Модуляция кишечного микробиома низином

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7899 (2023) Цитировать эту статью

1252 Доступа

32 Альтметрика

Подробности о метриках

Низин — это бактериоцин широкого спектра действия, широко используемый в качестве пищевого консерванта, который был обнаружен в Lactococcus Lactis почти столетие назад. Мы показываем, что низин, принимаемый перорально, выдерживает транзит через желудочно-кишечный тракт свиньи в неизмененном виде (о чем свидетельствует определение активности и молекулярной массы), где он влияет как на состав, так и на функционирование микробиоты. В частности, обработка низином вызвала обратимое уменьшение количества грамположительных бактерий, что привело к изменению формы фирмикутов и соответствующему относительному увеличению количества грамотрицательных протеобактерий. Эти изменения были отражены в изменении относительного количества путей, участвующих в синтезе ацетата, бутирата (снижение) и пропионата (увеличение), что коррелировало с общим снижением уровней короткоцепочечных жирных кислот в кале. Эти обратимые изменения, возникающие в результате приема низина, демонстрируют способность бактериоцинов, таких как низин, формировать микробиомы млекопитающих и влиять на функциональность сообщества.

Бактериоцины — это антимикробные пептиды, продуцируемые многими видами бактерий1. Низин – это бактериоцин, продуцируемый Lactococcus Lactis, обладающий широким спектром активности против грамположительных бактерий2,3. Низин А был одобрен для использования в качестве пищевого консерванта Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) (US Food and Drug Administration, 1988) и Европейским управлением по безопасности пищевых продуктов (EFSA; номер E E234) и поэтому потребляется людьми4. Низин (в форме коммерчески доступного нисаплина) давали крысам без побочных эффектов в дозах до 239 мг на кг массы тела5. Низин обладает эффективностью in vitro против грамположительных кишечных патогенов, таких как Clostridioides difficile6, и, как было показано, в сочетании с коричным альдегидом и этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) контролирует рост грамотрицательных энтеротоксигенных Escherichia coli (ETEC)7. Также было показано, что низин эффективен in vivo в отношении микробиома мышей8,9 и кур10, а также эффективен ex vivo в отношении микробиома человека11. Тем не менее, пока ни одно исследование не показало его эффективность in vivo на крупных млекопитающих. Из-за его белковой природы предполагалось, что низин будет расщепляться в верхних отделах кишечника под воздействием протеолитических ферментов, как мы показали ранее для других бактериоцинов, а именно лакцина 314712 и турицина CD13. Если низин не достигает нижних отделов ЖКТ в неизмененном виде14,15, он не должен влиять на микробиоту кишечника при пероральном приеме. В этом исследовании мы давали низин в высокой концентрации поросятам после отъема, чтобы определить его влияние на микробиоту кишечника с использованием секвенирования 16S, метагеномики (дробовик), ГХ-МС и МС по Мальди-Тофу. Мы также включили препарат на основе этилцеллюлозы для защиты (инкапсулирования) низина от возможного разложения в верхних отделах ЖКТ16 и сравнили его с неинкапсулированным низином, что не проверялось в предыдущих исследованиях.

Здесь мы демонстрируем, что интактный неинкапсулированный низин доставляется в нижние отделы ЖКТ свиней и вызывает значительные, но обратимые изменения в микробном составе, уровнях короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) и в конкретных метаболических путях на протяжении всего периода лечения.

Целью этого исследования было оценить, может ли пероральный прием низина достичь неповрежденного кишечника и модулировать микробиом кишечника свиней (рис. 1а). Из-за белковой природы низина мы использовали как неинкапсулированный (Nis-pdr), так и инкапсулированный низин (Nis-en), которые добавляли непосредственно в корм свиньям. В это исследование также входили контрольная группа, не получавшая лечения (Ctl), и группа, которой вводили материал, используемый для инкапсулирования низина (Encap). Наконец, мы контролировали состав и функциональность микробиоты кишечника после прекращения лечения, чтобы определить, как долго сохраняются какие-либо изменения.