Istraživačka studija Probiotik B. subtilis PXN®21®

Istraživacˇka studija

Probiotik Bacillus subtilis PXN® 21® štiti od agregacije α-sinukleina kod oblic´a C. elegans

Ovaj rad, objavljen u Cell Reports u sijecˇnju 2020., istražuje kako bakterije koje stvaraju spore mogu usporiti ili cˇak preokrenuti nakupljanje jednog od glavnih proteina povezanih s Parkinsonovom bolešc´u korištenjem dobro istraženog modela nematoda.1

Pozadina:

Parkinsonova bolest (PB) je, nakon Alzheimerove bolesti, drugi najčešći neurodegenerativni poremećaj u svijetu. Oko 10 milijuna ljudi diljem svijeta ima dijagnosticiranu Parkinsonovu bolest. Njeni glavni simptomi su tremor, ukočenost i bradikinezija (usporenost pokreta), a mnoge osobe s Parkinsonovom bolešću doživjeti će i kognitivno oštećenje. Uvod: Alfasinuklein je protein prisutan u ljudskom mozgu u značajnoj količini. Kod Parkinsonove bolesti, protein αsinuklein se pogrešno savija, tvoreći toksične nakupine ili agregate. Ne zna se što točno uzrokuje pogrešno savijanje i zgrušavanje proteina, ali ti pogrešno savijeni proteini važni su u razvoju Parkinsonove bolesti. Parkinsonova bolest trenutno se ne može izliječiti, ali određeni lijekovi mogu poboljšati simptome. Potencijalne terapije Parkinsonove bolesti trenutno su usmjerene upravo na αsinuklein. Nedavne studije bile su usredotočene na smanjenje ekspresije gena αsinukleina ili poticanje njegovog uklanjanja/recikliranja, u nadi da bi to moglo zaustaviti i potencijalno preokrenuti štetu koju te naslage uzrokuju u mozgu. Nedavni dokazi: Odnedavno se mikrobiom ljudskog crijeva pojavio kao potencijalno važan čimbenik u Parkinsonovoj bolesti.2 Utvrđeno je da se gastrointestinalni mikrobiom pacijenata s Parkinsonovom bolešću značajno razlikuje od gastrointestinalnog mikrobioma zdravih osoba u kontrolnim skupinama, sa zabilježenim povećanjem u vrstama Akkermansia i smanjenjem u vrstama Prevotellaceae. 3 Zanimljive su razlike u analizi gastrointestinalnog mikrobioma u korelaciji s kliničkim značajkama Parkinsonove bolesti. Sada je dobro dokumentirano da crijevne bakterije mogu modulirati ishode bolesti u udaljenim organima, uključujući razne neuropsihijatrijske poremećaje kao što su anksioznost, depresija, bipolarni afektivni poremećaj i migrena.4 Na mišjim modelima se pokazalo da im se nakon transplantacije fekalija pacijenata s Parkinsonovom bolešću pogoršavaju simptomi Parkinsonove bolesti, što upućuje na to da razlike u mikrobioti nisu samo rezultat bolesti, nego i da utječu na njeno napredovanje.5

Studija:

Protagonisti:

Caenorhabditis elegans (Nematode/ Worm/C. elegans) Bacillus subtilis

Escherichia coli (B. subtilis) (E. coli)

Ljudska mikrobiota sastoji se od trilijuna mikroorganizama, što predstavlja izazov za razumijevanje učinaka pojedinih vrsta i sojeva.6 Međutim, nematode koje se hrane bakterijama poput oblića Caenorhabditis elegans nude mogućnost istraživanja mnogih aspekata ljudske fiziologije i dovode do ključnih uvida u razvoj bolesti kod ljudi. Da bi procijenio učinak crijevnih bakterija na agregaciju αsinukleina, istraživački tim sa Sveučilišta Edinburgh i Dundee koristio je dobro poznat model organizam C. elegans (soj NL5901) za istraživanje Parkinsonove bolesti jer ima sposobnost proizvodnje humane verzije αsinukleina. Oblići su hranjeni različitim bakterijskim vrstama: E. coli (normalna laboratorijska prehrana za C. elegans), B. subtilis PXN® 21® (ADM Protexin Ltd.) ili kombinacijom obje bakterije, te je procijenjena agregacija αsinukleina u različitim fazama. OKTAL PHARMA PROMO

C. elegans hranjen s E. coli vrlo rano u razvoju akumulirao je agregate αsinukleina. Nasuprot tome, C. elegans hranjen s B. subtilis nije pokazao gotovo nikakvu agregaciju αsinukleina od stadija ličinke do rane odrasle dobi (Slika 1). Oblići koji su hranjeni s E. coli tijekom stadija ličinke (rana razvojna faza C. elegans) zabilježili su značajno smanjenje agregata αsinukleina kada su prešli na prehranu s B. subtilis. B. subtilis također je poboljšao motoričke sposobnosti povezane s toksičnim nakupinama.

A

-sinuklein:YFP α

E. coli OP50 B. subtilis PXN® 21® B

80

agregati/oblic´i

60

40

20

0

E. coliB. sub.

SLIKA 1: B. subtilis PXN® 21® inhibira i preokrec´e agregaciju α-sinukleina u C. elegans modelu NL5901

Mehanizam djelovanja B. subtilis: Poznato je da B. subtilis povećava životni vijek i otpornost na stres C. elegans. 79 Jedan od mehanizama koje B. subtilis koristi za postizanje tih učinaka je povećano stvaranja biofilma to je sluzavi matrični materijal koji bakterije proizvode i unutar kojeg žive poput zajednice, što omogućuje poboljšanu komunikaciju i dijeljenje hranjivih tvari. Formiranje biofilma povezano je s povećanjem lučenja dušikovog oksida (NO) i faktora koji stimulira kolonije (CSF), dva bakterijska proizvoda neophodna za produljenje dugovječnosti C. elegans. Dušikov oksid također je važan u održavanju niske razine agregacije αsinukleina kod nematoda koji se hrane s B. subtilis.

Studije su pokazale da su poremećaji u metabolizmu određenih masti (sfingolipida) kod Parkinsonove bolesti povezani s agregacijom αsinukleina. Ta studija pokazuje da B. subtilis regulira metabolizma lipida, smanjujući agregaciju αsinukleina.

Zakljucˇak:

B. subtilis PXN® 21®, probiotski soj koji je dostupan za humanu prehranu, inhibira agregaciju i učinkovito uklanja prethodno formirane nakupine u C. elegans modelu koji ima sposobnost proizvodnje humanog αsinukleina. Svoj zaštitni učinak bakterija prenosi na αsinuklein kroz promjenu višestrukih zaštitnih puteva u domaćinu, uključujući stvaranje biofilma i metabolizam sfingolipida. Ti nalazi pružaju snažnu osnovu za istraživanje potencijala B. subtilis PXN® 21® u kliničkim ispitivanjima na ljudima.

B. subtilis inhibira i preokrec´e agregaciju α-sinukleina u C. elegans modelu sinukleinopatije / Parkinsonove bolesti. Zaštita B. subtilis ucˇinkovita je i tijekom starenja C. elegans.

Bacillus subtlis PXN® 21® je komercijalni soj bakterija koji se koristi unutar Bio-Kult asortimana živih bakterija. Sadrže ga Bio-Kult i Bio-Kult Migréa.

Literatura: 1. Goya ME, Xue F, SampedroTorresQuevedo C, Arnaouteli S, RiquelmeDominguez L, Romanowski A, et al. Probiotic Bacillus subtilis Protects against αSynuclein Aggregation in

C. elegans. Cell Rep. 2020 Jan 14;30(2):367380.e7. 2. Scheperjans F. Gut microbiota, 1013 new pieces in the Parkinson’s disease puzzle. Vol. 29, Current Opinion in Neurology. Lippincott Williams and Wilkins; 2016. p. 77380. 3. Boertien JM, Pereira PAB, Aho VTE, Scheperjans F. Increasing Comparability and Utility of Gut Microbiome Studies in Parkinson’s Disease: A Systematic Review. J Parkinsons Dis. 2019;9(s2):S297312. 4. Clapp M, Aurora N, Herrera L, Bhatia M, Wilen E, Wakefield S. Gut microbiota’s effect on mental health: the gutbrain axis. Clin Pract. 2017 Sep 15;7(4). 5. Sampson TR, Debelius JW, Thron T, Janssen S, Shastri GG, Ilhan ZE, et al. Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson’s Disease. Cell. 2016 Dec 1;167(6):14691480.e12. 6. LloydPrice J, AbuAli G, Huttenhower C. The healthy human microbiome. Vol. 8, Genome Medicine. BioMed Central Ltd.; 2016. 7. Branda SS, Vik Å, Friedman L, Kolter R. Biofilms: The matrix revisited. Vol. 13, Trends in Microbiology. 2005. p. 206. 8. Smolentseva O, Gusarov I, Gautier L, Shamovsky I, Defrancesco AS, Losick R, et al. Mechanism of biofilmmediated stress resistance and lifespan extension in C. Elegans. Sci

Rep. 2017 Dec 1;7(1). 9. Donato V, Ayala FR, Cogliati S, Bauman C, Costa JG, Leñini C, et al. Bacillus subtilis biofilm extends Caenorhabditis elegans longevity through downregulation of the insulinlike signalling pathway. Nat Commun. 2017 Jan 30;8.