Category Archives: Biologia

Bacillus com a probiòtics

Click here for the English version: Bacillus as probiotics

4 d’agost 2017

Els probiòtics

Els probiòtics són microorganismes vius que, en ingerir-los en quantitats adequades, poden tenir algun efecte positiu sobre la salut dels hostes (FAO/WHO 2006; World Gastroenterology Organisation 2011; Fontana et al. 2013). Els hostes poden ser els humans però també altres animals. Els bacteris làctics, sobretot del gènere Lactobacillus, i els bifidobacteris, ambdós considerats com a GRAS (Generally recognized as safe, generalment reconeguts com a segurs), són els més utilitzats com a probiòtics, però altres bacteris i alguns llevats també poden ser útils. A banda de poder ser administrats com a medicaments, els probiòtics es consumeixen normalment des de fa mil·lennis com una part dels aliments fermentats, com passa amb el iogurt i altres productes làctics (vegeu el meu article “Formatge europeu de fa 7400 anys ….” 26 desembre 2012). Com a medicaments, els probiòtics generalment són venuts sense recepta, de venda lliure a les farmàcies (OTC en anglès, over-the-counter).

Ja he comentat en altres articles d’aquest blog la rellevància dels probiòtics (“Un nou probiòtic activa la microbiota contra el càncer de fetge” 13 juliol 2016), així com de la microbiota que conviu amb el nostre cos (“Bacteris controlant el que mengem” 8 set 2014 ; “Bacteris de la llet materna” 26 gener 2013) i dels altres animals (“Microbiota de la pell humana … i del gos de casa” 17 novembre 2015; “El panda gegant i la seva microbiota…” 26 agost 2015).

A banda dels bacteris làctics i els bifidobacteris, altres microorganismes que també s’utilitzen en certa mesura com a probiòtics són el llevat Saccharomyces cerevisiae, algunes soques d’Escherichia coli, i alguns Bacillus, com ara veurem. També comencen a utilitzar-se alguns clostridials, en relació al que vaig comentar en un article anterior d’aquest mateix blog pel març 2015 (“Tenim clostridis bons al budell….”).

 

Els Bacillus

De fet, els Bacillus i els clostridials tenen en comú la capacitat de formar endòspores. I tots dos grups són grampositius, dins del fílum taxonòmic Firmicutes (Figura 1), que inclou també els bacteris làctics. Tanmateix, els bacil·lals (Bacillus i altres semblants, però també estafilococs i Listeria) són evolutivament més a prop dels lactobacil·lals (els bacteris làctics) que dels clostridials. La principal diferència fisiològica entre Clostridium i Bacillus és que els primers són anaerobis estrictes i Bacillus són aerobis o facultatius.

Fig 1 tree gram + AB

Figura 1. Esquema d’arbre filogenètic dels bacteris grampositius (Firmicutes i Actinobacteris). Elaboració pròpia.

 

Les endòspores bacterianes (Figura 2) són les estructures biològiques més resistents, ja que sobreviuen als ambients inhòspits extrems, com radiacions UV i gamma, dessecació, lisozim, altes temperatures (són la referència per als càlculs d’esterilització tèrmica), falta de nutrients i desinfectants químics. Es troben al terra i a l’aigua, on poden sobreviure durant períodes de temps molt llargs.

Fig 2 bacillus Simon Cutting

Figura 2. Endòspores (les parts blanques) de Bacillus subtilis en formació (Imatge de Simon Cutting).

 

Bacillus als aliments fermentats, sobretot asiàtics

Diversos Bacillus estan implicats clàssicament en els processos de fermentació d’aliments, sobretot per la seva capacitat de producció de proteases, amb la qual cosa durant les fermentacions contribueixen a l’enriquiment nutritiu amb els aminoàcids resultants de la proteòlisi enzimàtica.

Uns d’aquests aliments són els fideus de farina d’arròs fermentada, típics de Tailàndia i Birmània. S’ha vist que en aquesta fermentació intervé una varietat de microorganismes, amb bacteris làctics, llevats i altres fongs, però també bacteris aerobis entre els que hi ha B. subtilis. S’ha trobat que l’activitat proteolítica d’aquests digereix i elimina substrats proteics de l’arròs que són al·lèrgens, com l’azocaseïna, i per tant tenen una activitat beneficiosa per a la salut dels consumidors (Phromraksa et al. 2009).

Tanmateix, l’aliment fermentat amb Bacillus més conegut és la soja fermentada alcalina. Com sabeu, la soja (Glycine max) o faves de soja, són un dels vegetals nutritius més consumits històricament, sobretot als països asiàtics. Se n’obté “llet” de soja, farina de soja, oli de soja, concentrat de soja, iogurt de soja, tofu (llet de soja quallada), i productes fermentats com la salsa de soja, el tempeh, el miso i altres. La majoria d’aquests fermentats es fan amb el fong Rhizopus, afavorint el seu creixement per acidificació o inoculant-lo directament. En canvi, si no s’acidifica i les faves de soja es deixen fermentar només amb aigua, els microbis naturals predominants que ho fermenten són Bacillus, i d’aquesta manera s’obté, entre altres, el “chongkukjang” coreà, el “kinema” de la Índia, el “thua nao” del nord de Taïlàndia, el “douchi” xinès, el “chine pepoke” birmà, i el més conegut, el “natto” japonès (Figura 3). La fermentació espontània amb els Bacillus dona amoni com a subproducte, i per això és alcalina, la qual cosa dóna una olor no gaire bona a molts d’aquests productes, però el natto s’elabora amb un cultiu seleccionat de B. subtilis que hi dóna un olor més suau i agradable (Chukeatirote 2015).

Aquests aliments són bons del punt de vista nutritiu ja que contenen proteïnes, fibra, vitamines, i tot d’origen vegetal o microbià. A més, la publicitat del natto comercial emfatitza, a banda de què és elaborat artesanalment i es ven fresc (no congelat), les seves qualitats probiòtiques, dient que els B. subtilis (Figura 4) que conté promouen la salut gastrointestinal, immunològica, cardiovascular i dels ossos (www.nyrture.com). Diuen que el sabor i la textura del natto són exquisits. Es menja amb arròs o amb altres ingredients i salses, i també dins el maki sushi. Caldrà provar-lo !

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Figura 3. El “natto”, faves de soja fermentades amb B. subtilis, esmorzar amb arròs, típic japonès (Pinterest.com)

Fig 4 Bs nyrture-com micrograf electro colorejada

Figura 4. Micrografia electrònica colorejada de Bacillus subtilis (Nyrture.com)

 

Bacillus com a probiòtics

Justament les endòspores són el principal avantatge dels Bacillus per ser utilitzats com a probiòtics, gràcies a la seva estabilitat tèrmica i per poder sobreviure les condicions gàstriques (Cutting 2011). Si bé Clostridium també té aquest avantatge, la seva condició d’anaerobi estricte en fa més complexa la seva manipulació, a banda del “mal nom” d’aquest gènere degut a algunes conegudes espècies tòxiques d’aquest gènere.

A diferència d’altres probiòtics com Lactobacillus o Bifidobacterium, les endòspores de Bacillus poden ser emmagatzemades indefinidament sense aigua. Els productes comercials s’administren en dosis d’unes 10^9 espores per gram o per ml.

Cada cop hi ha més productes comercials de probiòtics que contenen Bacillus, tant per a consum humà (Taula 1) com per a ús veterinari (Taula 2). A més a més, també hi ha uns 5 productes específics per a aqüicultura amb diversos Bacillus, i a més sovint les granges de gambes utilitzen els de consum humà (Cutting 2011).

Per a ús en l’aqüicultura s’han obtingut productes probiòtics de barreges de Bacillus (B. thuringiensis, B. megaterium, B. polymixa, B. licheniformis i B. subtilis) aïllant-los de l’intestí de la gamba Penaeus monodon infectada de vibriosis. S’han seleccionat en base a biodegradació de nutrients i a la capacitat inhibitòria del patogen Vibrio harveyi (Vaseeharan & Ramasamy 2003) Són preparats en liòfil o microencapsulades en alginat sòdic, i s’ha comprovat que milloren significativament el creixement i la supervivència de les gambes (Nimrat et al. 2012).

Com veiem per als productes de consum humà, quasi la meitat de les marques (10 de 25) són elaborades al Vietnam. En aquest país l’ús de Bacillus probiòtics està més desenvolupat que en qualsevol altre, però els motius no estan clars. Curiosament allà, com en altres països del sud est asiàtic, no hi ha el concepte de suplements dietètics i els probiòtics com Bacillus només són venuts com a medicaments aprovats pel Ministeri de Salut. Es prescriuen per a la infecció per rotavirus (diarrea infantil) o la estimulació immunològica enfront enverinaments, o són molt freqüentment utilitzats com a teràpia contra infeccions entèriques. Tanmateix, no està clar que s’hagin fet proves clíniques i són productes fàcils de comprar (Cutting 2011).

 

Taula 1. Productes comercials de probiòtics amb Bacillus, per a consum humà (modificat de Cutting 2011).

Producte País del fabricant Espècies de Bacillus
Bactisubtil ® França B. cereus
Bibactyl ® Vietnam B. subtilis
Bidisubtilis ® Vietnam B. cereus
Bio-Acimin ® Vietnam B. cereus i 2 altres
Biobaby ® Vietnam B. subtilis i 2 altres
Bio-Kult ® Regne Unit B. subtilis i 13 altres
Biosporin ® Ucraïna B. subtilis + B. licheniformis
Biosubtyl ® Vietnam B. cereus
Biosubtyl DL ® Vietnam B. subtilis i 1 altre
Biosubtyl I i II ® Vietnam B. pumilus
Biovicerin ® Brasil B. cereus
Bispan ® Corea Sud B. polyfermenticus
Domuvar ® Itàlia B. clausii
Enterogermina ® Itàlia B. clausii
Flora-Balance ® Estats Units B. laterosporus *
Ildong Biovita ® Vietnam B. subtilis i 2 altres
Lactipan Plus ® Itàlia B. subtilis *
Lactospore ® Estats Units B. coagulans *
Medilac-Vita ® Xina B. subtilis
Nature’s First Food ® Estats Units 42 soques, incloent 4 B.
Neolactoflorene ® Itàlia B. coagulans * i 2 altres
Pastylbio ® Vietnam B. subtilis
Primal Defense ® Estats Units B. subtilis
Subtyl ® Vietnam B. cereus
Sustenex ® Estats Units B. coagulans

* Alguns etiquetats com Lactobacillus o altres bacteris porten realment Bacillus

 

Taula 2. Productes comercials de probiòtics amb Bacillus, per a ús veterinari (modificat de Cutting 2011).

Producte Animal País del fabricant Espècies de Bacillus
AlCare ® Porcs Austràlia B. licheniformis
BioGrow ® Pollastres, vedells, porcs Regne Unit B. licheniformis i B. subtilis
BioPlus 2B ® Porcs, pollastres, dindis Dinamarca B. licheniformis i B. subtilis
Esporafeed Plus ® Porcs Espanya B. cereus
Lactopure ® Pollastres, vedells, porcs Índia B. coagulans *
Neoferm BS 10 ® Pollastres, vedells, porcs França B. clausii
Toyocerin ® Vedells, pollastres, conills i porcs Japó B. cereus

 

Les espècies de Bacillus que veiem en aquestes Taules són les que realment s’hi troben, un cop feta la identificació, ja que molts d’aquests productes estan mal etiquetats com a Bacillus subtilis o fins i tot com a Lactobacillus (Green et al. 1999; Hoa et al 2000). Aquests errors en l’etiquetatge poden ser preocupants per al consumidor, i sobretot per qüestions de seguretat, ja que alguns dels trobats són Bacillus cereus, que s’ha vist que pot ser causa d’infeccions gastrointestinals ja que força soques produeixen enterotoxines (Granum & Lund 1997; Hong et al. 2005)

Els possibles Bacillus probiòtics han estat aïllats de diversos orígens. Per exemple recentment se n’han aïllat alguns B. subtilis de l’esmentat chongkukjang coreà, que tenen bones característiques de resistència a les condicions del tracte gastrointestinal (GI) i activitat antimicrobiana contra Listeria, Staphylococcus, Escherichia i fins i tot contra B. cereus (Lee et al 2017).

Un d’aquests productes farmacèutics més coneguts és l’Enterogermina (Figura 5), amb espores de B. subtilis, que és recomanat per al tractament de desordres intestinals associats a alteracions de la microbiota (Mazza 1994).

Figuresv1 copy.ppt

Figura 5. Enterogermina amb espores de Bacillus subtilis (Cutting 2011)

 

Bacillus al tracte gastrointestinal: hi són ? hi poden sobreviure ?

S’ha discutit si les espores administrades poden germinar al tracte GI. Treballant amb ratolins, Casula & Cutting (2002) han utilitzat B. subtilis modificats, amb un gen quimèric ftsH-lacZ, que s’expressa només en cèl·lules vegetatives, amb el que es poden detectar per RT-PCR fins a només 100 bacteris. D’aquesta manera han vist que les espores germinen en nombres significatius al jejú i a l’ili. O sigui, que les espores podrien colonitzar l’intestí prim, encara que transitòriament.

De manera similar, Duc et al. (2004) han conclòs que les espores de B. subtilis poden germinar al budell perquè després del tractament oral dels ratolins, se n’excreten més espores a la femta que les ingerides, senyal que han pogut proliferar. També han detectat, mitjançant RT-PCR, mRNA dels bacils vegetatius després de l’administració de les espores, i a més a més, s’ha observat que el ratolí genera resposta amb IgG contra cèl·lules vegetatives del bacteri. O sigui, que les espores no serien passavolants transitoris, sinó que germinarien passant a cèl·lules vegetatives, les quals tindrien una interacció activa amb les cèl·lules hoste o la microbiota, augmentant-ne l’efecte probiòtic.

Amb tot això, potser caldria considerar a molts Bacillus no com a al·lòctons al tracte GI, sinó com a bacteris amb un cicle de vida bimodal de creixement i esporulació, tant al medi ambient com dins el tracte GI de molts animals (Hong et al. 2005).

En quant a la presència normal de Bacillus a l’intestí, quan s’estudien els diferents microorganismes habitants del digestiu humà per anàlisi metagenòmic del DNA de la microbiota, el gènere Bacillus no apareix (Xiao et al. 2015). Com veiem (Figura 6), els més habituals són Bacteroides i Clostridium, seguits de diversos enterobacteris i altres, inclosos els bifidobacteris.

Fig 6 Xiao nbt.3353-F2

Figura 6. Els 20 gèneres bacterians més abundants a l’intestí d’humans (dreta) i ratolins (esquerra) (Xiao et al. 2015).

 

Malgrat això, s’han aïllat diverses espècies de Bacillus al tracte GI de pollastres, tractant mostres fecals amb calor i etanol per seleccionar només les espores, seguit d’incubació aeròbica (Barbosa et al. 2005). I més en concret, la presència de B. subtilis a la microbiota d’humans s’ha confirmat mitjançant aïllament selectiu en biòpsies d’ili i també de mostres fecals (Hong et al. 2009). Aquestes soques de B. subtilis presentaven gran diversitat i tenien capacitat de formar biofilms, esporular anaeròbiament i secretar antimicrobians, amb la qual cosa es confirma l’adaptació d’aquests bacteris a l’intestí, i per tant poden ser considerats comensals intestinals, i no solament bacteris del sòl.

 

Seguretat dels Bacillus probiòtics

El consum oral de quantitats importants de microorganismes viables que no són molt usuals al tracte GI posa sobre la taula dubtes addicionals sobre la seguretat. Això encara més en l’ús d’espècies que no tenen una història d’utilització segura en aliments, com és el cas dels bacteris esporulats. Fins i tot els habitants normals de l’intestí poden actuar a vegades com a patògens oportunistes (Sanders et al. 2003).

Amb l’excepció de B. anthracis i B. cereus, les diverses espècies de Bacillus generalment no es consideren patogèniques. Per suposat, les espores de Bacillus són consumides de forma usual sense adonar-se’n amb els aliments i en alguns fermentats. Encara que els Bacillus són reconeguts com a GRAS per a la producció d’enzims, fins ara la FDA no ha garantit l’estatus de GRAS per a cap esporulat amb aplicació com a probiòtic, ni Bacillus ni Clostridium. Mentre que Lactobacillus i Bifidobacterium han estat subjecte de nombroses i rigoroses proves de no toxicitat crònica i aguda, i un munt d’experts han revisat dades i han conclòs que són segurs com a probiòtics, no hi han dades de toxicitat publicades sobre Bacillus en relació al seu ús com a probiòtics. En fer un repàs al Medline d’articles on surti el terme “probiotic” limitant-se a estudis clínics, de 123 referències no hi ha cap on surti Bacillus (Sanders et al. 2003).

En canvi, hi ha alguns estudis clínics on soques de Bacillus han estat detectades com a toxigèniques. Tot això explica que alguns productors de Bacillus probiòtics es refereixen a ells amb l’enganyós nom de Lactobacillus sporogenes, espècie inexistent, com es pot comprovar al NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/taxonomy/?term=lactobacillus+sporogenes).

Finalment, cal recordar l’informe conjunt sobre probiòtics de la FAO (Organització de les Nacions Unides per a l’Alimentació i l’Agricultura) i la OMS (Organització Mundial de la Salut) (FAO/WHO 2006), que suggereix un conjunt de directrius per tal que un producte sigui utilitzat com a probiòtic, tant en forma única com en forma de nou suplement alimentari. Aquestes recomanacions són:

  1. Que el microorganisme estigui ben caracteritzat a nivell d’espècie, utilitzant mètodes fenotípics i genotípics (ex. 16S rRNA).
  2. Que la soca en qüestió estigui dipositada en alguna col·lecció de cultius reconeguda internacionalment.
  3. Avaluació de la soca in vitro per determinar-ne l’absència de factors de virulència: que no sigui citotòxica ni envaeixi cèl·lules epitelials, i que no produeixi enterotoxines o hemolisines o lecitinases.
  4. Determinació de la seva activitat antimicrobiana, i el perfil de resistència, incloent l’absència de gens de resistència i la incapacitat per transferir factors de resistència.
  5. Avaluació preclínica de la seva seguretat en models animals.
  6. Confirmació en animals demostrant-ne la seva eficàcia.
  7. Avaluació en humans (Fase I) de la seva seguretat.
  8. Avaluació en humans (Fase II) de la seva eficàcia (si fa l’efecte esperat) i eficiència (amb el mínim de recursos i el mínim temps).
  9. Etiquetatge correcte del producte, incloent gènere i espècie, dosi precisa i condicions de conservació.

FAO WHO

Conclusions

La utilització de Bacillus com a probiòtics, sobretot en forma de suplements dietètics, està augmentant molt ràpidament. Cada cop més estudis científics demostren els seus beneficis, com estimulació immune, activitats antimicrobianes i competència exclusiva. El seu principal avantatge és que poden ser produïts fàcilment i que el producte final, les espores, és molt estable, amb la qual cosa poden ser incorporats fàcilment al menjar quotidià. A més, hi ha estudis que suggereixen que aquests bacteris poden multiplicar-se al tracte GI i poden ser considerats com a residents temporals (Cutting 2011).

D’altra banda, cal demanar un major rigor en la selecció i control dels Bacillus utilitzats, ja que alguns, si no han estat ben identificats, podrien ser causa de trastorns intestinals. En qualsevol cas, donat que el nombre de productes venuts com a probiòtics que contenen els esporulats Bacillus està augmentant molt, cal no donar per suposat que tots són segurs i cal avaluar cas per cas (Hong et al 2005).

 

Bibliografia

Barbosa TM, Serra CR, La Ragione RM, Woodward MJ, Henriques AO (2005) Screening for Bacillus isolates in the broiler gastrointestinal tract. Appl Environ Microbiol 71, 968-978.

Casula G, Cutting SM (2002) Bacillus probiotics: Spore germination in the gastrointestinal tract. Appl Environ Microbiol 68, 2344-2352.

Chukeatirote E (2015) Thua nao: Thai fermented soybean. J Ethnic Foods 2, 115-118.

Cutting SM (2011) Bacillus probiotics. Food Microbiol 28, 214-220.

Duc LH, Hong HA, Barbosa TM, Henriques AO, Cutting SM (2004) Characterization of Bacillus probiotics available for human use. Appl Environ Microbiol 70, 2161-2171.

FAO/WHO (2006) Probiotics in food. Health and nutritional properties and guidelines for evaluation. Fao Food and Nutrition Paper 85. Reports of Joint FAO/WHO expert consultations.

Fontana L, Bermudez-Brito M, Plaza-Diaz J, Muñoz-Quezada S, Gil A (2013) Sources, isolation, characterization and evaluation of probiotics. Brit J Nutrition 109, S35-S50.

Granum, P. E., T. Lund (1997) Bacillus cereus and its food poisoning toxins. FEMS Microbiol. Lett. 157:223–228.

Green, D. H., P. R. Wakeley, A. Page, A. Barnes, L. Baccigalupi, E. Ricca, S. M. Cutting (1999) Characterization of two Bacillus probiotics. Appl Environ Microbiol 65, 4288–4291.

Hoa, N. T., L. Baccigalupi, A. Huxham, A. Smertenko, P. H. Van, S. Ammendola, E. Ricca, A. S. Cutting (2000) Characterization of Bacillus species used for oral bacteriotherapy and bacterioprophylaxis of gastrointestinal disorders. Appl Environ Microbiol 66, 5241–5247.

Hong HA, Dic LH, Cutting SM (2005) The use of bacterial spore formers as probiotics. FEMS Microbiol Rev 29, 813-835.

Hong HA, Khaneja R, Tam NMK, Cazzato A, Tan S, Urdaci M, Brisson A, Gasbarrini A, Barnes I, Cutting SM (2009) Bacillus subtilis isolated from the human gastrointestinal tract. Res Microbiol 160, 134-143.

Lee S, Lee J, Jin YI, Jeong JC, Hyuk YH, Lee Y, Jeong Y, Kim M (2017) Probiotic characteristics of Bacillus strains isolated from Korean traditional soy sauce. LWT – Food Sci Technol 79, 518-524.

Mazza P (1994) The use of Bacillus subtilis as an antidiarrhoeal microorganism. Boll Chim. Farm. 133, 3-18.

Nimrat S, Suksawat S, Boonthai T, Vuthiphandchai V (2012) Potential Bacillus probiotics enhance bacterial numbers, water quality and growth during early development of white shrimp (Litopenaeus vannamei). Veterinary Microbiol 159, 443-450.

Phromraksa P, Nagano H, Kanamaru Y, Izumi H, Yamada C, Khamboonruang C (2009) Characterization of Bacillus subtilis isolated from asoian fermented foods. Food Sci Technol Res 15, 659-666.

Sanders ME, Morelli L, Tompkins TA (2003) Sporeformers as human probiotics: Bacillus, Sporolactobacillus, and Brevibacillus. Compr Rev Food Sci Food Safety 2, 101-110

Vaseeharan, B., P. Ramasamy (2003) Control of pathogenic Vibrio spp. by Bacillus subtilis BT23, a possible probiotic treatment for black tiger shrimp Penaeus monodon. Lett Appl Microbiol 36, 83–87

World Gastroenterology Organisation Global Guidelines (2011) Probiotics and Prebiotics.

Xiao et al. (2015) A catalog of the mouse gut metagenome. Nature Biotechnol 33, 1103-1108.

Fig 0 pinterest-com cool bacillus-subtilis-science-comics

Anuncis

Un nou probiòtic activa la microbiota contra el càncer de fetge

Click here for the english version:  A new probiotic modulates gut microbiota against hepatocellular carcinoma

13 juliol 2016

Els darrers anys s’han anat desvetllant els efectes beneficiosos de la microbiota intestinal humana sobre diversos marcadors de la salut, com la inflamació, la resposta immune, les funcions metabòliques i el pes, així com la importància que tenen aquests bacteris simbiòtics nostres. En relació a la nostra microbiota vegeu per exemple aquests altres posts del meu blog: “Els clostridis bons ens eviten al·lèrgies“, “Bacteris controlant el que mengem” o “Bacteris de la llet materna“.

Al mateix temps s’ha vist que els probiòtics poden ser una bona solució per a moltes malalties amb la microbiota intestinal afectada. Efectivament, s’ha demostrat el paper beneficiós dels probiòtics per tal de reduir la inflamació gastrointestinal i prevenir el càncer colorectal.

Ara bé, recentment s’ha observat que els probiòtics poden tenir efectes beneficiosos en altres parts del cos més enllà del tracte gastrointestinal, en concret amb efectes immunomoduladors sobre un carcinoma hepatocel·lular (CHC). En efecte, investigadors de la Universitat de Hong Kong, juntament amb altres de la Universitat de Finlàndia Oriental, han publicat un estudi (Li et al, PNAS, 2016) en aquest sentit, en el qual han vist reduccions del 40% del pes i mida del tumor CHC del fetge de ratolins als que se’ls havia administrat un nou producte barreja de probiòtics, “Prohep”.

El carcinoma hepatocel·lular (CHC) és el tipus més usual de càncer de fetge, és el 2n càncer més mortal, i força abundant en llocs amb taxes altes d’hepatitis. A més, el fàrmac més utilitzat per reduir la proliferació del tumor, el sorafenib, és caríssim. El cost d’aquest inhibidor multiquinasa és de 3400€, per a les 112 pastilles de 200 mg del tractament recomanat de 4 pastilles al dia durant un mes. En canvi, qualsevol tractament amb probiòtics que s’arribés a demostrar que fos eficaç i pogués substituir aquest fàrmac, seria molt més econòmic.

La nova barreja de probiòtics Prohep està compost per diversos bacteris: Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), Escherichia coli Nissle 1917 (EcN), i el conjunt inactivat pel calor VSL#3 (1:1:1), que conté Streptococcus thermophilus, Bifidobacterium breve, Bf. longum, Bf. infantis, Lb. acidophilus, Lb. plantarum, Lb. paracasei, i Lb. delbrueckii.

En el treball esmentat, Li et al. (2016) van alimentar ratolins amb el Prohep durant una setmana abans d’inocular-los un tumor al fetge, i van observar una reducció del 40% del pes i mida del tumor en comparació als animals control. Com veiem a la Figura 1, l’efecte és significatiu als 35 dies, i també per als que se’ls administra el Prohep el mateix dia de la inoculació del tumor. Lògicament, l’efecte de reducció és molt més manifest en administrar un compost antitumoral com Cisplatina.

Aquests investigadors van veure que la reducció del tumor era degut a la inhibició de l’angiogènesi, el procés que fa generar nous vasos sanguinis a partir dels existents, cosa essencial per al creixement tumoral. Relacionat amb la reducció tumoral, van trobar nivells alts del GLUT-1+ hipòxic, o sigui, que al tumor hi havia hipòxia causada pel menor flux sanguini, ja que aquest era un 54% menor, respecte als controls.

 

Fig 1 Li-Fig1B tumor size - days tumor

Figura 1. Variació de mida del tumor. ProPre: administració de Prohep 1 setmana abans d’inoculació del tumor; ProTreat: administració de Prohep el mateix dia d’inoculació del tumor; Cisplatin: administració d’aquest antitumoral. (Fig 1 B de Li et al, 2016).

 

També van determinar que hi havia una menor quantitat del factor angiogènic proinflamatori IL-17 i de les cèl·lules Th17 del sistema immune, que s’associen també al càncer. La menor inflamació i angiogènesi limiten el creixement del tumor.

I a més a més, aquests investigadors van establir que aquests efectes beneficiosos de l’administració dels probiòtics estava relacionats amb l’abundància de bacteris beneficiosos de la microbiota intestinal pròpia dels ratolins, que analitzaren per metagenòmica. O sigui, que els probiòtics modulen la microbiota, afavorint alguns bacteris propis, que són els que produeixen metabòlits antiinflamatoris com la citoquina IL-10 i que suprimeixen la diferenciació de les cèl·lules Th17.

 

Fig 2 gut microbiota Eye of Science

Figura 2. Bacteris de la microbiota intestinal humana al microscopi electrònic de rastreig (SEM) (Imatge colorejada, de Eye of Science / Science Source)

 

Alguns d’aquests bacteris de la microbiota identificats per metagenòmica als ratolins que se’ls havia administrat el Prohep són Prevotella i Oscillibacter. El primer és un bacteri gram-negatiu bacteroidal, que és abundant a la microbiota de nen africans rurals amb dietes riques en carbohidrats. Oscillibacter és un gram-positiu clostridial, que es coneix als humans com a productor del neurotransmissor GABA. Són un exemple més de la importància d’alguns bacteroidals i clostridials en la microbiota intestinal, ja que en són majoria, i malgrat que no són ni molt menys utilitzats com a probiòtics, cada cop se’ls troba més funcions positives, com per exemple evitant al·lèrgies (Els clostridis bons ens eviten al·lèrgies).

Se sap que aquests bacteris produeixen metabòlits antiinflamatoris i per tant serien els principals implicats en regular l’activitat de les cèl·lules immunes que propicien el creixement del tumor. La reducció del tumor observada en aquests experiments amb ratolins seria efecte de l’acció combinada dels mateixos bacteris probiòtics administrats junt amb la microbiota pròpia afavorida per aquests. Veiem un possible esquema d’aquestes accions a la Figura 3.

 

Fig 3 Sung fig 2

Figura 3. Diagrama simplificat dels possibles mecanismes dels bacteris intestinals influint sobre la polarització de les cèl·lules Th17 de la làmina pròpia de la mucosa intestinal. Els bacteris de la microbiota activarien les cèl·lules dendrítiques, les quals segreguen citoquines (IL-22, IL-23, IL-27). Els bacteris poden promoure la immunitat de Th17 induint IL-23, que pot estar involucrada mitjançant la senyal de lligands TLR, o ATP extracel·lular o l’amiloide A sèric (SAA). Mentrestant, algunes soques probiòtiques podrien inhibir el desenvolupament de Th17 per la via de la producció de IL-12 i IL-27, a banda d’afavorir el creixement i colonització dels bacteris propis que indueixen Th17 (Sung et al 2012, Fig. 2).

 

Encara que ja sabem que la progressió dels càncers és un procés molt complex, i que als microambients del tumor hi ha una infiltració de molts diversos tipus de cèl·lules del sistema immunitari com cèl·lules T, neutròfils, cèl·lules killer, macròfags, etc, la subpoblació de cèl·lules helper Th17 sembla que és prevalent en la progressió dels tumors, i per tant, aquests efectes dels probiòtics i la microbiota obren bones perspectives.

Encara és aviat per dir si aquests descobriments contribuiran a un tractament del càncer de fetge humà, i per tant calen investigacions en humans per veure si aquests probiòtics podrien ser utilitzats com a tal o en tàndem amb algun fàrmac, en funció del estadi i mida del tumor. En qualsevol cas, s’obre un nou ventall de possibilitats de recerca dels mecanismes moleculars dels efectes beneficiosos dels probiòtics més enllà del tracte intestinal.

 

Bibliografia

El-Nezami H (2016 april 27) HKU develops novel probiotic mixture “Prohep” that may offer potential therapeutic effects on liver cancer. The University of Hong Kong (HKU) 27 Apr 2016

El-Nezamy H, Lee PY, Huang J, Sung YJ (2015) Method and compositions for treating cancer using probiotics. Patent WO 2015021936 A1

Li J, Sung CYJ, Lee N, Ni Y, Pihlajamäki J, Panagiotou G, El-Nezami H (2016) Probiotics modulated gut microbiota suppresses hepatocellular carcinoma growth in mice. PNAS E1306-E1315

Oelschlaeger TA (2010) Mechanisms of probiotic actions – A review. Int J Med Microbiol 300, 57-62

Packham C (2016) Probiotics dramatically modulate liver cancer growth in mice. Medical Press, Med Research 23 Feb 2016

Silgailis M (2016) Treating some cancers with probiotics in the future ? Probiotic Prohep. Lacto Bacto: Health, Microbes and More 23 Feb 2016

Sung CYJ, Lee NP, El-Nezami H (2012) Regulation of T helper by bacteria: an approach for the treatment of hepatocellular carcinoma. Int J Hepatology ID439024, doi:10.1155/2012/439024

UEF News and Events (2016) A novel probiotic mixture may offer potential therapeutic effects on hepatocellular carcinoma. University of Eastern Finland 1 Mar 2016

 

L’efecte accelerat del canvi climàtic a l’ecosistema àrtic

12 febrer 2016

Click here for the english version: The effect of rapid climate change in the Arctic ecosystem

 

L’oceà Àrtic o l’Àrtida

Curiosament i casualment, “àrtic” prové de la paraula grega αρκτος -arctos-, que vol dir “ós”, i és una referència a la constel·lació Óssa Menor, on hi ha l’estrella Polar, que assenyala el pol nord geogràfic.

L’Àrtic, o també anomenat Àrtida, constitueix un ecosistema únic de la Terra, format per una extensa banquisa, o sigui un oceà cobert de gel, a vegades considerat com la part nord de l’oceà Atlàntic, i que està envoltat per terra que és permagel (permafrost), amb absència absoluta d’arbres. La vida a l’Àrtida consta d’organismes adaptats al gel, incloent zooplàncton i fitoplàncton, peixos, mamífers marins, ocells, animals terrestres, plantes i societats humanes totalment adaptades a les condicions extremes de l’entorn.

Degut a l’escalfament global, les isotermes estan avançant en direcció nord a un ritme superior als 50 km per dècada durant els últims 30 anys, de manera que si definim l’àrtic a partir de la temperatura o de la línia d’arbres la seva extensió està disminuint, cosa de la qual l’efecte més visible és la reducció de la banquisa.

 

Canvi climàtic antropogènic: Escalfament global i especialment a l’Àrtic

Doncs sí: el canvi climàtic ja és aquí i és generat per les activitats humanes, o sigui és antropogènic. A la Terra hi han hagut prèviament oscil·lacions de la temperatura global causades per fenòmens naturals, normalment variacions cícliques i de llarga durada. Per exemple les glaciacions des de fa uns 2 milions d’anys es repeteixen cada 100.000 anys i la última època glacial va acabar fa 15.000 anys. Per tant ara vivim es un període interglacial i la propera glaciació podria esdevenir no abans d’uns 50.000 anys. La causa d’aquest cicle de glaciacions sembla que són les variacions orbitals de la Terra, que donen lloc a una menor insolació a les latituds altes de l’hemisferi Nord durant els períodes glacials.

L’activitat solar, com la d’altres estrelles, també té cicles i aproximadament cada 600 anys hi ha uns períodes de molt poca activitat (molt poques taques i absència d’aurores), amb menor emissió d’energia, que es corresponen amb períodes freds en el clima terrestre. El darrer mínim fou els anys 1645-1715, i per tant des de mitjans del segle XVIII gaudim d’un màxim d’activitat, amb petits cicles de màxims i mínims de 11 anys.

Descomptant aquestes variacions naturals, és evident que al llarg del segle XX i sobretot des dels anys 1960 hi ha hagut un increment constant de la temperatura mitjana global (Figura 1), fins assolir quasi 1ºC més que a l’inici del segle XX. Als primers anys d’aquest segle XXI la tendència s’està agreujant. Els últims 10 anys han estat els més calorosos des que es porten registres i les prediccions són a seguir augmentant. La majoria dels experts estan d’acord en què els humans exerceixen un impacte directe sobre aquest procés d’escalfament, conegut com a efecte d’hivernacle. Els causants d’aquest efecte són els components gasosos de l’atmosfera, i sobretot el CO2, que ha anat augmentant en paral·lel a la pujada de temperatures, des d’unes 300 ppm a inicis del s. XX fins als quasi 400 ppm actuals. Aquest CO2 i altres gasos com el mateix vapor d’aigua, el metà i altres exclusivament antropogènics, absorbeixen la radiació i el resultat és que l’atmosfera s’escalfa encara més.

Fig 1 gistemp_preI_2015 reg Temp

Figura 1. Increment de la temperatura mitjana global respecte l’inici del segle XX (tret de GISTEMP).

 

Aquest escalfament global és especialment manifest a l’Àrtida. Els increments de temperatura son més elevats a les latituds nòrdiques, especialment als 60-70º N, on aquest desembre passat (Figura 2) han arribat a ser fins 9ºC superiors a la mitjana en grans extensions del nord d’Amèrica i Euràsia. És el que s’anomena amplificació d’escalfament polar (PWA, Polar Warming Amplification). La causa d’aquest sobreescalfament de l’Àrtida respecte la resta de la Terra en part és degut a la pèrdua de neu i gel (un efecte retroactiu, com un peix que es mossega la cua) perquè la major superfície de terra i aigua absorbeix més energia solar que el blanc del gel (efecte albedo), però també s’està veient que el PWA és degut en part al transport dinàmic atmosfèric, que transporta energia tèrmica i núvols des de les regions subtropicals cap al nord (Taylor et al 2013).

Fig 2 GISTEMP planisferi.png

Figura 2. Anomalia tèrmica registrada aquest desembre 2015 respecte la mitjana 1951-1980 (tret de GISTEMP).

 

A banda de les conseqüències que aquest escalfament està tenint sobre el gel de l’Àrtic que tot seguit comentarem, un altre problema greu és la fosa del permagel (permafrost), ja que aleshores s’allibera el gas metà atrapat sota el terra gelat, i les quantitats ingents de metà alliberat, com a gas d’efecte hivernacle, contribuiran encara més a accelerar l’escalfament global.

 

Cada cop menys gel a l’Àrtic

Les tendències linears de l’extensió del gel marí o banquisa de l’Àrtic des del 1979 fins ara són negatives any rere any, per a qualsevol mes que es consideri, però és més manifest comparant els setembres, al final de l’estiu quan es va fonent la banquisa (Figura 3). Dels aproximadament 7 milions km2 mínims del setembre (el màxim al mars són uns 16 milions), s’han fos uns 100.000 km2 per any, quasi un 9% cada 10 anys (Serreze et al 2007), de tal manera que ara hi ha pràcticament la meitat que el 1979 (Figura 4).

Fig 3 seaice1979vs2012 The Cryosphere Today

Figura 3. Comparació de l’extensió de la banquisa (en color roig) de setembre 1979 amb la de 2012 (tret de The Cryosphere Today).

Fig 4 fig 7 Reeves mod

Figura 4. Extensió mitjana mensual del mar de gel àrtic des de 1979 (Reeves et al 2013).

 

A més de la reducció en superfície de la banquisa, cal tenir en compte la reducció en volum, que representa que actualment és un terç del que hi havia el setembre 1979.

Hi ha una gran diferència entre els diferents models de predicció sobre la desaparició del mar de gel àrtic. La meitat d’ells en preveuen la total o pràctica desaparició el setembre del 2100. Les prediccions es mouen des del setembre del 2040 les menys optimistes, fins ben passat el 2100 les altres (Serreze et al 2007).

Uns altres problemes derivats de la desaparició de la banquisa són per un costat el trànsit de vaixells, que podrien escurçar distàncies dels trajectes entre els ports dels països septentrionals, i per un altre costat l’explotació de camps petrolífers i altres combustibles fòssils i minerals, ja que a l’Àrtida hi ha una bona part de les reserves mundials (Figura 5).

Fig 5 reeves figs 4 i 5

Figura 5. Esquerra: previsió de les rutes de vaixells de mar obert (en blau) i per a trencaglaços mitjans (en vermell) per a 2040-2059. Dreta: Distribució de les principals reserves de petroli i gas, tant les regions possibles (groc), com les llicències (vermell) i els pous en explotació o per explotar (negre). La línia discontínua senyala el límit CAFF de conservació de fauna i flor àrtica declarada pel Grup de Treball del Consell Àrtic (www.arctic-council.org). Imatges de Reeves et al 2013.

 

Conseqüències ecològiques de la desaparició de la banquisa de gel àrtic

Hi ha molts organismes vinculats a la banquisa. Els óssos blancs vagaregen sobre la banquisa àrtica, per la qual cosa es tem pel seu destí, i molts peixos, foques i crustacis (krill) formen una cadena tròfica que arrenca de les algues que creixen sota el glaç, en un ambient molt constant i enriquit en nutrients, especialment favorable per a la vida marina (Figura 6 A). La banquisa flotant a l’estiu és un corredor de dispersió de vertebrats terrestres (les guineus àrtiques per exemple) i plantes.

La progressiva desaparició de la banquisa i l’escalfament a la costa àrtica comporta una sèrie de desequilibris ecològics (Figura 6 B). Veiem per exemple com les morses obligades a romandre agrupades a terra tenen més predisposició de transmissió de malalties. La pèrdua de banquisa disminueix els corredors de dispersió i aleshores les poblacions terrestres queden més aïllades, amb la qual cosa es restringeix el flux genètic. Els óssos polars i altres predadors que cacen a la banquisa ho tenen molt més difícil i les seves poblacions perillen. La productivitat del fitoplàncton disminueix notablement, amb la qual cosa es redueix el zooplàncton, i aleshores tota la cadena tròfica (peixos, foques, etc.) es veu afectada (Post et al 2013).

Fig 6 Post F1.large

Figura 6. Interaccions ecològiques influïdes pel gel marí. A: La distribució i estacionalitat de la banquisa influeix en l’abundància, distribució i interaccions de tot l’ecosistema en equilibri. B: La major durada del període sense gel i la menor extensió de la banquisa tenen conseqüències nefastes en l’equilibri de l’ecosistema (Post et al 2013).

 

L’ós blanc es busca la vida

L’ós blanc o polar (Ursus maritimus) es considera un animal en perill d’extinció. Només en queden uns 25.000 exemplars en tot el món. L’impacte del canvi climàtic afecta al seu hàbitat exclusiu de les regions polars i les previsions apunten que amb pocs anys el gel de la banquisa àrtica es pot fondre permanentment i l’ós polar pot extingir-se a causa de l’escalfament de la zona.

L’ós blanc és bàsicament carnívor, a diferència dels altres óssos com els bruns, i subsisteix sobretot caçant foques a la banquisa. Amb la desaparició progressiva del gel, té més problemes per trobar preses, i alguns han començat a aprendre a agafar els salmons dels rius, com veiem a les imatges (Figura 7).

Fig 7a maxresdefault

Fig 7b Videos-de-Animales-oso-polar-cazando-salmon

Figura 7. Ós blanc dedicant-se a la pesca de salmons per tal de subsistir (www.youtube.com/watch?v=9m_Q9Ojbcmw).

 

També s’han vist grups d’óssos blancs en alta mar pescant (vegeu el vídeo) capbussant-se i emergint alternativament igual que si fossin dofins o marsopes. Malgrat aquestes petites adaptacions, aquesta alimentació és molt minsa i està clar que les seves poblacions estan minvant molt ràpidament.

 

Les orques prosperen cap al nord

La desaparició de la banquisa boreal és un canvi ecològic dràstic que està provocant la desaparició d’algunes espècies com l’ós blanc, però amb aquests desequilibris curiosament algunes altres espècies en surten beneficiades. És el cas de l’orca (Orcinus orca), que està prosperant cada cop més al nord (Figura 8).

Fig 8a killer-whale-mother-calf-antarctica-820x473

Fig 8b Young 2011 Polar Res Fig1

Figura 8. Llocs (senyalats amb números) de l’Àrtic canadenc on s’han fotografiat grups d’orques repetidament entre 2004 i 2009 (Young et al 2011).

 

Els esquimals inuit, habitants de tot l’Àrtic americà (des del Quebec a Alaska incloent la badia de Hudson i les illes adjacents) i la costa occidental de Groenlàndia, són els primers testimonis des de mitjans del segle XX de l’observació d’orques en les seves aigües, desconegudes abans. A més a més, aquests darrers anys els científics n’han fet nombrosos albiraments, s’han fotografiat individualment (Young et al 2011) i s’han seguit els seus recorreguts mitjançant bioacústica (Ferguson et al 2010) i altres tècniques.

Fig 9a Narwhals_breach-1024x651

Fig 9b narwhal_hunt_top_image-e1415394076242

Figura 9. (Dalt): Narvals amb el característic gran ullal que donà lloc al mite de l’unicorn. (Baix): Grup d’orques atacant els narvals arraconats a la platja. Vegeu el vídeo de PBS Nature.

Des de fa uns anys els atacs de les orques sobre els narvals (com a la Figura 9) han estat observats repetidament pels esquimals inuits i estudiats en detall per diversos científics. Laidre et al (2006) observaren que abans d’acostar-se les orques, els narvals tendeixen a agrupar-se i nadar més silenciosament i molt a prop de la platja, en aigües poc fondes. Durant l’atac, els narvals es dispersen notablement però tanmateix, la mortalitat és molt elevada. Després de la depredació, que pot durar algunes hores, s’han observat taques olioses a la superfície marina provinents del greix dels narvals depredats (Figura 10).

Fig 10 orques greix

Figura 10. Grup d’orques envoltades per taques d’oli a la superfície marina, provinents del greix dels narvals que han depredat (Laidre et al 2006).

Els atacs de les orques sobre els narvals són tan freqüents i eficaços que ja comencen a afectar la seva població. Els efectes encara són pitjors en altres cetacis amb menor població com les balenes de Groenlàndia (Balena mysticetus, bowhead), que pràcticament ja són en extinció. (Figura 11).

Fig 11 orques prey Ferguson 2010

Figura 11. Esquema de les proporcions de preses d’un grup d’orques de la badia de Hudson (Ferguson et al 2010).

 

En conclusió, el canvi climàtic antropogènic està afectant severament l’ecosistema àrtic (i tots els altres), i malgrat que se’n va prenent consciència, les mesures polítiques efectives per disminuir les emissions del CO2 i altres gasos hivernacle són tan minses, que difícilment arribaran a temps. Estem portant al planeta Terra a una extinció massiva d’espècies i uns canvis ecològics mai vistos en la història dels humans.

Fig 0 polar-bear

La imatge ho diu tot: l’ós blanc o polar s’està quedant sense hàbitat.

 

Bibliografia

Arctic Council: http://www.arctic-council.org

Ferguson S.H., Higdon J.W. & Chmelnitsky E.G. (2010) The rise of killer whales as a major Arctic predator. In S.H. Ferguson, et al. (eds.): A little less Arctic: top predators in the world’s largest northern inland sea, Hudson Bay. Pp. 117–136. New York: Springer

GISTEMP, Goddard Institute for Space Studies Surface Temperature Analysis (NASA-GISS): http://data.giss.nasa.gov/gistemp/

Hawkings E (2014) nov 28: http://www.climate-lab-book.ac.uk/2014/hiatuses-in-the-rise-of-temperature/

Laidre KL, Heide-Jørgensen MP, Orr J (2006) Reactions of narwhals, Monodon monoceros, to killer whale, Orcinus orca, attacks in the Eastern Canadian Arctic. Can. Field Nat., 120, 457–465

Morell V (2012) Killer whale menu finally revealed. http://www.sciencemag.org/news/2012/01/killer-whale-menu-finally-revealed

PBS Nature: http://www.pbs.org/wnet/nature/invasion-killer-whales-killer-whales-attack-pod-narwhals/11165/

Post et al. (2013) Ecological Consequences of Sea-Ice Decline. Science. DOI: 10.1126/science.1235225: http://www.carbonbrief.org/knock-on-effects-for-wildlife-as-the-arctic-loses-ice

Reeves RR et al (2014) Distribution of endemic cetaceans in relation to hydrocarbon development and commercial shipping in a warming arctic. Marine Policy 44, 375-389

Serreze MC, Holland MM, Stroeve J (2007) Perspectives on the Arctic’s shrinking sea-ice cover. Science 315, 5818, 1533–6.

Taylor PC, Cai M, Hu A, Meehl J, Washington W, Zhang GJ (2013) Decomposition of feedback contributions to Polar Warming Amplification. J Climate 26, 7023-43

The Cryosphere Today: http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Climate_change

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Arctic

Young BG, Jeff W. Higdon JW, Steven H. Ferguson SH (2011) Killer whale (Orcinus orca) photo-identification in the eastern Canadian Arctic. Polar Research Vol 30

No sé ni cómo te atreves

Fotografía y esas pequeñas cosas de cada día

Pols d'estels

El bloc d'Enric Marco

Life Secrets

For my students

All you need is Biology

Blog professional sobre Biologia · Blog profesional sobre Biología · A professional blog about Biology

Rambles of a PA student

Caffeinated forays into biological imaginings.

Horitzons llunyans

Mirades distants

#4wine

Los vinos son pequeñas historias dentro de una botella y nosotras queremos contarte las nuestras

Vi·moments·persones

Un maridatge a tres bandes

SciLogs: Artificial, naturalmente

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

microBIO

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

RealClimate

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Quèquicom

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Dionís de viatge a Ítaca

Experiències enoturístiques

%d bloggers like this: