mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-CCO-3015mimmun-3015Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSСравнительная характеристика цитокинового профиля, индуцируемого супернатантами производственных и кишечных штаммов бифидои лактобактерий в условиях in vitroСomparative characteristics of cytokine profile induced in vitro by supernatants of industrial and intestinal strains of bifido- and lactobacteriaБухаринО. В.BukharinO. V.

Бухарин О.В. – д.м.н., академик Российской академии наук, научный руководитель 

460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11.

Bukharin O.V., PhD, MD (Medicine), Full Member, Russian Academy of Sciences, Scientific Director 

Orenburg

ИвановаЕ. В.IvanovaE. V.

Иванова Е.В. – д.м.н., доцент, заведующий лабораторией инфекционной симбиологии, 

460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11.

Ivanova E.V., PhD, MD (Medicine), Associate Professor, Head, Laboratory of Infectious Symbiology 

Orenburg

walerewna13@gmail.comЧайниковаИ. Н.ChaynikovaI. N.

Чайникова И.Н. – д.м.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории инфекционной симбиологии; профессор кафедры нормальной физиологии 

460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11; г. Оренбург

Chaynikova I.N., PhD, MD (Medicine), Professor, Leading Research Associate, Laboratory of Infectious Symbiology; Professor, Department of Normal Physiology 

Orenburg

ПеруноваН. Б.PerunovaN. B.

Перунова Н.Б. – д.м.н., профессор Российской академии наук, ведущий научный сотрудник лаборатории инфекционной симбиологии 

460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11

Perunova N.B., PhD, MD (Medicine), Professor, Russian Academy of Sciences, Leading Research Associate, Laboratory of Infectious Symbiology 

Orenburg

БондаренкоТ. А.BondarenkoT. A.

Бондаренко Т.А. – научный сотрудник лаборатории инфекционной симбиологии 

460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11

Bondarenko T.A., Research Associate, Laboratory of Infectious Symbiology 

Orenburg

БекпергеноваА. В.BekpergenovaA. V.

Бекпергенова А.В. – к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории инфекционной симбиологии 

460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11

Bekpergenova A.V., PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Infectious Symbiology 

Orenburg

Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук – обособленное структурное подразделение ФГБУН «Оренбургский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»РоссияInstitute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук – обособленное структурное подразделение ФГБУН «Оренбургский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»; ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФРоссияInstitute of Cellular and Intracellular Symbiosis, Orenburg Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Orenburg State Medical UniversityRussian Federation202504102024272437444Copyright © Бухарин О.В., Иванова Е.В., Чайникова И.Н., Перунова Н.Б., Бондаренко Т.А., Бекпергенова А.В., 20252025Бухарин О.В., Иванова Е.В., Чайникова И.Н., Перунова Н.Б., Бондаренко Т.А., Бекпергенова А.В.Bukharin O.V., Ivanova E.V., Chaynikova I.N., Perunova N.B., Bondarenko T.A., Bekpergenova A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/3015

Иммуномодулирующие свойства пробиотиков зависят не только от микробных клеток, но и от метаболитов, секретируемых в культуральную среду, которую исследуют как бесклеточный супернатант и относят к постбиотикам. Цель работы – провести скрининг цитокинового профиля кишечных штаммов бифидо- и лактобактерий с использованием монононуклеаров периферической крови человека и, сравнив его с цитокиновым профилем типовых производственных штаммов, отобрать перспективные штаммы с противовоспалительными свойствами в качестве про-/постбитиков. В работе использовались типовые производственные культуры бифидо- и лактобактерий, входящие в состав отечественных пробиотиков, и кишечные штаммы бифидо- и лактобактерий, отобранные среди выделенных бактериальных культур при исследовании микробиоты толстого кишечника здоровых лиц в возрасте от 18 до 45 лет. Для оценки иммунорегуляторных свойств исследуемых культур определяли влияние их бесклеточных супернатантов на продукцию про- (IFNγ, TNFα, IL-17, IL-8, IL-6) и противовоспалительных (IL-10, IL-1ra) цитокинов, секретируемых мононуклеарными клетками периферической крови здоровых людей. Установлено, что по профилю воздействия супернатантов на секрецию цитокинов, как типовые производственные, так и кишечные штаммы, в равной степени распределились по трем типам влияния на цитокиновый профиль мононуклеарных клеток человека: 1-й тип: преимущественное увеличение продукции IL-10 и снижение TNFα, IL-17, IL-6; 2-й тип: снижение в основном провоспалительных цитокинов (IL-6, IL-17, IL-8, TNFα, IFNγ) и 3-й тип: снижение секреции как про-, так и противовоспалительных цитокинов. Среди кишечных культур 1-го и 2-го типа высоким противовоспалительным потенциалом обладали штаммы Bifidobacterium bifidum ICIS-202 и Bifidobacterium bifidum ICIS-504, способные не только подавлять секрецию провоспалительных цитокинов, но и усиливать продукцию противовоспалительных цитокинов. Кроме того, перспективной культурой оказался штамм лактобактерий L. ruminis ICIS-540, супернатант которого характеризовался многократной способностью снижать уровень раннего провоспалительного цитокина TNFα. В целом было установлено, что выраженность противовоспалительной активности указанных штаммов не уступает, а в отношении отдельных цитокинов (IL-10, TNFα, IL-6) превосходит известные пробиотические штаммы. Использование бесклеточных супернатантов, содержащих продукты метаболизма микроорганизмов, для оценки их влияния на уровень цитокинов in vitro позволило отобрать перспективные штаммы L. ruminis ICIS-540, B. bifidum ICIS-504 и B. bifidum ICIS202, пригодные для создания бактерийных препаратов с противовоспалительной активностью. Результаты исследований могут быть использованы в практике при отборе и тестировании кишечных штаммов по влиянию их на цитокиновый профиль клеток хозяина для создания новых биопрепаратов таргетного действия.

The immunomodulatory properties of probiotics largely depend on the metabolites secreted into the culture medium, which is studied as a cell-free supernatant and referred to as postbiotics. The aim of the present work was to conduct screening of cytokine profiles for intestinal strains of Bifidobacteria and Lactobacillus by testing it with mononuclear cells from human peripheral blood, and comparing it with cytokine profile of typical industrial bacterial strains, in order to select promising strains with anti-inflammatory properties as potential pro-/postbiotics. The cytokine profile of probiotic and intestinal strains of Bifidobacteria and Lactobacillus isolated from the large intestine of healthy people was determined by the biological effects of cell-free supernatants on the production of pro- (IFNγ, TNFα, IL-17, IL-8, IL-6) and anti-inflammatory (IL-10, IL-1ra) cytokines in the in vitro model of peripheral mononuclear cells isolated from human blood. We have established three types of effects on the cytokine profile: type 1 was characterized by a predominant increase in IL-10 production, and a decrease in TNFα, IL-17, IL-6; type 2, produced a decrease, mainly at the level of pro-inflammatory cytokines; type 3 caused a decreased secretion of both pro- and anti-inflammatory cytokines. Among type 1 and type 2 cultures, the Bifidobacterium bifidum ICIS-202 and Bifidobacterium bifidum ICIS-504 strains had high anti-inflammatory potential, capable of both suppressing the secretion of pro-inflammatory cytokines, and enhancing the production of anti-inflammatory cytokines. The supernatant of L. ruminis ICIS-540 strain showed a promising effect, i.e., it repeatedly reduced the level of early proinflammatory TNFα cytokine. The anti-inflammatory activity of these strains was not inferior, but, in relation to individual cytokines (IL-10, TNFα, IL-6), was superior to the known probiotic bacterial cultures. The in vitro testing of metabolic products in bacterial supernatants enabled us to select promising strains of L. ruminis ICIS-540, B. bifidum ICIS-504 and B. bifidum ICIS-202 which may be suitable for implementation of bacterial preparations with anti-inflammatory activity.

цитокиныбесклеточные супернатантыбифидобактериилактобактериискринингпробиотикипостбиотикиcytokinescell-free supernatantsbifidobacterialactobacilliscreeningprobioticspostbioticsReferencesAl-Najjar M.A.A., Abdulrazzaq S.B., Alzaghari L.F., Mahmod A.I., Omar A., Hasen E., Athamneh T., Talib W.H., Chellappan D.K., Barakat M. Evaluation of immunomodulatory potential of probiotic conditioned medium on murine macrophages. Sci Rep., 2024, Vol. 14, 7126. doi: 10.1038/s41598-024-56622-0.Al-Najjar M.A.A., Abdulrazzaq S.B., Alzaghari L.F., Mahmod A.I., Omar A., Hasen E., Athamneh T., Talib W.H., Chellappan D.K., Barakat M. Evaluation of immunomodulatory potential of probiotic conditioned medium on murine macrophages. Sci Rep., 2024, Vol. 14, 7126. doi: 10.1038/s41598-024-56622-0.Asif A., Afzaal M., Shahid H., Saeed F., Ahmed A., Shah Y.A., Ejaz A., Ghani S., Ateeq H., Khan M.R. Probing the functional and therapeutic properties of postbiotics in relation to their industrial application. Food Sci. Nutr., 2023, Vol. 11, no. 8, pp. 4472-4484.Asif A., Afzaal M., Shahid H., Saeed F., Ahmed A., Shah Y.A., Ejaz A., Ghani S., Ateeq H., Khan M.R. Probing the functional and therapeutic properties of postbiotics in relation to their industrial application. Food Sci. Nutr., 2023, Vol. 11, no. 8, pp. 4472-4484.Bermudez-Brito M., Muñoz-Quezada S., Gomez-Llorente C., Romero F., Gil A. Lactobacillus rhamnosus and its cell-free culture supernatant differentially modulate inflammatory biomarkers in Escherichia coli-challenged human dendritic cells. Br. J. Nutr., 2014, Vol. 111, no. 10, pp. 1727-1737.Bermudez-Brito M., Muñoz-Quezada S., Gomez-Llorente C., Romero F., Gil A. Lactobacillus rhamnosus and its cell-free culture supernatant differentially modulate inflammatory biomarkers in Escherichia coli-challenged human dendritic cells. Br. J. Nutr., 2014, Vol. 111, no. 10, pp. 1727-1737.Chen Y.C., Wu Y.J., Hu C.Y. Monosaccharide composition influence and immunomodulatory effects of probiotic exopolysaccharides. Int. J. Biol. Macromol., 2019, Vol. 133, pp. 575-582.Chen Y.C., Wu Y.J., Hu C.Y. Monosaccharide composition influence and immunomodulatory effects of probiotic exopolysaccharides. Int. J. Biol. Macromol., 2019, Vol. 133, pp. 575-582.Foey A., Habil N., Strachan A., Beal J. Lacticaseibacillus casei strain shirota modulates macrophage-intestinal epithelial cell co-culture barrier integrity, bacterial sensing and inflammatory cytokines. Microorganisms, 2022, Vol. 10, no. 10, 2087. doi: 10.3390/microorganisms10102087.oey A., Habil N., Strachan A., Beal J. Lacticaseibacillus casei strain shirota modulates macrophage-intestinal epithelial cell co-culture barrier integrity, bacterial sensing and inflammatory cytokines. Microorganisms, 2022, Vol. 10, no. 10, 2087. doi: 10.3390/microorganisms10102087.Hamad G.M., Abdelmotilib N.M., Darwish A.M., Zeitoun A.M. Commercial probiotic cell-free supernatants for inhibition of Clostridium perfringens poultry meat infection in Egypt. Anaerobe, 2020, Vol. 62, 102181. doi: 10.1016/j.anaerobe.2020.102181.Hamad G.M., Abdelmotilib N.M., Darwish A.M., Zeitoun A.M. Commercial probiotic cell-free supernatants for inhibition of Clostridium perfringens poultry meat infection in Egypt. Anaerobe, 2020, Vol. 62, 102181. doi: 10.1016/j.anaerobe.2020.102181.Lee J., Kim S., Kang C.H. Immunostimulatory activity of lactic acid bacteria cell-free supernatants through the activation of NF-κB and MAPK signaling pathways in RAW 264.7 cells. Microorganisms, 2022, Vol. 10, no. 11, 2247. doi: 10.3390/microorganisms10112247.Lee J., Kim S., Kang C.H. Immunostimulatory activity of lactic acid bacteria cell-free supernatants through the activation of NF-κB and MAPK signaling pathways in RAW 264.7 cells. Microorganisms, 2022, Vol. 10, no. 11, 2247. doi: 10.3390/microorganisms10112247.Leser T., Baker A. Molecular mechanisms of Lacticaseibacillus rhamnosus, LGG® probiotic function. Microorganisms, 2024, Vol. 12, no. 4, 794. doi: 10.3390/microorganisms12040794.Leser T., Baker A. Molecular mechanisms of Lacticaseibacillus rhamnosus, LGG® probiotic function. Microorganisms, 2024, Vol. 12, no. 4, 794. doi: 10.3390/microorganisms12040794.Liang B., Xing D. The current and future perspectives of postbiotics. Probiotics Antimicrob. Proteins, 2023, Vol. 15, no. 6, pp. 1626-1643.Liang B., Xing D. The current and future perspectives of postbiotics. Probiotics Antimicrob. Proteins, 2023, Vol. 15, no. 6, pp. 1626-1643.Maghsood F., Mirshafiey A., Farahani M.M., Modarressi M.H., Jafari P., Motevaseli E. Dual effects of cell free supernatants from lactobacillus acidophilus and lactobacillus rhamnosus GG in regulation of MMP-9 by upregulating TIMP-1 and down-regulating CD147 in PMADifferentiated THP-1 cells. Cell J., 2018, Vol. 19, no. 4, pp. 559-568.Maghsood F., Mirshafiey A., Farahani M.M., Modarressi M.H., Jafari P., Motevaseli E. Dual effects of cell free supernatants from lactobacillus acidophilus and lactobacillus rhamnosus GG in regulation of MMP-9 by upregulating TIMP-1 and down-regulating CD147 in PMADifferentiated THP-1 cells. Cell J., 2018, Vol. 19, no. 4, pp. 559-568.Magryś A., Pawlik M. Postbiotic fractions of probiotics Lactobacillus plantarum 299v and Lactobacillus rhamnosus GG show immune-modulating effects. Cells, 2023, Vol. 12, no. 21, 2538. doi: 10.3390/cells12212538.Magryś A., Pawlik M. Postbiotic fractions of probiotics Lactobacillus plantarum 299v and Lactobacillus rhamnosus GG show immune-modulating effects. Cells, 2023, Vol. 12, no. 21, 2538. doi: 10.3390/cells12212538.Mazziotta C., Tognon M., Martini F., Torreggiani E., Rotondo J.C. Probiotics mechanism of action on immune cells and beneficial effects on human health. Cells, 2023, Vol. 12, no. 1, 184. doi: 10.3390/cells12010184.Mazziotta C., Tognon M., Martini F., Torreggiani E., Rotondo J.C. Probiotics mechanism of action on immune cells and beneficial effects on human health. Cells, 2023, Vol. 12, no. 1, 184. doi: 10.3390/cells12010184.Prajapati N., Patel J., Singh S., Yadav V.K., Joshi C., Patani A., Prajapati D., Sahoo D.K., Patel A. Postbiotic production: harnessing the power of microbial metabolites for health applications. Front. Microbiol., 2023, Vol. 14, 1306192. doi: 10.3389/fmicb.2023.1306192.Prajapati N., Patel J., Singh S., Yadav V.K., Joshi C., Patani A., Prajapati D., Sahoo D.K., Patel A. Postbiotic production: harnessing the power of microbial metabolites for health applications. Front. Microbiol., 2023, Vol. 14, 1306192. doi: 10.3389/fmicb.2023.1306192.Zanetta P., Ballacchino C., Squarzanti D.F., Amoruso A., Pane M., Azzimonti B. Lactobacillus johnsonii LJO02 (DSM 33828) cell-free supernatant and vitamin D improve wound healing and reduce interleukin-6 production in staphylococcus aureus-infected human keratinocytes. Pharmaceutics, 2023, Vol. 16, no. 1, 18. doi: 10.3390/pharmaceutics16010018.Zanetta P., Ballacchino C., Squarzanti D.F., Amoruso A., Pane M., Azzimonti B. Lactobacillus johnsonii LJO02 (DSM 33828) cell-free supernatant and vitamin D improve wound healing and reduce interleukin-6 production in staphylococcus aureus-infected human keratinocytes. Pharmaceutics, 2023, Vol. 16, no. 1, 18. doi: 10.3390/pharmaceutics16010018.Zhang J., Xiao Y., Wang H., Zhang H., Chen W., Lu W. Lactic acid bacteria-derived exopolysaccharide: Formation, immunomodulatory ability, health effects, and structure-function relationship. Microbiol. Res., 2023, Vol. 274, 127432. doi: 10.1016/j.micres.2023.127432.Zhang J., Xiao Y., Wang H., Zhang H., Chen W., Lu W. Lactic acid bacteria-derived exopolysaccharide: Formation, immunomodulatory ability, health effects, and structure-function relationship. Microbiol. Res., 2023, Vol. 274, 127432. doi: 10.1016/j.micres.2023.127432.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.