Humán eredetű baktériumtörzs

Először 1899-ben a Pasteur intézetben Henri Tissier izolálta csecsemő székletéből. 1952-ben György Pál anyatejből izolálta.

Bizonyítékok a B. Infantis bélben történő kolonizációjára

A korai tanulmányok kimutatták, hogy a B. infantis törzse jobban tudott növekedni olyan tápközegben, amelyben a HMO-k voltak az egyetlen szénforrás, mint a B. longum, B. breve vagy B. adolescentis törzsei. A B. infantis ezen törzsének szekvenálása kimutatta, hogy nagyszámú gén vesz részt a komplex szénhidrátok katabolizmusában.

A közeli rokonságban álló B. longum és B. infantis alfaj összehasonlítása kimutatta, hogy az előbbi a növényi oligoszacharidok emésztésére szolgáló enzimeket kódolja, míg az utóbbi a HMO-k emésztésének képességét fejlesztette ki. A legtöbb eddig szekvenált B. infantis törzs egy 43 kb-os génklasztert (HMO I. klaszter) tartalmaz, amely számos oligoszacharid transzport fehérjét és glikozil-hidrolázt kódol; ez a génklaszter más bifidobaktérium fajokban nem található. Az eddig elemzett egyetlen B. infantis törzsben, amely gyenge növekedést mutatott HMO jelenlétében, ennek a génkomplexnek részleges deléciója van.

A legtöbb HMO szerkezet vagy fukózt vagy sziálsavat tartalmaz; a Bifidobacterium fajai közül csak a B. infantis, a B. breve és a B. bifidum termel fukozidázokat és szialidázokat, és csak a B. infantis képes megemészteni az összes HMO-struktúrát.

A B. infantis törzsek, ha HMO-k jelenlétében tenyésztik, a bakteriális gének két csoportjának expresszióját szabályozzák. Először is, a specifikus HMO-kötésekhez kötődő transzporter fehérjék, köztük számos, HMO-hoz affinitással rendelkező oldottanyag-kötő fehérje, a HMO-n tenyésztett B. infantisban felfelé szabályozottak, az egyszerűbb prebiotikus oligoszacharidokon, frukto-oligoszacharidokon, ill. galakto-oligoszacharidon. Ez arra utal, hogy a B. infantis képes ép HMO-kat szállítani a citoplazmájába, és ezt a kapacitást a HMO-k „bekapcsolják”. Másodszor, a HMO-ban lévő minden kapcsolódásra specifikus glikozidázok a HMO-n termesztett B. infantisban fel vannak szabályozva.

A B. infantis által expresszált 16 glikozil-hidroláz közé tartoznak az α-fukozidázok, β-galaktozidázok, β-hexosaminázok és α-szialidázok, amelyek elősegítik a HMO-k teljes emésztését a bakteriális citoplazmában, ami más bifidobaktériumok számára nem lehetséges. A B. infantis jelentősen eltér a B. bifidumtól és a Bacteroidestől a HMO-k iránti specifitásában is.

A B. infantis nem képes dekonstruálni az emberi nyálka O-glikánjait annak ellenére, hogy szerkezeti hasonlósága van a HMO-khoz, míg a B. bifidum és a Bacteroides egyaránt képes HMO-kat és nyálkaglikánokat felhasználni. Valójában a B. infantistól eltérően a B. bifidum és a Bacteroides fajok extracelluláris glikozil-hidrolázokat alkalmaznak, amelyek komplex glikánokat dekonstruálnak a sejten kívül, lehetővé téve a specifikus glikánkomponensek behozatalát és fogyasztását, miközben az emésztett glikánok egyéb komponensei (például mono- és diszacharidok) a sejten kívül maradnak.

Egy egérmodellel ezt a fogyasztási módot vizsgálták és kimutatták, hogy olyan cukrokat szabadít fel, amelyek elősegítik a kórokozók növekedését, amelyek egyébként nem lennének képesek hasznosítani a gazdaglikánokat. Ezek az eredmények azt a hipotézist sugallják, hogy a Bacteroides fajok és a B. bifidum nem feltétlenül ideális probiotikumok a diszbiózis korrekciójára anyatejjel táplált koraszülötteknél, mivel a HMO fogyasztás melléktermékei serkenthetik az intraluminális kórokozók növekedését.

A HMO-k nem az egyedüli anyatej-komponensek, amelyek a B. infantis számára hasznosak. A savas glikolipidek (gangliozidok) az anyatejben található zsírgolyók felszínén találhatók, és szerepet játszhatnak az idegrendszer fejlődésében, a kórokozók megkötésében a bél lumenében és a bél mikrobiótájának kialakításában.

Az evolúciós szelektív nyomás több enzimmel látta el a B. infantis-t a tejglikánok lebontásához, és ennek eredményeként ez az alfaj képes felülmúlni a többi bifidobaktériumot, valamint más kommenzálisokat és kórokozókat is az egészséges szoptatott csecsemő bélrendszerében.

Ez az előny a szabad glikánokon és glikolipideken túl a glikoproteinekre is kiterjed. A folyamatban lévő vizsgálatok során a B. infantis endo-β-N-acetil-glükózaminidázt termel, amely képes hasítani a humán glikoproteineket, például a laktoferrinhez, az IgA-hoz és az IgG-hez kapcsolódó N-glikánokat. Az ezzel a bakteriális enzimmel inkubált emberi tej jelentős N-deglikoziláción megy keresztül, és a laktoferrin jelenlétében növesztett B. infantis fokozza ennek az enzimnek az expresszióját. Ezek az adatok két lehetőségre utalnak: az emberi tej glikoproteinek prebiotikus szerepet töltenek be, és hogy ezek a B. infantis endoglikozidázok biológiailag aktív peptideket szabadítanak fel humán glikoproteinekből.

B. infantis a koraszülött csecsemők szervezetében

A koraszülöttek bélmikrobiomja jelentősen eltér az időben született csecsemőkétől. Míg az időben született csecsemők a születéskor kapott anyai mikrobákkal való kolonizációról a főként étrend által befolyásolt mikrobákká fejlődnek, a koraszülötteket általában Firmicutes (főleg staphylococcusok, streptococcusok és enterococcusok) és Proteobacteriumok (túlnyomórészt Gram-negatív Enterobacteriaceae) kolonizálják a bifidobakteriális markerek hiányával több hétig vagy hónapig. Ez a dysbiosis (amelyet a széklet mikrobiota megváltozásaként határoz meg) koraszülötteknél valószínűleg az újszülött intenzív ellátásában, a higiéniában, az antibiotikum-használatban rejlő környezeti tényezők és az endogén tényezők, köztük a genetika és a bélrendszeri immunválaszok éretlensége kombinációjának köszönhető. Úgy tűnik, hogy a diszbiózis jelentős kockázati tényező a necrotizáló enterocolitis (NEC) iránti érzékenységben, amely egy gyakori és pusztító betegség, amely túlnyomórészt a koraszülötteket érinti. Gondos vizsgálatok összefüggést mutattak ki a NEC és a korai diszbiózis, az antibiotikum-kezelés és a savszuppresszió, valamint a diszbiózis súlyosbodása között, közvetlenül a NEC kialakulása előtt.

A koraszülöttek bélmikrobiótájának megváltoztatására tett kísérletek pusztán prebiotikumokkal vegyes eredményeket hoztak. Az anyatejjel táplált koraszülötteknél a NEC incidenciája lényegesen alacsonyabb, mint a tápszert kapó csecsemőknél. Azoknál az anyáknál, akik koraszülött babát hoztak világra, a tej minősége nem különbözik drámai módon az időben szülő anyáktól származó tejtől az összes HMO-k számában; azonban a fukozilált HMO-k variabilitását az előbbiben szignifikánsan nagyobbnak találták, mint az utóbbiban. Nem világos, hogy a koraszülött csecsemőkben előforduló bifidobaktériumok hiánya a HMO összetételében mutatkozó kis különbségeknek, a bifidobaktériumok bejutásának hiányának vagy olyan külső tényezőknek köszönhető, mint az antibiotikumok és a környezeti tényezők.

Az eddigi eredmények azt sugallják, hogy egyetlen beavatkozás sem elegendő ahhoz, hogy jelentősen befolyásolja a koraszülött bélmikrobiótát. A tápszerrel táplált koraszülötteknél a hozzáadott galakto-oligoszacharid vagy HMO-k kis dózisának növelésével végzett kísérletben nem volt szignifikáns különbség a széklet mikrobiótában egyik prebiotikus beavatkozással sem.

Egy koraszülött csecsemőkön végzett nagyobb vizsgálat, amely szignifikáns változásokat mutatott ki a széklet mikrobiotájában antibiotikumokkal, és csak minimális változásokat eredményezett galakto-oligoszacharidok és frukto-oligoszacharidok keverékének adásakor, nem mutatott szignifikáns csökkenést a NEC vagy a szepszis előfordulásában, vagy idegrendszeri fejlődésben a prebiotikus keveréket és a placebót kapó csecsemők között.

Az eddig elvégzett klinikai vizsgálatok többségében a koraszülött csecsemőknek probiotikumok alkalmazása a NEC előfordulási gyakoriságának csökkenésével jár. A probiotikumok rutinszerű adagolását minden koraszülöttnek javasolták, és ez sok országban bevett gyakorlat.

Összehasonlították a B. infantis és a B. animalis subsp. lactis (B. lactis, a joghurtokban és a kereskedelmi forgalomban kapható probiotikumokban gyakori bifidobaktérium) dózisemelési és keresztezési kísérletekben, és azt találták, hogy a B. infantis jobban képes kolonizálni a beleket, mint a B. lactis mind tápszeres, mind anyatejjel táplált koraszülöttek esetekben. A B. lactis-t kapó csecsemőknél még nagy dózisok mellett is alacsony volt az összes bifidobaktérium száma a székletben, és a jelen lévő általános bifidobaktériumok nem a beadott fajok voltak. Az anyatejnek és a B. lactisnak nem volt additív hatása – ez az eredmény nem meglepő, tekintve, hogy a B. lactis-t választották ebbe a vizsgálatba, mivel a B. infantis-szal ellentétben nem nő olyan táptalajban, ahol a HMO az egyetlen szénforrás. A székletben a legtöbb bifidobaktériumot azoknál a csecsemőknél figyelték meg, akik humán tej és B. infantis kombinációját kapták napi kétszer 109 CFU dózisban. A probiotikumokkal koraszülötteken végzett több mint 20 közzétett, randomizált, kontrollált vizsgálatból hat tartalmazta a B. infantis önmagában vagy kombinációban történő alkalmazását; ezek közül ötben a NEC előfordulási gyakorisága csökkent a probiotikus csoportban. A B. lactis koraszülötteknek való beadásáról szóló négy tanulmány metaanalízise nem mutatott csökkenést a NEC előfordulási gyakoriságában.

A megfigyelt védőhatások mechanizmusai

A legújabb tanulmányok négy ígéretes mechanizmust mutattak be, amelyek révén a bifidobaktériumok csökkentik a NEC kockázatát koraszülötteknél.

Először is, amint azt fentebb leírtuk, a B. infantis versenyelőnnyel rendelkezik az anyatej összetevőinek jelenlétében; ezért a megnövekedett kolonizáció, amely a bélmikrobióta diverzitásának csökkenését és a luminális kórokozók csökkenését eredményezi, az egyik valószínű védelmi mechanizmus. A szelektív növekedési előny mellett az in vitro vizsgálatok azt mutatják, hogy a HMO-n tenyésztett B. infantis sejtek nagyobb arányban kötődnek a tenyésztett bélsejtekhez, ami arra utal, hogy a HMO-kon való növekedés egyedülálló képessége egybeesik a bél mucosa rétegén való megkötődésének és kolonizálásának fokozott képességével.

Másodszor, a B. infantis gyulladáscsökkentő hatásúnak bizonyult számos in vitro és állatkísérletben. A bakteriális transzlokációra adott éretlen és gyengén modulált immunválasz a NEC kulcsfontosságú kiváltó oka. Egy kísérletsorozat során mind az éretlen, mind az érett emberi újszülött bélszövetének explantátumait tették ki a B. infantis felülúszójával. A B. infantis felülúszója elnyomta az IL-6 és IL-8 proinflammatorikus citokinek, valamint a lipopoliszacharid és IL1β által kiváltott TLR2 és TLR4 toll-szerű receptorok túlzott termelődését az éretlen szövetexplantátumokban. Az érett szövetexplantátumokban ezen citokinek és TLR-ek expressziója kevésbé volt kifejezett, és nem különbözött szignifikánsan a B. infantis felülúszóval való érintkezéstől. Hasonló megfigyeléseket észleltek NEC-ben szenvedő koraszülött csecsemők enterocitáinál és éretlen humán enterocitáknál. Ezek a kísérletek arra utalnak, hogy a B. infantis olyan exogén anyagokat termel, amelyek elősegítik az éretlen veleszületett immunválasz érését.

Ez a B. infantisból származó felülúszó csillapítja a Cronobacter sakazakii által kiváltott bélgyulladást egy újszülött egérmodellben (a C. sakazakii a porított anyatej-helyettesítő tápszerek szennyezője, amely koraszülötteknél szepszishez és NEC-hez is társul). A NEC patkánymodelljében a B. infantis beadása csökkentette az IL6, IL8, TNFα, IL23 és iNOS expresszióját, csökkentette az antimikrobiális peptidek expresszióját, megváltoztatta a bél mucosa-protein expresszióját, és csökkentette a NEC előfordulását. In vitro a gyulladásgátló IL10 Caco-2 sejtjei expressziója megnövekedett, ha ezeket a sejteket HMO-k jelenlétében növesztett B. infantis-nak tették ki, de nem, ha laktóz jelenlétében növesztett B. infantis-nak voltak kitéve. Ez a vizsgálatsorozat arra utal, hogy a HMO-k „bekapcsolják” a B. infantisban a csecsemőben a gyulladás szabályozásában fontos gének repertoárját.

Harmadszor, a B. infantis csökkenti a bél permeabilitását. Az emberi székletmikrobákkal kolonizált egerekben a bifidobaktériumok megnövekedett száma a bakteriális transzlokáció csökkenésével, míg a Bacteroides és a Clostridia megnövekedett száma a bakteriális transzlokáció növekedésével jár.

Egy újszülött egér NEC modellben a B. infantis csökkentette a bélpermeabilitást, fokozta a szoros kapcsolódási pont fehérjék, a claudin 4 és az occludin stabilizációját, és csökkentette a NEC előfordulását. A HMO jelenlétében növesztett B. infantis in vitro megnövelte a junctional-asssociated molekula (JAM-A) expresszióját a Caco-2 sejtekben és a szoros kapcsolódású ZO-1 fehérje expresszióját HT-29 sejtekben, összehasonlítva a jelenlétében növesztett B. infantis-szal laktóz jelenlétében, ami ismét megerősíti, hogy a HMO-kon történő növekedés szükséges a B. infantisban a gazdaszervezet bélpermeabilitásával összefüggő gének „bekapcsolásához”.

Negyedszer, sok kommenzális baktérium termel rövid szénláncú zsírsavakat (SCFA, különösen butirát, propionát és acetát), amelyek közvetlen és közvetett hatással vannak a gazdaszervezetre. Az egészségesen szoptatott csecsemőknél magasabb a széklet-acetát szintje, mint a tápszerrel táplált csecsemőknél, valószínűleg a megnövekedett bifidobaktériumok miatt.

A széklet SCFA mérését a szénhidrát fermentáció mértékeként, és ezért a diszbiózis markereként javasolták. Az SCFA hatásainak értékelése azonban kihívást jelent, mivel ezeket az illékony termékeket a baktériumok a vastagbélben termelik és fogyasztják, és az enterociták felszívják a portális keringésbe. Felnőtteknél a fokozott acetáttermelés összefüggésbe hozható az elhízással és a gyulladással, míg a butirát és a propionát védő hatásúnak tűnik. Feltételezték, hogy a butirát túlzott termelése növeli a NEC kockázatát, és az állatmodellekből származó korlátozott adatok alátámasztják ezt a hipotézist. A HMO-k, a kereskedelmi forgalomban kapható prebiotikumok és a probiotikumok hatása az SCFA-termelésre továbbra is tisztázatlan.

Koraszülötteknél a B. breve beadása a széklet butirát mennyiségének csökkenésével, a B. lactis beadása a széklet acetáttartalmának növekedésével, míg a B. infantist tartalmazó kombinációs készítmény alkalmazása nem változtatta meg a széklet mennyiségét SCFA a placebóval összehasonlítva.

A B. infantis összefüggésbe hozható a csecsemők fokozott növekedésével és vakcina reakciókkal

Egy közelmúltban, a bangladesi Dakka csecsemőkön végzett kohorszvizsgálata azt találta, hogy az ottani csecsemőket erősen bifidobaktériumok kolonizálták. A bifidobaktériumok domináns faja ezekben a csecsemőkben (96%-uk anyatejes) a B. infantis volt. Az összefüggések azt mutatták, hogy azoknak a csecsemőknek, akiknek székletében a legtöbb B. infantis volt, nagyobb volt a súlygyarapodás, a csecsemőmirigy-index, és jobban reagáltak az orális gyermekbénulás, tuberkulózis és tetanusz elleni vakcinákra. A megfigyelt korreláció nem állapít meg ok-okozati összefüggést.

Lehetséges, hogy a legegészségesebb csecsemőkné javult a növekedés, jobb az immunválasz, és megnőtt a széklet bifidobaktérium, anélkül, hogy az utóbbi az előbbiek bármelyikét okozná; ezek a megfigyelések azonban alátámasztják azt a hipotézist, hogy a csecsemő mikrobiota összetétele kritikus az immunrendszer fejlődése szempontjából. A probiotikus szervezetekről kimutatták, hogy fokozzák az immunválaszt a gyermekbénulás elleni védőoltásra felnőtteknél, de a gyermekgyógyászati vizsgálatok eddig kétértelműek voltak, talán a probiotikus törzs megválasztása miatt.

Következtetés

A HMO-k képesek áthaladni a csecsemők gyomrában és proximális vékonybelében anélkül, hogy megváltoznának. A distalis bélben a HMO-kat a B. infantis szelektíven fogyasztja, és olyan mikrobiotát hoz létre, amelynek sokfélesége korlátozott, de az idpben született csecsemők jobb növekedésével és vakcinaválaszkészségével, koraszülötteknél pedig csökkent NEC-vel társul.

A HMO-k számos gént aktiválnak a B. infantisban, amelyek lehetővé teszik, hogy uralja a bél mikrobiótáját, és a gazdaszervezet számára előnyös legyen azáltal, hogy felgyorsítja az immunválasz érését, korlátozza a túlzott gyulladást, javítja a bél permeabilitását és növeli az acetáttermelést. Ez a szimbiotikus kapcsolat két faj koevolúciójának meggyőző példája annak érdekében, hogy ideiglenesen megvédje az újszülöttet és táplálja az egészséges bélmikrobiótát az elválasztás előtt. A koraszülötteknél ez a kolonizáció megszakad, és az anyatej és a probiotikus B. infantis biztosítása egyaránt helyreállító és védő hatású.

Forrás