Сравнительная характеристика цитокинового профиля, индуцируемого супернатантами производственных и кишечных штаммов бифидои лактобактерий в условиях in vitro

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Leser T., Baker A. Molecular mechanisms of Lacticaseibacillus rhamnosus, LGG® probiotic function. Microorganisms, 2024, Vol. 12, no. 4, 794. doi: 10.3390/microorganisms12040794.

9. Liang B., Xing D. The current and future perspectives of postbiotics. Probiotics Antimicrob. Proteins, 2023, Vol. 15, no. 6, pp. 1626-1643.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.