Exopolysackarider som härrör från probiotiska bakterier och deras hälsofördelar. (2023)

INTRODUKTION

Ordet probiotisk har sitt ursprung spårat tillbaka till latin och det betyder "för livet". De har funnits länge inom yoghurt, öl, bröd, kefir och vin. (1) Henry Tessler från Pasteur Institute i Paris rapporterade 1899 att Bifidobacterium i tarmarna hos ammade spädbarn resulterade i färre diarréepisoder. År 1907 kastade Eli Metchnikoff ljus över hälsofördelarna med probiotika. (2) Den nuvarande beskrivningen av probiotika är att de är "levande mikroorganismer som när de administreras i tillräckliga mängder ger värden en hälsofördel". (3) International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) konstaterar att eventuella kommensala organismer i tarmen inte kan kallas probiotika om inte de karakteriserade stammarna har bevisats ha hälsofördelar. (4) Flera arter av Lactobacillus och Bifidobacterium har ofta identifierats som probiotika. (5) Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium animalis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei och Lactobacillus salivarus är några exempel. Studier har också avslöjat potentiella nästa generations probiotika (NGP) som Bacteroides thetaiotaomicron, Christensenella minuta, Akkermansia muciniphila, Prevotella copri och Parabacteroides goldsteinii. (6) De har vunnit popularitet främst för att de koloniserar tarmen, konkurrerar utesluter patogener och bidrar till värdens försvarsmekanismer. Men användningen av hela celler av probiotiska bakterier har väckt oro i det vetenskapliga samfundet på grund av säkerhetsproblem som är förknippade med dem, särskilt bland individer med nedsatt immunförsvar, spädbarn och patienter med underliggande tillstånd. (7) Detta har lett till en förskjutning i fokus från hela celler till cellkomponenter och metaboliter som exopolysackarider, (8) sideroforer, antibiotika och bakteriociner (9,10) organiska syror (11) och metaboliter som indoler, folat, sekundära gallsyror, serotonin och kortkedjiga fettsyror (SCFA) (12) som ses i figur 1. Exopolysackarider är associerade med egenskaper mot fagocytos, celligenkänning, fagattack, antibiotika eller toxiska föreningar, uttorkning och osmotisk stress, (13) induktion av autofagi och apoptos i cancercellinjer, effekter på blodtryck, antioxidantaktivitet, påverkan på blodsockernivåer och modulering av immunsystemets svar. (14) Förmågan hos EPS att interagera med mikroorganismer i tarmen och deras förmåga att modulera immunsystemet kommer att vara de aspekter som utforskas i denna recension.

Egenskaper för probiotika

De flesta av de probiotiska bakterierna är grampositiva bakterier som inte bildar sporer. De är katalasnegativa och icke-rörliga stavar. (15,16) De växer vid en ideal temperatur på 37°C och ett optimalt pH på 6,5-7,05. Det finns några probiotika som också är gramnegativa. Till exempel är Escherichia coli Nissle 1917 (EcN), eller Mutaflor gramnegativ och har använts för att behandla kronisk förstoppning och kolit i flera år. (17) För att klassificeras som ett potentiellt probiotikum måste organismen kunna motstå höga pH-förhållanden i magmiljön och ha en tolerans mot intestinala enzymer och gallsalter. (18) Förmågan att vidhäfta, växa och etablera sig i slemhinnan och i de mänskliga epitelcellerna/cellinjerna anses också vara en viktig förutsättning. (3) De bör också ha kapacitet att bekämpa patogena mikrober genom att konkurrera med dem om vidhäftning och genom att använda andra mekanismer. Andra egenskaper associerade med ett funktionellt probiotikum är proteolys, probiotisk stabilitet och livsduglighet. (3,19)

Exopolysackarider och deras struktur

Det finns två typer av polysackarider förknippade med bakterier. Den första kategorin inkluderar kapselpolysackarider som associeras med cellväggen hos bakterier och den andra kategorin inkluderar exopolysackarider (EPS) som utsöndras i miljön. (14) Exopolysackarider (EPS) produceras av alger, svampar och bakterier och är sammansatta av olika monosackarider. (20) Deras roll i bakteriell homeostas har varit välkänd. (21-23) På senare tid har studier som utforskar deras hälsofrämjande effekter ökat i antal. LAB-stammar som Lactobacillus, Streptococcus, Lactococcus och Bifidobacterium är EPS-producenter. De huvudsakliga varianterna av EPS är homopolysackarider och heteropolysackarider. (24) Dessa EPS är av två typer, nämligen homopolysackarider (HoPS) och heteropolysackarider (HePSs) beroende på om de är gjorda av ett solitärt socker som glukos eller en kombination av sockerarter i olika förhållanden (24) som i figur 2. Homopolysackarider är gjorda av glukos- eller fruktosmonosackarider och kallas beta-D-glukaner, fruktaner (ex. inulin och levan) dextraner, mutan, alternan eller reuteran (a-D-glukaner), med 3-8 repeterande enheter och polygalaktaner. (13) HoPS klassificeras beroende på olika faktorer såsom kolatomens position i bindningen, glykosyltypen och typen av koppling. (25) HePS är gjorda av två eller flera olika sockerarter såsom glukos, galaktos och ramnos i olika förhållanden. (26) Dessa olika monosackarider är arrangerade i linjära eller grenade enheter i HePS. (27) Sockerderivat som N-acetylgalaktosamin och N-acetylglukosamin används också i sammansättningen av EPS. (25) Strukturen och sammansättningen av EPS påverkas av stammarna, miljön, odlingsförhållandena, mediets sammansättning och mikrobiell tillväxthastighet. (25,26) De flesta av EPS är HePS som syntetiseras av mesofila organismer såsom Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus lactis subsp. cremoris, Lactobacillus sakei och termofila Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus och Lactobacillus helveticus. (27)

Hälsofördelar med EPS

Exopolysackariderna associerade med LAB:s är kopplade till hälsofördelar såsom anti-ulcus-egenskaper, underhåll av tarmbarriär, anti-biofilm-egenskap mot patogener, anti-cancer-egenskaper, (28) och immunmodulerande egenskaper som observerats i figur 3. (25) De påverkar produktionen av cytokiner, lymfocyter och NK-celler. Denna förmåga att modulera påverkas av polysackaridens molekylvikt och dess monosackaridsammansättning. (13) (29) Några av exopolysackaridernas egenskaper när det gäller att främja hälsan beskrivs nedan.

Antibakteriella och anti-biofilmegenskaper hos exopolysackarider

LAB-härledda EPS:er har visat sig ha antimikrobiell aktivitet mot patogena organismer. Följande mekanismer relaterar till den antimikrobiella aktiviteten av EPS under olika förhållanden:

a. rotation mot värdbarriäravbrott.

b. arvtagares förmåga att störa biofilmbildning

c. förmågan att konkurrenskraftigt hindra spridningen av patogena organismer. (27)

(a) rotation mot värdbarriäravbrott

HePS tillhörande Bifidobacterium animalis, Bifidobacterium longum och Lactobacillus rhamnosus GG undersöktes för deras förmåga att påverka barriärintegriteten. Alla tre minskade de cytotoxiska effekterna av Bacillus cereus-toxiner på barriärintegriteten i en modell som använder Caco-2-celler. (30) I en annan studie visade EPS-1 producerad av Streptococcus thermophilus MN-BM-A01 när den användes i Caco-2-celler en skyddande egenskap på integriteten av tarmbarriären när den stimulerades med lipopolysackarider. (31)

(b) Deras förmåga att störa biofilmbildning

EPS erhållen från Lactobacillus rhamnosus från human bröstmjölk hämmade biofilmbildning av organismerna Escherichia coli (E. coli), Staphylococcus petrasii subsp. Pragensis KY196531 och Salmonella typhimurium (S. typhimurium) på ett koncentrationsberoende sätt. Detta observerades när det skedde en ökning av EPS-koncentrationen från 0,2 till 5 mg/ml. (32) EPS för Lactobacillus casei NA-2 isolerad från en mängd olika surkål visade antibakteriella egenskaper och antibiofilmegenskaper mot Salmonella typhimurium, Escherichia coli 0157:H7 och andra organismer. (27) I en annan studie hindrade exopolysackarid (EPS) från Lactobacillus plantarum WLPL04 förmågan att bilda biofilm hos E. coli O157:H7, Pseudomonas aeruginosa CMCC10104, Salmonella Typhimurium ATCC13311 och a6 Staphylocus 3CCoccus. (33)

(c) Förmågan att konkurrenskraftigt hindra spridningen av patogena organismer

Heteropolymer exopolysackarid erhållen från Lactobacillus gasseri var användbar mot patogen Listeria monocytogenes MTCC 657. EPS av Lactobacillus sp. Ca6-stam uppvisade antagonistisk verkan mot Salmonella enterica och Micrococcus luteus. Båda dessa polysackarider har också studerats för deras sårläkande egenskaper. (34) EPS för Lactobacillus kefiranofaciens DN1 (EPS_DN1) studerades för dess verkan mot Salmonella Enteritidis och Listeria monocytogenes och den visade bakteriedödande effekter mot båda patogenerna när de användes i en minsta koncentration av 1 %. (35) Antibiofilmen och antibakteriella egenskaper hos Rhodotorula mucilaginosa belagd med EPS UANL-001L (rEPS-SNPs) undersöktes mot kliniskt viktiga patogener som Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), Staphylococcus aureus (S. aureus) och E. colius . rEPS-SNP visade sig vara effektiva mot patogenerna. (20) EPS av Lactobacillus brevis MSR104 visade effektiv antimikrobiell aktivitet mot olika organismer. De var också effektiva mot fria radikaler av DPPH (2,2-difenyl-1-picrylhydrazyl) och kväveoxid. (32) EPS som produceras av marina Bacillus subtilis SH1 studerades för dess antibakteriella och antivirala aktivitet. Den antibakteriella aktiviteten visades huvudsakligen mot Streptococcus faecalis följt av Pseudomonas aeruginosa och Aeromonas hydrophilas. Den visade också antiviral verkan vid 500 mikrog/ml. (36)

Immunmodulering med EPS

Den första försvarslinjen inkluderar barriärer som hjälper till att försvara kroppen från infektion. Polysackarider producerade av mikroorganismer som gemensamt kallas mikrobiellt producerade glykaner (MPG) är en avgörande del av detta försvar i tarmen. (37) Beroende på om de finns i kommensalerna eller i patogenerna, kan de vara en välsignelse eller en förödelse. Flera forskare har visat att mikrobiella exopolysackarider har en skyddande effekt mot olika försvarsmekanismer hos värdarna och några av de föreslagna mekanismerna visas i figur 4.

Tarmen skyddas från patogener av (a) Slemskiktet (38) (b) Kommensaler som konkurrerar med patogener. (39) En av de främsta anledningarna till att smittsamma organismer tar över tarmen är frånvaron av skyddande bakterier och överbeläggning av patogener. Ett tjockt slemskikt förhindrar också patogener från att kolonisera. Slemlagrets tjocklek och egenskaper är också beroende av mikrobiota. (38) De kommensala organismerna spelar således en viktig roll för att skydda mot patogener, både direkt och indirekt. Probiotiska bakterier som Bifidobacterium har förmågan att upprätthålla en homeostatisk balans i sammansättningen av tarmmikrobiota hos nyfödda och vuxna eftersom de är en av de första kolonisatörerna av tarmen. Bifidobacterium visar immunmodulerande egenskaper genom att hämma patogena mikrober från att fästa vid tarmväggen. De interagerar också med andra nyttiga mikrober och hjälper till med nedbrytningen av annars resistenta polysackarider vilket resulterar i produktion av antimikrobiella föreningar. (40) Det finns andra mekanismer som involverar B- och T-celler som immunsystemet har på plats för att säkerställa att de patogena mikroorganismerna förstörs när de bryter mot enterocytbarriären. Probiotiska bakterier fungerar genom att förbättra effektiviteten hos dessa befintliga försvarsmekanismer. De är också förknippade med att nedreglera överkänsliga reaktioner och istället skapa ett balanserat svar. (39)

När en bakterie kommer in i tarmen, producerar tarmepitelet antimikrobiella peptider (AMP) som katelicidiner och defensiner. (37) Bland dem är humant a-defensin 5 (HD-5) en antimikrobiell peptid som ses i tunntarmen i den högsta andelen. (62) MPG har förmågan att blockera dessa defensiner och skydda bakterierna. När HD-5 verkar på enteropatogen Escherichia coli (EPEC), kan en vildtyp EPEC bättre motstå denna attack jämfört med en oinkapslad EPEC på grund av närvaron av MPG i den förstnämnda kategorin. Skydd av den oinkapslade stammen möjliggörs genom tillsats av externa polysackarider som binder till HD-5 och förhindrar inträde i bakteriemembranet. (37,62) En annan studie visar galaktoserika långa exopolysackarider (EPS) erhållna från Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) som bildar en skyddande barriär mot LL-37, som är ett katjoniskt protein som tillhör katelicidinfamiljen som finns i mag-tarmkanalen hos människor . (37) Det visade sig att när koncentrationer av LL-37 är subinhiberande, sker en ökad produktion av EPS, vilket betyder att EPS-framställningen justeras för att uppnå en balans mellan undanflykt från immunsystemet och vidhäftning. (63) I en annan studie uppvisade skyddande egenskaper också av Lactococcus lactis cellväggspolysackarid pellicle. De visar skyddande effekter mot murin makrofaginducerad fagocytos. (64) Vissa probiotiska bakterier producerar metaboliter som förbättrar barriärfunktionen. Bifidobacterium longum underart infantis (B. longum) är ett exempel eftersom den har visat sig förbättra barriärfunktionen genom att göra kortkedjiga fettsyraacetater (SCFA) som inducerar skydd mot dödliga infektioner med enterohemorragisk E. coli (EHEC). Vissa probiotika modulerar immunsvar genom att interagera med tarmepitelceller. Ett exempel på detta är K5-kapseln uttryckt av E. coli 1917. Escherichia coli-stam Nissle 1917 har visat sig ha immunmodulerande effekter. K5-kapsel från E. coli Nissle, stimulerar Caco-2-celler att producera kemokiner och detsamma observerades ex vivo i musens tarm. Förlusten av kapsel visade en signifikant minskning av nivåerna av immunoproteiner in vitro och ex vivo. (65) I en studie utförd på Litopenaeus vannamei, som är en sorts vit räka, visade sig EPS som härrör från Porphyridium cruentum (purpureum) stimulera immunsvaret mot Vibriosis genom att rikta in sig på det ospecifika immunsvaret. Det var en ökning av den fagocytotiska aktiviteten (PA), respiratorisk burst (RB) och totala hemocyter (THC) värde proportionell mot ökningen av koncentrationen av EPS. Dessa resultat tyder på att EPS fungerar som en immunstimulator eller modulator (50) Se-ECZ-EPS-1 är en exopolysackarid som är selenberikad och härrör från bakterien Enterobacter cloacae Z0206. Det undersöktes för dess immunmodulerande egenskaper. EPS var gjord av glukos, mannos och galaktos. Organismen odlades i natriumselenit innehållande potatisdextrosagarmedium. När selen innehållande Se-ECZ-EPS-1 administrerades till djur som exponerades för cyklofosfamid (CP) skedde en förbättring av de humorala och cellulära immunsvaren. De orsakade också en ökning av den relativa vikten av tymus och mjälten, vilket är signifikanta indikatorer på ospecifik typ av immunitet. (66)

En annan föreslagen mekanism för verkan av yt-EPS är att undvika B-cellssvar. Yt-EPS av Bifidobacterium breve UCC2003 hjälper till att undvika ett svar från de adaptiva B-cellerna, hjälper till att kolonisera värden genom att vara immunologiskt tyst och minskar också patogenkolonisering. När organismer med (EPS+) och utan (EPS -) EPS jämfördes, fann man att EPS-organismer utvecklade ett starkt immunsvar medan EPS+-individer utvecklade ett svagt svar på grund av den maskerande effekten av EPS på bakterierna. (55)

EPS som ett antiinflammatoriskt medel vid tolerogena svar

Inflammation är när kroppen reagerar på vävnadsskada eller en infektion genom att producera kemokiner, cytokiner och olika vasoaktiva aminer. (67) Det medfödda immunsystemet använder transmembranreceptorer som kallas toll-like receptor (TLR) för att interagera med unika platser i patogenen. (68) Detta engagemang driver den MyD88-beroende initieringen av nukleär faktor kB (NFkB) och andra transkriptionsfaktorer som aktiverar proinflammatoriska cytokingener. (69) Under en kort period sker en uppreglering i produktionen av proinflammatoriska cytokiner och en nedreglering i produktionen av antiinflammatoriska cytokiner som visas i figur 5. En förlängning av detta kan vara ett tecken på sjukdom (13) och i sådana fall EPS producerad av probiotika har använts i ett försök att framkalla immuntolerans.

Som visas i exemplen med som markerats i tabellen har många forskare visat ett samband mellan EPS-användning och en ökning av nivåerna av Interleukin-10 (IL-10) tillsammans med en minskning av nivåerna av pro-inflammatoriska cytokiner. Bifidobacterium longum subsp. longum 35624 är kopplat till förhöjd IL-10-produktion och minskad produktion av proinflammatoriska biomarkörer. (51) EPS från L. rhamnosus RW-9595M visade en förhöjd nivå av IL-10 och en minskning av mängderna TNF-a som orsakade en undertryckande effekt på makrofager. (41) Det fanns en minskning av utsöndringen av pro-inflammatoriska cytokiner i svintarm genom verkan av Lactobacillus plantarum stam 14 utsöndrad EPS. (42) Lactobacillus gasseri-stammar (G10 och H15) som hittats i mänsklig vagina under normala förhållanden användes för EPS-extraktion och det visade sig att det fanns en ökning av IL-10-produktion och minskning av TNF-a-produktion som resulterade i antiinflammatorisk egenskaper som visas på HeLa-celler. (49) Andra bakteriella exopolysackarider är också kopplade till förändringar i IL-10-koncentrationen och de associerade proinflammatoriska cytokinerna. EPS producerat av B. longum BCRC 14634 användes mot murina J77A.1-makrofager. EPS-exponering resulterade i tillväxt och en ökning av produktionen av cytokin IL10 jämfört med de med basala nivåer av EPS. EPS-behandling minskar även TNF-a-sekretion och variationer i J774A.1-cellstrukturen. (52) EPS från Bifidobacterium animalis subsp. lactis IPLA-R1 som är rik på rhamnos var också associerad med ökad IL10-produktion och minskad TNF-alfa-produktion. (53) EPS producerat av Bifidobacterium breve UCC2003 var kopplat till en ökning av proinflammatorisk TNF-a], IL12 och INF-y i murina modeller och detta var förknippat med en skyddande verkan mot Citrobacter rodentium-infektion. (55) En vattenlöslig heteropolysackarid (EPS-1) producerad av Streptococcus thermophilus MN-BM-A01 kontrollerades med avseende på dess sjukdomslindrande egenskap på murin modell av kolit. EPS var gjord av galaktos, glukos, ramnos och mannos i ett molförhållande av 12,9:26,0:60,9:0,25 och hade en molekylvikt av 4,23 * [105] Da. Sjukdomens svårighetsgrad hos mus visade sig minska på grund av verkan av den administrerade EPS-1. Detta indikerades av en minskning av sjukdomsaktivitetsindexet. En sänkning av nivåerna av cytokiner sågs tillsammans med en ökning av uttrycket av tight junction-protein. (31)

Bacteroides fragilis producerar en polysackarid A, PSA som undersöktes för sin förmåga att skydda mot kolit inducerad av Helicobacter hepaticus. I frånvaro av PSA fanns en ökning av cytokiner som är proinflammatoriska i funktion och administrering av PSA sågs undertrycka interleukin-17-produktion. (54) Studier av svinsystem är viktiga eftersom mag-tarmkanalen hos svin liknar det mänskliga systemet bättre än möss. Flera studier har använt PIE-celler för att observera naturen hos probiotiska exopolysackarider på porcine gut pattern recognition receptors (PRR). (70) EPS från Lactobacillus delbrueckii subsp. delbrueckii TUA4408L (Ld) och dess interaktion med TLR2-, TLR4- och TLR-negativa regulatorer studerades i porcina intestinala epiteliocytcellinjer (PIE-celler) och en nedreglering av utsöndringen av inflammatoriska cytokiner observerades. (56)

Användningen av EPS av Lactobacillus plantarum N14 (LP14)-stam minskade utsöndringen av cytokiner såsom MCP-1, IL-6 och IL-8 och i PIE-celler vid ETEC-utmaning. TLR:erna för Lactobacillus plantarum N14 (LP14) EPS kallat radioprotective 105 (RP105)/MD1-komplex, tillsammans med 2 andra, nämligen TLR4 och TLR2, undersöktes för deras inblandning i immunreglering i HE[K.sup.RP105/MD1] och HE[ K.sup.TLR2]-celler. Resultaten visade att NF-KB-aktivering skedde genom RP105 och TLR2. PIE-celler med utslagna TLR4, TLR2 och RP105 visade en minskning av förmågan att modulera pro-inflammatoriskt cytokinuttryck, vilket indikerar att EPS för LP14 kan minska inflammation på ett RP105/MD1-beroende sätt. (42) Polysackariden från Lactococcus lactis subsp. cremoris-inducerade NF-[kappa]Bs i humana embryonala njure (HEK) 293-celler konstruerade med svin TLR2 (sTLR2). (71) Eftersom NF-[kappa]B är en avgörande aktör i en rad sjukdomar som cancer och för att koordinera inflammatoriska svar, skulle EPS kunna utnyttjas för sina fördelaktiga egenskaper. (72)

TLR4 dimeriserar när det aktiveras och orsakar en initiering av ett svar som är proinflammatoriskt till sin natur. Bindning av en ligand till en TLR förmedlar signalering via en myeloid differentierings primär respons gen 88 (MyD88)-beroende väg eller en MyD88-oberoende väg. Den MyD88-beroende signaleringen gör att NFkB aktiverar transkription av pro-inflammatoriska cytokingener. MyD88-beroende väg utlöser också det mitogenaktiverade proteinkinaset (MAPK) som JNK och p38 för att aktiveras70. Ld EPS hämmade aktivering av MAPK och NFkB genom att uppreglera TLR-negativa regulatorer. (56)

EPS påverkade immuncellsförändringar

EPS från Lactobacillus delbrueckii (L. delbrueckii) subssp. bulgaricus OLL1073R kunde aktivera naturliga mördarceller och inducera produktionen av interferon gamma (IFN-y) hos möss. (43) De immunmodulerande egenskaperna hos exopolysackariden av Lactobacillus johnsonnii 142 testades på friska möss och möss som inducerades med inflammatorisk tarmsjukdom (IBD). Studien visade att sammansättningen av EPS skilde sig hos möss med IBD och utan. EPS främjade dendritisk celldifferentiering och inducerade preferentiellt immunsvar från Th-2-celler. (57) På grund av toxiciteten hos befintliga adjuvans som Freunds kompletta adjuvans (FCA) och lipopolysackarid (LPS) har endast adjuvans som alun som är partiella adjuvans vunnit klinisk acceptans. EPS för probiotika Lactobacillus casei WXD030 (L-EPS) utvärderades för dess adjuvansegenskaper. Det inducerade bättre produktion av IL-4 och IFN-[gamma] i CD4+ T-celler jämfört med alun, vilket förbättrade cytokinutsöndringar och hjälpar-T-cellssvar 58. L-EPS orsakade också en ökning av produktionen av MHC II, CD80, CD86 och CD40 på dendritiska cellytor och en ökning av RAW264.7-makrofagproduktionen av TNF-a, IL-6 och IL-1p vid behandling med EPS. (58) Produktionen av kollagenspecifik-IgG-antikroppar minskade på grund av verkan av rå EPS av Lactobacillus rhamnosus KL. (37) Hos möss var det en förbättring av tillståndet för kollageninducerad artrit (CIA) när LPS användes som adjuvans. (59) De fortsatte sin forskning med användning av högrenad form av EPS för att eliminera bidraget från andra komponenter i råextraktet till de gynnsamma effekterna av EPS. EPS från Leuconostoc mesenteroides stam NTM048(NTM048 EPS) har en molekylvikt på 10-40kDA och är gjord av glukos och fruktos. Det har visat förmågan att inducera Ig-A-produktion i Peyers patchceller. (61)

Celltypsspecifika antitumöregenskaper hos exopolysackarider

Cancer är ett tillstånd när celler genomgår snabb delning och berövar friska vävnader näring. Bröst-, lung-, prostata-, kolon-, ändtarms- och hudcancer är några av de vanligaste cancerformerna i världen. (73) Potentialen för EPS från probiotika att användas som anti-cancermedel kretsar kring förebyggande av tumörbildning, apoptos av cancerceller och förbättring av immuniteten. Den inneboende apoptotiska vägen involverar BCl-2, BAX, kaspas-9 och kaspas-3. Den yttre vägen har kaspas-10 och kaspas-8. Kaspas-3-aktivering visar generellt kärnfragmentering, cellkrympning och kromatinkondensation utan att skada friska vävnader. (13) Exopolysackariders verkan på olika cancercellinjer har undersökts och vissa forskare har visat ett positivt samband mellan EPS-verkan och hämning av cancerceller. Aktiviteten av EPS116, EPS från Lactobacillus plantarum (L. plantarum) NCU116 och dess roll i cancerceller studerades i CT26-celler som är en typ av tarm-epitelcancerceller från mus. EPS116 hämmade tillväxten och proliferationen av CT26-cellerna genom att inducera den apoptotiska vägen. Detta indikerades av en markant ökning av aktiviteten hos gener som är pro-apoptotiska till sin natur, såsom Fasl, Fas och c-Jun och en uppreglering av TLR2 (Toll like receptor 2). Anti-canceraktiviteten hos EPS116 kan bero på den c-Jun-beroende Fas/Fasl-medierade apoptosen via TLR2. (23) EPS som produceras av G10 och H15, som är två stammar av L. gasseri, isolerade från en frisk mänsklig vagina när de undersöktes med avseende på deras förmåga att förhindra tillväxt av livmoderhalscancerceller (HeLa) visade sig initiera apoptos i HeLa-celler med en ökning av Caspase 3 och Bax. Monosackaridsammansättningen av EPS spelade en roll vid apoptosinduktion. (49) EPS från L. plantarum YW32 visade repressiv aktivitet mot koloncancercellinjen, HT-29. (44) Ett undertryckande av HT-29-celltillväxt observerades också när EPS från L. casei M5-, L. casei SB27-, L.casei K11- och L. casei X12-stammar användes. Detta berodde på induktionen av G0/G1-cellcykelstopp och apoptos. (46) De tumörundertryckande effekterna av EPS från Lactobacillus acidophilus DSMZ 20079 observerades i human koloncancer (CaCo-2) och human bröstcancer (MCF7) cellinjer. Det visade sig att det fanns en ökning av produktionen av IKba-, P53- och TGF-gener på grund av verkan av EPS. (45) Oligosackariden visade reglerande effekter på de apoptotiska och NF-[kappa]B-inflammatoriska vägarna45. Verkan av EPS från Lactobacillus acidophilus observerades på koloncancercellinjer, nämligen HCT15 och CaCo2. Det visade sig att EPS hämmar uttrycket av gener som behövs för tumörangiogenes och överlevnad genom att nedreglera uttrycket av vaskulär endoteltillväxtfaktor (VEGF), hypoxiinducerbar faktor-la (HIF-1a) och uppreglera uttrycket av vävnadshämmare av metalloproteinaser-3 och andra proteiner associerade med angiogenes. (47) Tillsammans med antibakteriella och antivirala egenskaper uppvisade den tidigare nämnda EPS som erhållits från marina Bacillus subtilis SH1 också antitumöregenskaper mot HCT-116, HepG2 och MCF-7. (36) Sur EPS av marin Bacillus amyloliquefaciens 3MS 2017 (BAEPS), visade antibröstcanceraktivitet (MCF-7) hos honråttor via mekanismer som hämning av cyklooxygenas-2 och genom att påverka cancertillväxthastighetsbegränsande enzymer som t.ex. som aromatas och Na+/K+. (28)

Flera fynd tyder på att EPS som ett anti-cancermedel hämmar cellproliferationen på ett celltypsspecifikt sätt vilket resulterar i icke-identiska cellulära svar på EPS-behandling. Bakteriella polysackarider som undersöktes för deras anticanceraktivitet mot humana cancercellinjer visade att EPS fungerar effektivt som ett terapeutiskt medel mot bröstcancer-MCF7-celler genom att uppvisa cytotoxicitet mot MCF7 vid låga koncentrationer utan att visa någon cytotoxicitet mot normala celler. (74) I en annan studie undertrycker Lactobacillus fermentum NCIMB 5221 när den används mot tjocktarmscancerceller tjocktarmscancerceller och främjar normal epitelial tjocktarmscelltillväxt. (75) Dessa fynd tyder på att de probiotiska bakterierna selektivt riktar sig mot cancerceller. Detta kan bero på närvaron av propionat och butyrat, eftersom histon-deacetylashämmare (HDAC) stimulerar proliferation i friska kolonceller men dödar cancerceller. (76) En studie rapporterade att Enterococcus lactis IW5-biprodukter minskade livsdugligheten hos olika cancerceller, såsom MCF7, HeLa, AGS och HT-29. De rapporterade att den primära mekanismen som används av exopolysackarider för att bekämpa cancerceller är via aktivering av apoptos i cancerceller. (77)

Exopolysackarider som modulatorer av tarmmikrobiotan

Studier på immunmodulering har visat ett starkt samband mellan minskade nivåer av Bifidobacterium i tarmen och ökad förekomst av atopiska sjukdomar hos barn mellan 3 månader och 3 år. Detta beror på att dessa organismer kan reglera immunsvar genom att förändra tarmens mikrobiota. (53) Probiotiska stammar av Lactobacilli och Bifidobacterium har visat sig påverka immunsystemet genom att kontrollera produktionen av proinflammatoriska och antiinflammatoriska cytokiner och T-hjälparceller (Th). (78) En studie fann att Lactobacillus-exponerade humana myeloida dendritiska celler (MDC) uppreglerade uttrycket av olika differentieringskluster och utsöndrade höga nivåer av IL-18 och IL-12. (79) Lactobacillus kefiranofaciens som finns i mejeriprodukten kefir producerar en EPS som kallas kefiran som har visat förmågan att störa patogentillväxt. (80) EPS interagerar med toxiner som produceras av bakterier och stör deras vidhäftning på eukaryota celler. Vissa EPS fungerar som asätare som kelerar bakteriella toxiner och andra blockerar toxinreceptorerna på cellytor. (30) Vildtyp Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) innehållande långa galaktosrika exopolysackarider (EPS) visade sig fungera bättre i de nedre delarna av tarmen jämfört med den isogena EPS-mutanten CMPG5351. (63) EPS från Bacillus amyloliquefaciens kallad EPS-K4 har visat förmågan att utsöndra mucin som hjälper till att upprätthålla integriteten hos tarmbarriären och minska produktionen av endotoxiner i serumet. (21)

SLUTSATS

Under de senaste åren har forskare visat stort intresse för att använda exopolysackarider. Detta beror på de olika hälsofördelarna som de ger. De föredras framför hela probiotiska celler på grund av riskerna med användningen av hela celler bland immunförsvagade individer. Det finns olika typer av exopolysackarider som klassificeras utifrån struktur, funktion och deras placering i cellen. Även om de är förknippade med flera branscher som livsmedel och kosmetika, har deras roll som hälsofrämjare fått maximal uppmärksamhet. Exopolysackarider påverkar hur mikroorganismer interagerar i värdtarmen och hur värdens immunsystem reagerar på dessa organismer. Dessa exopolysackarider har visat sig vara användbara som modulatorer av immunsystemet, som anti-biofilmbildande medel och har också visat sig vara effektiva mot kolesterol, cancer och virus. Vissa EPS undviker överdrivna immunsvar och andra hjälper värdorganismen att konkurrera med patogenerna om vanliga nischer. Flera fördelaktiga aspekter av EPS har lyfts fram i denna recension. Men för att den fulla potentialen av EPS ska utforskas finns det ett behov av mer forskning relaterad till deras struktur och funktion. De har en enorm potential att användas inom det medicinska området eftersom deras immunmodulerande egenskaper kan vara till terapeutisk nytta för människor. En bättre förståelse av deras moduleringsmekanism kommer att hjälpa till att använda dem effektivt. Men för framtida forskning finns det ett behov av att belysa deras strukturella sammansättning mer eftersom strukturen direkt påverkar funktionen. Även om flera forskare har klarlagt strukturen hos olika polysackarider, är informationen otillräcklig för att fastställa de exakta struktur-funktionssambanden. En av anledningarna till att det inte har funnits tillräckligt med data om EPS-strukturen beror på den låga EPS-avkastningen. Forskare kan också undersöka möjligheten att syntetisera EPS artificiellt eftersom modifieringar för att skapa specifik EPS kan förbättra specifika funktioner hos EPS. Procedurerna som används för att extrahera EPS måste också vara exakta eftersom föroreningar som lipopolysackarider kan hindra extraktionsprocessen eller ändra egenskaperna hos EPS. Om man inte gör detta kommer informationen om kemisk sammansättning, molekylvikt och struktur-funktionsassociationerna att vara långt ifrån korrekta. Om vi ​​avser att se en ökad användning av exopolysackarider inom hälsosektorn är det nödvändigt att ha fler insikter om deras positiva effekter.

TACK

Författarna vill tacka Department of Life Sciences och Center for Research, CHRIST (Deemed to be University), Indien. Grafiska illustrationer gjordes med hjälp av bilder från Servier Medical Art (https://smart.servier.com/), reproducerade under Creative Commons License attribution 3.0 Unported License.

INTRESSEKONFLIKT

Författarna förklarar att det inte föreligger någon intressekonflikt.

FÖRFATTARES BIDRAG

Alla listade författare har gjort ett betydande, direkt och intellektuellt bidrag till verket och godkänt det för publicering.

FINANSIERING

Denna studie stöddes av CHRIST (Deemed to be University), Bengaluru, Indien. Under finansieringsnumret MRP-DSC_1936.

DATA TILLGÄNGLIGHET

Alla datauppsättningar som genereras eller analyseras under denna studie ingår i manuskriptet.

ETIKUTTALANDE

Inte tillämpbar.

REFERENSER

(1.) Ozen M, Dinleyici EC. Probiotikas historia: den oberättade historien. Benef Mikrober. 2015;6(2):159-165. doi: 10.3920/BM2014.0103

(2.) Islam SU. Klinisk användning av probiotika. Medicin (Baltimore). 2016;95(5):e2658. doi: 10.1097/MD.0000000000002658

(3.) Kim JA, Bayo J, Cha J, et al. Undersöker de probiotiska egenskaperna hos fyra mikrobiella stammar med potentiell tillämpning inom foderindustrin. PLoS One. 2019;14(6):e0218922. doi: 10.1371/journal.pone.0218922

(4.) Hill C, Guarner F, Reid G, et al. Expertkonsensusdokument. International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics konsensusuttalande om omfattningen och lämplig användning av termen probiotika. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2014;11(8):506-514. doi: 10.1038/nrgastro.2014.66

(5.) Song D, Ibrahim S, Hayek S. Recent Application of Probiotics in Food and Agricultural Science. 2012. doi: 10.5772/50121

(6.) Shenoy A, Gottlieb A. Probiotika för oral och vulvovaginal candidiasis: En recension. Dermatol Ther. 2019;32(4):e12970. doi: 10.1111/dth.12970

(7.) Doron S, Snydman DR. Risk och säkerhet med probiotika. Clin Infect Dis. 2015;60(suppl_2):S129-S134. doi: 10.1093/cid/civ085

(8.) Abdalla AK, Ayyash MM, Olaimat AN, et al. Exopolysackarider som antimikrobiella medel: mekanism och aktivitetsspektrum. Främre Microbiol. 2021;12:664395. doi: 10.3389/fmicb.2021.664395

(9.) Gaspar C, Donders GG, Palmeira-de-Oliveira R, et al. Bakteriocinproduktion av probiotikan Lactobacillus acidophilus KS400. AMB Express. 2018;8(1):153. doi: 10.1186/s13568-018-0679-z

(10.) Hoseinifar SH, Sun YZ, Wang A, Zhou Z. Probiotika som medel för att kontrollera sjukdomar i vattenbruk, en översyn av nuvarande kunskap och framtidsperspektiv. Främre Microbiol. 2018. doi: 10.3389/fmicb.2018.02429

(11.) Pavlova AS, Ozhegov GD, Arapidi GP, et al. Identifiering av antimikrobiella peptider från en ny Lactobacillus Fermentum-stam. Protein J. 2020;39(1):73-84. doi: 10.1007/s10930-019-09879-8

(12.) Chang CJ, Lin TL, Tsai YL, et al. Nästa generations probiotika i sjukdomsförbättring. J Food Drug Anal. 2019;27(3):615-622. doi: 10.1016/j.jfda.2018.12.011

(13.) Angelin J, Kavitha M. Exopolysackarider från probiotiska bakterier och deras hälsopotential. Int J Biol Macromol. 2020;162:853-865. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.190

(14.) Dinic M, Pecikoza U, Djokic J, et al. Exopolysackarid producerad av probiotisk stam Lactobacillus paraplantarum BGCG11 minskar inflammatorisk hyperalgesi hos råttor. Front Pharmacol. 2018;9:1. doi: 10.3389/fphar.2018.00001

(15.) Yasmin I, Saeed M, Khan WA, et al. In vitro probiotisk potential och säkerhetsutvärdering (hemolytisk, cytotoxisk aktivitet) av Bifidobacterium-stammar isolerade från rå kamelmjölk. Mikroorganismer. 2020;8(3):354. doi: 10.3390/mikroorganismer8030354

(16.) Somashekaraiah R, Shruthi B, Deepthi BV, Sreenivasa MY. Probiotiska egenskaper hos mjölksyrabakterier isolerade från Neera: En naturligt fermenterande kokospalmnektar. Främre Microbiol. 2019. doi: 10.3389/fmicb.2019.01382

(17.) Behnsen J, Deriu E, Sassone-Corsi M, Raffatellu M. Probiotika: egenskaper, exempel och specifika tillämpningar. Cold Spring Harb Perspect Med. 2013;3(3):a010074. doi: 10.1101/cshperspect.a010074

(18.) Plaza-Diaz J, Ruiz-Ojeda FJ, Gil-Campos M, Gil A. Verkningsmekanismer för probiotika. Adv Nutr. 2019;10(suppl_1):S49-S66. doi: 10.1093/advances/nmy063

(19.) Fijan S. Mikroorganismer med påstådda probiotiska egenskaper: en översikt över den senaste litteraturen. Int J Environ Res Public Health. 2014;11(5):4745-4767. doi: 10.3390/ijerph110504745

(20.) Vazquez-Rodriguez A, Vasto-Anzaldo XG, Leon-Buitimea A, Zarate X, Morones-Ramirez JR. Antibakteriell och antibiofilmaktivitet av biosyntetiserade silvernanopartiklar belagda med exopolysackarider erhållna från Rhodotorula mucilaginosa. IEEE Trans NanoBioscience. 2020;19(3):498-503. doi: 10.1109/TNB.2020.2985101

(21.) hua KJ, Yan HY, Shuang HJ, Jia YJ, Yu ZQ, Mei LD. Exopolysackarider från Bacillus amyloliquefaciens DMBA-K4 förbättrar dextran-natriumsulfat-inducerad kolit via tarmmikrobiotamodulering. J Funct Foods. 2020;75:104212. doi: 10.1016/j.jff. 2020.104212

(22.) Xie Z, Bai Y, Chen G, et al. Modulering av tarmhomeostas med exopolysackarider från Aspergillus cristatus (MK346334), en svampstam isolerad från Fuzhuan tegelte, bidrar till immunmodulerande aktivitet hos cyklofosfamidbehandlade möss. Matfunktion. 2020;11(12):10397-10412. doi: 10.1039/D0FO02272A

(23.) Zhou X, Hong T, Yu Q, et al. Exopolysackarider från Lactobacillus plantarum NCU116 inducerar c-Jun-beroende Fas/Fasl-medierad apoptos via TLR2 i mus intestinala epitelial cancerceller. Sci Rep. 2017;7(1):14247. doi: 10.1038/s41598-017-14178-2

(24.) Ciszek-Lenda M. Biologiska funktioner av exopolysackarider från probiotiska bakterier. Cent Eur J Immunol. 2011:36(1):51-55.

(25.) Saadat YR, Khosroushahi AY, Gargari BP. En omfattande genomgång av anticancer, immunmodulerande och hälsogynnsamma effekter av mjölksyrabakteriers exopolysackarider. Kolhydratpolymer. Upp. 2019;217:79–8 doi: 10.1016/j.carbpol.2019.04.025

(26.) Silva LA, Lopes Neto JHP, Cardarelli HR. Exopolysackarider producerade av Lactobacillus plantarum: tekniska egenskaper, biologisk aktivitet och potentiell användning inom livsmedelsindustrin. Ann Microbiol. 2019;69(4):321-328. doi: 10.1007/s13213-019-01456-9

(27.) Xu X, Peng Q, Zhang Y, et al. Antibakteriell potential hos en ny Lactobacillus casei-stam isolerad från kinesisk nordost surkål och antibiofilmaktiviteten hos dess exopolysackarider. Matfunktion. 2020;11(5):4697-4706. doi: 10.1039/D0FO00905A

(28.) Ibrahim AY, Youness ER, Mahmoud MG, Asker MS, El-Newary SA. Sur exopolysackarid producerad från Marine Bacillus amyloliquefaciens 3MS 2017 för skydd och behandling av bröstcancer. Bröstcancer Basic Clin Res. 2020;14:1178223420902075. doi: 10.1177/1178223420902075

(29.) Juraskova D, Ribeiro SC, Silva CCG. Exopolysackarider producerade av mjölksyrabakterier: från biosyntes till hälsofrämjande egenskaper. Foods Basel Switz. 2022;11(2):156. doi: 10.3390/foods11020156

(30.) Ruas-Madiedo P. Biosyntes och bioaktivitet av exopolysackarider producerade av probiotiska bakterier. Mat Oligosackarider. 2014:118-133. doi: 10.1002/9781118817360.ch8

(31.) Chen Y, Zhang M, Ren F. A Role of Exopolysaccharide Produced by Streptococcus thermophilus in intestinal inflammation and mucosal barrier in Caco-2 Monolayer and Dextran Sulphate Sodium-Induced Experimental Murine Colitis. Molekyler. 2019;24(3):513. doi: 10.3390/molecules24030513

(32.) Riaz Rajoka MS, Jin M, Haobin Z, et al. Funktionell karakterisering och bioteknologisk potential för exopolysackarid producerad av Lactobacillus rhamnosus-stammar isolerade från human bröstmjölk. LWT. 2018;89:638-647. doi: 10.1016/j.lwt.2017.11.034

(33.) Liu Z, Zhang Z, Qiu L, et al. Karakterisering och bioaktiviteter av exopolysackariden från en probiotisk stam av Lactobacillus plantarum WLPL04. J Dairy Sci. 2017;100(9):6895-6905. doi: 10.3168/jds.2016-11944

(34.) Trabelsi I, Ktari N, Ben Slima S, et al. Utvärdering av dermal sårläkningsaktivitet och in vitro antibakteriella och antioxidanta aktiviteter av en ny exopolysackarid producerad av Lactobacillus sp.Ca6. Int J Biol Macromol. 2017;103:194-201. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.05.017

(35.) Jeong D, Kim DH, Kang IB, et al. Karakterisering och antibakteriell aktivitet av en ny exopolysackarid producerad av Lactobacillus kefiranofaciens DN1 isolerad från kefir. Livsmedelskontroll. 2017;78:436-442. doi: 10.1016/j.foodcont.2017.02.033

(36.) Hassan SWM, Ibrahim HAH. Produktion, karakterisering och värdefulla tillämpningar av exopolysackarider från Marine Bacillus subtilis SH1. Pol J Microbiol. 2017;66(4):449-461. doi: 10.5604/01.3001.0010.7001

(37.) Hsieh SA, Allen PM. Immunmodulerande roller av polysackaridkapslar i tarmen. Front Immunol. 2020;11:690. doi: 10.3389/fimmu.2020.00690

(38.) Sassone-Corsi M, Raffatellu M. Ingen ledig plats: hur nyttiga mikrober samarbetar med immunitet för att ge kolonisationsresistens till patogener. J Immunol Baltim Md. 2015;194(9):4081-4087. doi: 10.4049/jimmunol.1403169

(39.) Chen CC, Walker WA. Probiotika och prebiotika: roll i kliniska sjukdomstillstånd. Adv Pediatr. 2005;52:77-113. doi: 10.1016/j.yapd.2005.03.001

(40.) Pyclik M, Srutkova D, Schwarzer M, Gorska S. Bifidobacteria cellvägg-härledda exo-polysackarider, lipoteichoic syror, peptidoglykaner, polära lipider och proteiner - deras kemiska struktur och biologiska attribut. Int J Biol Macromol. 2020;147:333-349. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.12.227

(41.) Bleau C, Monges A, Rashidan K, et al. Mellanliggande kedjor av exopolysackarider från Lactobacillus rhamnosus RW-9595M ökar IL-10-produktion av makrofager. J Appl Microbiol. 2010;108(2):666-675. doi: 10.1111/j.1365-2672.2009.04450.x

(42.) Murofushi Y, Villena J, Morie K, et al. Det tollliknande receptorfamiljens protein RP105/MD1-komplex är involverat i den immunreglerande effekten av exopolysackarider från Lactobacillus plantarum N14. Mol Immunol. 2015;64(1):63-75. doi: 10.1016/j.molimm.2014.10.027

(43.) Makino S, Sato A, Goto A, et al. Förbättrad aktivering av naturliga mördarceller genom exopolysackarider härrörande från yoghurt fermenterad med Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus OLL1073R-1. J Dairy Sci. 2016;99(2):915-923. doi: 10.3168/jds.2015-10376

(44.) Wang J, Zhao X, Yang Y, Zhao A, Yang Z. Karakterisering och bioaktiviteter av en exopolysackarid producerad av Lactobacillus plantarum YW32. Int J Biol Macromol. 2015;74:119-126. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2014.12.006

(45.) El-Deeb NM, Yassin AM, Al-Madboly LA, El-Hawiet A. En ny renad Lactobacillus acidophilus 20079 exopolysackarid, LA-EPS-20079, reglerar molekylärt både apoptotiska och NF-[kappa]B i mänsklig tjocktarmscancer. Mikrobcellsfabriker. 2018;17(1):2 doi: 10.1186/s12934-018-0877-z

(46.) Di W, Zhang L, Yi H, Han X, Zhang Y, Xin L. Exopolysackarider producerade av Lactobacillus-stammar undertrycker HT 29-celltillväxt via induktion av G0/G1-cellcykelstopp och apoptos. Oncol Lett. 2018;16(3):3577-3586. doi: 10.3892/ol.2018.9129

(47.) Deepak V, Ramachandran S, Balahmar RM, et al. In vitro-utvärdering av anticanceregenskaper hos exopolysackarider från Lactobacillus acidophilus i koloncancercellinjer. Vitro Cell Dev Biol - Anim. 2016;52(2):163-173. doi: 10.1007/s11626-015-9970-3

(48.) Ghany KA, Elhafez EA, Hamouda R, Mahrous H, Ahmed F, Hamza H. Utvärdering av antioxidant- och antitumöraktiviteter hos Lactobacillus acidophilus-bakterier isolerade från egyptiska spädbarn. Int J Pharmacol. 2014;10(5):282-288. doi: 10.3923/ijp.2014.282.288

(49.) Sungur T, Aslim B, Karaaslan C, Aktas B. Effekten av exopolysackarider (EPS) av Lactobacillus gasseri-stammar isolerade från mänsklig vagina på livmoderhalstumörceller (HeLa). Anaerob. 2017;47:137-144. doi: 10.1016/j.anaerobe.2017.05.013

(50.) Risjani Y, Mutmainnah N, Manurung P, Wulan SN, Yunianta null. Exopolysackarid från Porphyridium cruentum (purpureum) är inte giftig och stimulerar immunsvar mot vibrios: bedömningen med zebrafisk och vita räkor Litopenaeus vannamei. Mar Droger. 2021;19(3):133. doi: 10.3390/md19030133

(51.) Schiavi E, Gleinser M, Molloy E, et al. Den ytassocierade exopolysackariden av Bifidobacterium longum 35624 spelar en väsentlig roll för att dämpa värdproinflammatoriska reaktioner och undertrycka lokala TH17-svar. Appl Environ Microbiol. 2016;82(24):7185-7196. doi: 10.1128/AEM.02238-16

(52.) Wu MH, Pan TM, Wu YJ, Chang SJ, Chang MS, Hu CY. Exopolysackaridaktiviteter från probiotiska bifidobakterier: Immunmodulerande effekter (på J774A.1-makrofager) och antimikrobiella egenskaper. Int J Food Microbiol. 2010;144(1):104-110. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2010.09.003

(53.) Ruiz L, Delgado S, Ruas-Madiedo P, Sanchez B, Margolles A. Bifidobacteria och deras molekylära kommunikation med immunsystemet. Främre Microbiol. 2017;8:2345. doi: 10.3389/fmicb.2017.02345

(54.) Mazmanian SK, Round JL, Kasper DL. En mikrobiell symbiosfaktor förhindrar tarminflammatoriska sjukdomar. Natur. 2008;453:620-625. doi: 10.1038/nature07008

(55.) Fanning S, Hall LJ, Cronin M, et al. Bifidobakteriell yt-exopolysackarid underlättar kommensal-värdinteraktion genom immunmodulering och patogenskydd. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012;109(6):2108-2113. doi: 10.1073/pnas.1115621109

(56.) Wachi S, Kanmani P, Tomosada Y, et al. Lactobacillus delbrueckii TUA4408L och dess extracellulära polysackarider dämpar enterotoxigen Escherichia coli-inducerad inflammatorisk respons i tarmepiteliocyter från svin via Toll-like receptor-2 och 4. Mol Nutr Food Res. 2014;58(10):2080-2093. doi: 10.1002/mnfr.201400218

(57.) Gorska S, Sandström C, Wojas-Turek J, et al. Strukturella och immunmodulerande skillnader mellan laktobaciller exopolysackarider isolerade från tarmar hos möss med experimentellt inducerad inflammatorisk tarmsjukdom. Sci Rep. 2016;6(1):37613. doi: 10.1038/srep37613

(58.) Xiu L, Zhang H, Hu Z, et al. Immunstimulerande aktivitet av exopolysackarider från probiotisk Lactobacillus casei WXD030-stam som ett nytt adjuvans in vitro och in vivo. Food Agric Immunol. 2018;29(1):1086-1105. doi: 10.1080/09540105.2018.1513994

(59.) Nowak B, Ciszek-Lenda M, Srottek M, et al. Lactobacillus rhamnosus exopolysackarid lindrar artrit inducerad av systemisk injektion av kollagen och lipopolysackarid i DBA/1-möss. Arch Immunol Ther Exp Kommentar Instituti Immunol Ther Exp. 2012;60(3):211-220. doi: 10.1007/s00005-012-0170-5

(60.) Nowak B, Srottek M, Ciszek-Lenda M, et al. Exopolysackarid från Lactobacillus rhamnosus KL37 hämmar T-cellsberoende immunsvar hos möss. Arch Immunol Ther Exp. 2020;68(3):17. doi: 10.1007/s00005-020-00581-7

(61.) Matsuzaki C, Hayakawa A, Matsumoto K, Katoh T, Yamamoto K, Hisa K. Exopolysaccharides Produced by Leuconostoc mesenteroides stam NTM048 as a immunostimulant to enhance the mucosal barrier and influence the systemic immune response. J Agric FoodChem. 2015;63(31):7009-7015. doi: 10.1021/acs.jafc.5b01960

(62.) Thomassin JL, Lee MJ, Brannon JR, Sheppard DC, Gruenheid S, Moual HL. Både grupp 4 kapsel och lipopolysackarid O-antigen bidrar till enteropatogen Escherichia coli-resistens mot humant a-defensin 5. PLOS ONE. 2013;8(12):e82475. doi: 10.1371/journal.pone.0082475

(63.) Lebeer S, Claes IJJ, Verhoeven TLA, Vanderleyden J, De Keersmaecker SCJ. Exopolysackarider av Lactobacillus rhamnosus GG bildar en skyddande sköld mot medfödda immunfaktorer i tarmen. Microb Biotechnol. 2011;4(3):368-374. doi: 10.1111/j.1751-7915.2010.00199.x

(64.) Caggianiello G, Kleerebezem M, Spano G. Exopolysackarider producerade av mjölksyrabakterier: från hälsofrämjande fördelar till stresstoleransmekanismer. Appl Microbiol Biotechnol. 2016;100(9):3877-3886. doi: 10.1007/s00253-016-7471-2

(65.) Hafez M, Hayes K, Goldrick M, Warhurst G, Grencis R, Roberts IS. K5-kapseln av Escherichia coli-stam Nissle 1917 är viktig för att förmedla interaktioner med intestinala epitelceller och kemokininduktion. Infektera Immun. 2009;77(7):2995-3003. doi: 10.1128/IAI.00040-09

(66.) Xu CL, Wang YZ, Jin ML, Yang XQ. Beredning, karakterisering och immunmodulerande aktivitet av selenberikad exopolysackarid producerad av bakterien Enterobacter cloacae Z0206. Bioresour Technol. 2009;100(6):2095-2097. doi: 10.1016/j.biortech.2008.10.037

(67.) Delves PJ, Martin SJ, Burton DR, Roitt IM. Roitt's Essential Immunology. John Wiley & Sons; 2017.

(68.) Sherwood L, Willey JM, Woolverton C. Prescott's Microbiology. McGraw-Hill; 2011.

(69.) Martin SJ, Burton DR, Roitt IM, Delves PJ. Roitt's Essential Immunology. John Wiley & Sons; 2016.

(70.) Laino J, Villena J, Kanmani P, Kitazawa H. Immunoregulatoriska effekter utlösta av mjölksyrabakterier Exopolysackarider: Nya insikter i molekylära interaktioner med värdceller. Mikroorganismer. 2016;4(3):27. doi: 10.3390/mikroorganismer4030027

(71.) Tohno M, Shimosato T, Kawai Y, et al. Avancerat molekylärt immunanalyssystem för immunbiotiska mjölksyrabakterier med användning av en transfektant av Toll-liknande receptor 2. Anim Sci J. 2007;78(2):195-205. doi: 10.1111/j.1740-0929.2007.00425.x

(72.) Mitchell S, Vargas J, Hoffmann A. Signalering via NF-KB-systemet. Wiley Interdiscip Rev Syst Biol Med. 2016;8(3):227-241. doi: 10.1002/wsbm.1331

(73.) Pierce BA. Genetik Essentials: Koncept och kopplingar. WH Freeman; 2018.

(74.) Vidhyalakshmi R, Vallinachiyar C. Apoptos av mänskliga bröstcancerceller (MCF-7) inducerad av polysackarider producerade av bakterier. J Cancer Sci Ther. 2013;5(2):031-034. doi: 10.4172/1948-5956.1000181

(75.) Kahouli I, Malhotra M, Alaoui-Jamali M, Prakash S. Karakterisering in vitro av anti-canceraktiviteten hos den probiotiska bakterien Lactobacillus Fermentum NCIMB 5221 och potential mot kolorektala cancerceller. J Cancer Sci Ther. 2015;7: 224-235. doi:10.4172/1948-5956.1000354

(76.) Khalil MA, Sonbol FI, Al-Madboly LA, Aboshady TA, Alqurashi AS, Ali SS. Utforska de terapeutiska potentialerna hos exopolysackarider härledda från mjölksyrabakterier och bifidobakterier: antioxidanter, antitumör och periodontal regenerering. Främre Microbiol. 2022;13:803688. doi: 10.3389/fmicb.2022.803688

(77.) Nami Y, Haghshenas B, Haghshenas M, Abdullah N, Yari Khosroushahi A. Den profylaktiska effekten av probiotiska Enterococcus lactis IW5 mot olika mänskliga cancerceller. Främre Microbiol. 2015;6:1317. doi: 10.3389/fmicb.2015.01317

(78.) Nicola S, Amoruso A, Deidda F, et al. Söker efter den perfekta homeostasen: Fem stammar av Bifidobacterium longum från hundraåringar har ett liknande beteende vid produktionen av cytokiner. J Clin Gastroenterol. 2015;S126-S130. doi: 10.1097/MCG.00000000000000678

(79.) Mohamadzadeh M, Olson S, Kalina WV, et al. Laktobaciller aktiverar mänskliga dendritiska celler som snedvrider T-celler mot T-hjälpare 1-polarisering. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005;102(8):2880-2885. doi: 10.1073/pnas.0500098102

(80.) Rodrigues KL, Caputo LRG, Carvalho JCT, Evangelista J, Schneedorf JM. Antimikrobiell och helande aktivitet av kefir och kefiranextrakt. Int J antimikrobiska medel. 2005;25(5):404-408. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2004.09.020

(81.) Zhou X, Zhang D, Qi W, et al. Exopolysackarider från Lactobacillus plantarum NCU116 underlättar intestinal homeostas genom att modulera intestinal epitelregenerering och mikrobiota. J Agric Food Chem. 2021;69(28):7863-7873. doi: 10.1021/acs.jafc.1c01898

Thejaswi Bhandary (1) (iD), Christine Kurian (1) (iD), Magesh Muthu (2) (iD), Asha Anand (3) (iD), Thirunavukarasou Anand (4) (iD) och Kuppusamy Alagesan Paari (1) ) *) (iD)

(1) Institutionen för livsvetenskaper, CHRIST (bedöms vara universitetet), Bengaluru, Karnataka, Indien.

(2) Institutionen för onkologi, Wayne State University, Detroit, Michigan, USA.

(3) DST WOSA, Institutionen för växtbioteknik, School of Biotechnology, Madurai Kamaraj University, Madurai, Tamil Nadu, Indien.

(4) Aatral Biosciences Private Limited, Bangalore, Karnataka, Indien.

(*) Korrespondens: paari.ka@christuniversity.in

Mottaget: 29 augusti 2022 | Godkänd: 1 februari 2023

Publicerad online: 2 mars 2023

Citat: Bhandary T, Kurian C, Muthu M, Anand A, Anand T, Paari KA. Exopolysackarider som härrör från probiotiska bakterier och deras hälsofördelar. J Pure Appl Microbiol. 2023;17(1):35-50. doi: 10.22207/JPAM.17.1.40

doi: 10.22207/JPAM.17.1.40

Tabell. Immunologiska effekter av exopolysackarider producerade av LABsNo. Källorganism Immunologisk effekt av EPS 1. L rhamnosus Förhöjd antiinflammatorisk IL10 RW-9595M cytokinproduktion och minskad TNF-a], IL-6 och IL-12 utsöndring 2. L plantarum14 Vid utmaning med enterotoxigen Escherichia coli (E coli) ) (ETEC) observerades en minskning av IL-6, IL-8 och monocyt kemoattraktant protein (MCP-1) i tarmepitelceller från svin 3. Lactobacillusdelbrueckii Aktivering av interferon gamma (IFN-g) (L delbrueckii) subssp. tillsammans med NK-celler i möss bulgaricus OLL1073R-1 4. L plantarum YW32 HT-29-cellhämning 5. Lactobacillus Uttryck av TGF-gener, IKba- och P53 acidophilus-gener uppreglerades och nukleär 20079-stamfaktor kappa B) associerad inflammatorisk faktorväg B (NF-k). och andra apoptotiska vägar human koloncancer reglerades 6. L casei X12, inducerade arresteringen av G0/G1-cellen Lxasei K11, som undertryckte HT-29-celler och även L. casei SB27, inducerade apoptos L. casei M5-stammar 7. Lplantarum NCU116 TLR2-beroende apoptos inducerades i CT26-celler hos mus via Fas/Fasl-medierad apoptos som är c-juni-beroende 8. L. acidophilus Visade resultat i koloncancercellinjer genom att hämma tumörangiogenesrelaterade gener in vitro 9. L. acidophilus LA1 Visade resultat mot Ehrlich ascites-karcinomceller. Det fanns en minskning av antitumöraktiviteten hos cancercellerna genom att undertrycka kväveoxid- och malondialdehydnivåer i serumet in vivo.10. EPS av Lactobacillus Immunsvarsmodulering genom att gasseri hämmar livmoderhalscancerceller från att växa11. Lactobaciluus Antimikrobiell aktivitet mot E coli, rhamnosus S. typhimurium och S.petrasii subsp. Pragensis KY19653112. Lactobacillus Antimikrobiell aktivitet mot Listeria gasseri monocytogenes MTCC 65713. Lactobacillus Antimikrobiell aktivitet mot sp.Ca6-stammen Salmonella enterica och Micrococcus luteus14. Lactobacillus Antimikrobiell aktivitet mot Listeria kefiranofaciens monocytogenes och Salmonella DN1 (EPS_DN1) Enteritidis15. Rhodotorula Antimikrobiell aktivitet mot P. mucilaginosa aeruginosa, S. aureus och E coli16. Lactobacillus Antimikrobiell aktivitet mot casei NA-2 Salmonella typhimurium, Escherichia UANL-001L coli 0157:H7, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus17. Bacillus Antimikrobiell aktivitet mot subtilis SHI Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus faecalis och Aeromonas hydrophila18. Lactobacillus Shielding barriär mot LL-37, ett rhamnosus GG (LGG) humant katjoniskt protein 18 i Gl-kanalen19. Porfyridium När EPS-koncentrationen förändrades, var det cruentum en proportionell ökning av (purpureum) respiratory burst (RB), totala hemocyter (THC) värde och fagocytotisk aktivitet (PA).20. Bifidobacterium En sänkt produktion av proinflammatorisk longum subsp. markörer, förhöjda nivåer av IL-10 och longum 35624 en induktion av T-regulatoriska (Treg) celler21. B. longum Förhöjd antiinflammatorisk IL10 BCRC 14634 cytokinproduktion och minskad TNF-a-sekretion22. B. animalis subsp. Förhöjd antiinflammatorisk IL10 lactis IPLA-R1 cytokinproduktion och minskad TNF-a-sekretion23. Streptococcus En sänkt produktion av proinflammatoriska thermophilus-markörer och en ökning av uttrycket av tight junction-protein24. Bacteroides Undertrycker pro-inflammatorisk IL-17 fragilis produktion för att ge en skyddande MN-BM-A01 effekt mot Helicobacter hepaticus associerad kolit25. Bifidobacterium Förstärkning av slemhinnans utsöndring av breve UCC2003 pro-inflammatorisk IL-12, TNFa och INF[gamma] som resulterade i en skyddande effekt mot Citrobacter rodentium-infektion26. Laktobacillusreduktion i MCP-1, IL-8 och IL-6, plantarum N14 som är pro-inflammatoriska cytokiner i (LP14) porcina intestinala epiteliocytcellinjer (PIE)-celler på ETEC-utmaning, aktivering av NF-[kappa]B via RP10S och TLR2-tullliknande receptorer27. Lactobacillus Nedreglering i produktionen av delbrueckii subsp. inflammatoriska cytokiner och hämning delbrueckii av MAPK och NFkB genom att uppreglera TLR TUA4408L negativa regulatorer28. Lactobacillus Dendritisk celldifferentiering och johnsonnii 142 inducerade preferentiellt immunsvar från Th-2-celler.29. Lactobacillus Bättre utsöndring av IFN-[gamma] och casei WXD030 IL-4 i CD4+ T, ökning av IL-6, TNF-a och IL-l[beta-sekretion i RAW264.7 makrofager och en ökning av produktionen av CD40, CD86, CD80 och MHC II på dendritiska cellytor30. Lactobacillus Collagen specific- IgG antikropp rhamnosus KL37 produktion minskade på grund av verkan av rå EPS.31. Lactobacillus Hämning av in vitro-tillväxt av T rhamnosus KL37-celler och minskning av utsöndringen av interferon (IFN)-y32. Leuconostoc-induktion av Ig-A-produktion, Th1 och mesenteroides Th2-medierad respons i splenocyter. stam NTM048(NTM048 EPS)33. Lactobacillus Inhibering av HT-29-proliferation, plantarum WLPL04-hämning av vidhäftning av Escherichia coli 01S7:H7 och förhindrande av biofilmbildning av patogena bakterier. Källorganism Ref. 1. L rhamnosus RW-9595M 41 2. L plantarum14 42 3. Lactobacillusdelbrueckii (L delbrueckii) subssp. bulgaricus 43 OLL1073R-1 4. L plantarum YW32 44 5. Lactobacillus acidophilus 20079 stam 45 6. L casei X12, Lxasei K11, L. casei SB27, L. casei M5 stammar 1 CU plantar 46 N. 7 syra 46 N. phil. 9 L. acidophilus LA1 4810. EPS av Lactobacillus gasseri 4911. Lactobaciluus rhamnosus 3212. Lactobacillus gasseri 3413. Lactobacillus sp.Ca6 stam 3414. Lactobacillus_1 DNfirano 5 DNfirano 5 DNfirano 3414. cilaginosa 2016. Lactobacillus casei NA-2 UANL-001L 2717. Bacillus subtilis SHI 3618. Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) 3719. Porphyridium cruentum (purpureum) 5020. Bifidobacterium longum subsp. longum 35624 5121. B. longum BCRC 14634 5222. B. animalis subsp. lactis IPLA-R1 5323. Streptococcus thermophilus 3124. Bacteroides fragilis MN-BM-A01 5425. Bifidobacterium breve UCC2003 5526. Lactobacillus plantarum N14 (LP14) 4227. Lactobacillussp. delbrueckiillussp. delbrueckii TUA4408L 5628. Lactobacillus johnsonnii 142 5729. Lactobacillus casei WXD030 5830. Lactobacillus rhamnosus KL37 5931. Lactobacillus rhamnosus KL27.Lactobacillus rhamnosus KL27 TM 3NTM 3NTM 3NTM 3NTM 600Csenteres 048 EPS) 6133. Lactobacillus plantarum WLPL04 33