d, 15 Sul- c, 10 POD, 7LV, Куз 2, 8АМ обнаружена межштаммовая бионесовместимость к другим исследуемым аутоштаммам, тогда как L. fermentum 12 Pet не показал никаких негативных влияний на другие штаммы.
5. Собрана коллекция аутоштаммов-кандидатов для дальнейшего их изучения и разработки пробиотиков и БАД на их основе.
1. Баженов Л.Г., Бондаренко В.М., Лыкова Е.А. и др. Изучение антагонистического действия лактобацилл на Helicobacter pylori. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1997 № 3 С. 89-91.
2. Бойцов А.Г., Рищук С.В., Ильясов Ю.Ю., Гречанинова Т.А. Адгезия лактобактерий к клеткам вагинального и буккального эпителия. Вестник Санкт-Петербургской медицинской академии им. И.И. Мечникова. 2004. 4 (5). 191-3.
3. Боровкова Е.А., Алиева Е.В., Ковалев Д.А. и др. Оценка безопасности индигенных лактобацилл кишечника, перспективных в качестве аутопробиотиков. Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2020. № 7. С. 14-19.
4. Вершинина З. Р., Чубукова О. В., Никоноров Ю. М., Хакимова Л. Р.,
Лавина А. М., Каримова Л. Р., Баймиев Ан. Х., Баймиев А. Х. Влияние сверхэкспрессии гена rosR на образование биопленок бактериями Rhizobium leguminosarum. Микробиология. 2021. Т. 90. № 2. С. 191-203. doi:
10.31857/S0026365621020154
5. Головач Т.Н. Опыт совместного культивирования лактобацилл. Микробиологический журн. 2004. № 6. С. 23-25.
6. ГОСТ 3624-92. Молоко и молочные продукты. Титриметрические методы определения кислотности. 1994.
7. Ермоленко Е.И., Ерофеев Н.П., Захарова Л.Б., Парийская Е.Н., Котылева М.П., Крамская Т.А., Карасева А.Б., Суворов А.Н. Особенности состава микробиоты и моторики кишечника после коррекции экспериментального дисбиоза пробиотическими и аутопробиотическими энтерококками. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2017. № 7 (143). С. 89-96.
8. Зюбр Т.П., Мурашкина И.А., Васильев И.Б.. Препараты нормофлоры. Учебно-методическое пособие. 2008. ГОУ ВПО ИГМУ РОСЗДРАВА. 59 с.
9. Ильин В.К., Кирюхина Н.В. Синдром нарушения колонизационной резистентности человека в искусственной среде обитания и его профилактика. Acta Naturae. 2014; 6(2(21)): 11-20.
10. Попова-Борзашка С., Коршунов В.М., Тарабрина Н.П., Боссарт Б. Определение антагонистической активности лактобактерий Солко (Lactobacillus acidophilus Ldt 11/83) при использовании гнотобиологической технологии. Журн. микробиол., эпидемиол. и иммунобиол. 1990. № 9. С. 3-6.
11. Рудакова М.А., Галицкая П.Ю., Селивановская С.Ю.
Биосурфактанты: современные тренды применения. Ученые записки
казанского университета. Серия естественные науки. 2021, Т. 163. С. 177-208. doi: 10.26907/2542-064X.2021.2.177-208
12. Симаненков В.И., Бакулина Н.В., Тихонов С.В., Ермоленко Е.И., Декканова В.Д., Котылева М.П., Лавренова Н.С., Воропаева Л.С., Коржева М.Д., Суворов А.Н., Цапиева А.Н. Эффективность и безопасность аутопробиотической терапии у пациентов с сахарным диабетом второго типа, Медицинский алфавит. 2020. № 30. С. 48-53
13. Соловьева И.В., Точилина А.Г., Новикова Н.А., Белова И.В., Иванова Т.П., Соколова К.Я. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 2 (2). С. 462-468
14. Соловьева О.И., Симаненков В.И., Суворов А.Н., Ермоленко Е.И., Шумихина И.А., Свиридо Д.А. Использование пробиотиков и аутопробиотиков в лечении синдрома раздраженной толстой кишки.
Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2017. № 7 (143). С. 115-120.
15. Суворов А. Н. Микробная персонифицированная терапия как новый инструмент лечащего врача // Российский журнал персонализированной медицины. 2022. Т. 2. № 1. С. 51-62...163