Arxiu del Bloc

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

Tenim clostridis bons al budell i alguns eviten les al·lèrgies

 Click here for the english version: We have good clostridia in the gut and some of them prevent allergies 

1 març 2015

Clostridis: qui són ?

Els clostridis o clostridials, amb el gènere Clostridium i altres relacionats, són bacteris grampositius esporulats anaerobis estrictes, del fílum taxonòmic Firmicutes. Aquest fílum inclou a més dels clostridis, els aerobis esporulats bacil·lals (Bacillus, Listeria, Staphylococcus i altres) i els anaerobis aero-tolerants lactobacil·lals (o sigui els meus amics bacteris làctics: Lactobacillus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Lactococcus, Streptococcus etc). Tots els Firmicutes tenen formes regulars de coc o bacil i constitueixen la branca evolutiva de bacteris grampositius amb contingut baix de G+C al seu DNA. L’altra gran branca evolutiva de bacteris grampositius són els Actinobacteris, d’alt G+C i de formes més irregulars, que inclou Streptomyces, Corynebacterium, Bifidobacterium i Propionibacterium entre altres.

flora_cover

 

 

Com són anaerobis, els clostridis tenen un metabolisme fermentatiu, tant de carbohidrats i d’aminoàcids, essent els principals responsables de la descomposició anaeròbica de les proteïnes, coneguda com a putrefacció. Poden viure en hàbitats molt diversos, però sobretot al sòl i sobre material vegetal i animal en descomposició. Com veurem tot seguit, també formen part de la microbiota intestinal humana i d’altres vertebrats.

Els clostridis més coneguts són els dolents (Figura 1): a) C. botulinum, que produeix la botulina del botulisme, encara que avui dia té aplicacions mèdiques i cosmètiques, com sabeu (Botox); b) C. perfringens, agent de la gangrena; c) C. tetani, que causa el tètanus; i d) C. difficile, causa de diarrea postantibiòtica i algunes colitis hospitalàries.

clostridium_bacteria

Figura 1. Les 4 espècies més patògenes de Clostridium. Imatge treta de http://www.tabletsmanual.com/wiki/read/botulism

 

Clostridis a la microbiota intestinal

Tal com comentava a un post anterior (Bacteris de l’intestí ……) d’aquest mateix blog, al tracte gastrointestinal humà hi ha un ecosistema complex, i divers segons els individus i l’edat, amb un total de 1014 microorganismes. La majoria d’aquests són bacteris, a banda d’alguns arquees metanògens (un 0.1%) i algun eucariota (llevats i fongs filamentosos). Quan es fan aïllaments clàssics microbiològics a partir de mostres del colon i es cultiven els aïllats s’obtenen unes 400 espècies microbianes i els grups més assenyalats són proteobacteris (sobretot enterobacteris, com E. coli), firmicutes com Lactobacillus i alguns Clostridium, actinobacteris com Bifidobacterium, i alguns Bacteroides. Entre tots aquests aïllats s’han reconegut alguns amb efecte positiu sobre la salut i que són emprats com a probiòtics, com Bifidobacterium i Lactobacillus, bacteris considerats GRAS (Generally Recognized As Safe).

Però des de fa uns 10 anys les tècniques moleculars independents de cultiu, de seqüenciació dels gens del RNA ribosomal, han revelat moltes més espècies, arribant a ser unes 1000. Com veiem a la Figura 2, treta de la bona revisió de Rajilic-Stojanovic et al (2007), hi ha dos grups que tenen molts més representants dels que es pensava: Bacteroides i els clostridials.

 

Rajilic 2007 Fig 1

 

Figura 2. Arbre filogenètic basat en les seqüències gèniques del 16S rRNA dels diversos filotipus trobats al tracte gastrointestinal humà. La proporció de filotipus cultivables o no cultivables de cada grup està representada pel color des del blanc (cultivables) passant pel gris fins al negre (no cultivables). Per a cada grup filogenètic s’indiquen el nombre de filotipus diferents (Rajilic-Stojanovic et al 2007)

 

En estudis més recents relacionats amb la dieta com el fet per Walker et al (2011) amb mostres fecals de voluntaris s’han estimat les poblacions dels diversos grups mitjançant PCR quantitativa del DNA del 16S rRNA. Els grups més nombrosos, amb un 30% cadascun, han estat Bacteroides i els clostridials. Entre aquests destaquen Faecalibacterium prausnitzii (11%), Eubacterium rectale (7%) i Ruminococcus (6%). Com veiem el grup dels clostridials inclou nombrosos gèneres diferents del conegut Clostridium.

De fet, si considerem la població de cada espècie present al tracte gastrointestinal humà, la més abundant sembla ser un clostridial: F. prausnitzii (Duncan et al 2013).

 

Beneficis d’alguns clostridials

Aquests darrers anys s’ha anat veient que precisament són algunes espècies de clostridials, del gèneres Faecalibacterium, Eubacterium, Roseburia i Anaerostipes (Duncan et al 2013), les que més contribueixen a la producció dels àcids grassos de cadena curta (AGCC, SCFAs en anglés) al colon. Els clostridials fermenten els carbohidrats de la dieta que s’escapen de la digestió produint els AGCC, bàsicament acetat, propionat i butirat, que es detecten a la femta (50-100 mM), i que són absorbits a l’intestí. L’acetat és metabolitzat sobretot pels teixits perifèrics, el propionat és gluconeogènic, i el butirat és la principal font d’energia de l’epiteli del colon. Els AGCC en total arriben a ser el 10% de l’energia obtinguda per l’hoste humà. Alguns d’aquests clostridials com Eubacterium i Anaerostipes també utilitzen com a substrat el lactat produït per altres bacteris com els làctics i Bifidobacterium, per produir igualment els AGCC (Tiihonen et al 2010).

 

Els clostridis de la microbiota protegeixen de la sensibilització per al·lèrgens dels aliments

Efectivament, això és el que han demostrat Stefka et al (2014) en un recent treball excel·lent, com a darrera troballa dels aspectes positius dels clostridis de la microbiota. En administrar al·lèrgens (Ara h) del cacauet (Arachis hypogaea) a ratolins que havien estat tractats amb antibiòtics o a ratolins sense microbiota (Germ-free, criats en ambient estèril), observaven que hi havia una hiperreactivitat al·lèrgica sistèmica, amb inducció de immunoglobulines específiques, o sigui, una sensibilització.

En els ratolins tractats amb antibiòtics s’observava una reducció significativa de la microbiota en el nombre de bacteris (analitzant els gens del 16S rRNA) a l’íleon i a la femta, i a més s’alterava la biodiversitat, de tal manera que els Bacteroides i clostridials predominants en condicions normals quasi desapareixien i en canvi augmentaven només els lactobacils.

Per veure el paper d’aquests grups predominants a la microbiota, Stefka et al. van colonitzar l’intestí de ratolins sense microbiota amb Bacteroides, i altres amb clostridis. Això és el que se’n diuen animals gnotobiòtics, o sigui animals dels que se sap exactament quins tipus de microorganismes contenen.

Doncs bé, Stefka et al. han demostrat que la colonització selectiva de ratolins gnotobiòtics amb clostridis els confereix una protecció enfront els al·lèrgens del cacauet, cosa que no passa amb Bacteroides. Per a la colonització amb clostridis, van utilitzar una suspensió d’espores extretes de mostres fecals de ratolins sans, i van confirmar que les seqüències gèniques d’aquest extracte corresponien sobretot a membres dels clostridials.

Així doncs, en efecte, els ratolins colonitzats amb clostridis presentaven menors nivells de l’al·lergen al sèrum (Figura 3), tenien menor contingut d’immunoglobulines, no hi havia inflamació del cec, i la temperatura corporal es mantenia. Els ratolins tractats amb antibiòtics que havien presentat la reacció hiperal·lèrgica en administrar-los els antígens també reduïen la reacció en colonitzar-los amb els clostridis.

 

fig 4 skefta

Figura 3. Nivells de l’al·lergen “Ara h” del cacauet en sèrum després de la ingesta de cacauets, en ratolins sense microbiota (Germ-free), colonitzats amb Bacteroides (B. uniformis) i colonitzats amb clostridis (Clostridia). Tret de Stefka et al (2014).

 

A més, en aquest treball exhaustiu, Stefka et al. han realitzat una anàlisi transcriptòmica amb microarrays de les cèl·lules de l’epiteli intestinal dels ratolins i han trobat que els gens de producció de la citoquina IL-22 estan induïts als animals colonitzats amb clostridis, i que aquesta citoquina redueix la captació de l’al·lergen per part de l’epiteli i per tant n’evita l’entrada a la circulació sistèmica, contribuint també a la protecció enfront la hipersensibilització. Tots aquests mecanismes han estat revisats per Cao et al (2014) i en veiem un esquema a la Figura 4.

En conclusió, amb això s’obren noves perspectives d’estudis per prevenir les al·lèrgies alimentàries mitjançant la modulació de la composició de la microbiota intestinal. Tot plegat, afegint aquestes qualitats antiinflamatòries a més de les esmentades de producció de butirat i altres AGCC, i del consum de lactat, caldrà anar pensant en la possible utilització de clostridials per a candidats com a probiòtics, a banda dels reconeguts Lactobacillus i Bifidobacterium.

 

fig 4 Cao b

 

Figura 4. Esquema de la inducció dels clostridis sobre la producció de citoquines per les cèl·lules epitelials de l’intestí, així com la producció d’àcids grassos de cadena curta (SCFAs) pels clostridis (Cao et al 2014).

 

Bibliografia

Cao S, Feehley TJ, Nagler CR (2014) The role of commensal bacteria in the regulation of sensitization to food allergens. FEBS Lett 588, 4258-4266

Duncan SH, Flint HJ (2013) Probiotics and prebiotics and health in ageing populations. Maturitas 75, 44-50

Rajilic-Stojanovic M, Smidt H, de Vos WM (2007) Diversity of the human gastrointestinal tract microbiota revisited. Environ Microbiol 9, 2125-2136

Rosen M (2014) Gut bacteria may prevent food allergies. Science News 186, 7, 4 oct 2014

Russell SL, et al. (2012) Early life antibiotic-driven changes in microbiota enhance 
susceptibility to allergic asthma. EMBO Rep 13(5):440–447

Stefka AT et al (2014) Commensal bacteria protect against food allergen sensitization. Proc Nat Acad Sci 111, 13145-13150

Tiihonen K, Ouwehand AC, Rautonen N (2010) Human intestinal microbiota and healthy aging. Ageing Research Reviews 9:107–16

Walker AW et al (2011) Dominant and diet-responsive groups of bacteria within the human colonic microbiota. The ISME J 5, 220-230

Els bons bacteris de la llet materna

Click here for the english version:  The good bacteria of breast milk

La llet materna, a més de ser molt nutritiva, aporta constituents bioactius que afavoreixen el desenvolupament del sistema immunològic de l’infant i el prevenen de malalties infeccioses. Des d’aquest punt de vista, els compostos materns més coneguts són immunoglobulines, cèl·lules immunocompetents i diversos antimicrobians. També conté substàncies prebiòtiques, o sigui, diverses molècules, com oligosacàrids, que estimulen el creixement específic de determinats bacteris a l’intestí de l’infant.

Tanmateix, uns altres constituents importants de la llet materna insospitats fins fa no gaire anys són els mateixos bacteris. En efecte, la llet no és estèril, conté microorganismes, bàsicament bacteris beneficiosos, que contribueixen a establir la microbiota intestinal del nadó, i que de fet són els primers en establir-s’hi. Encara que les llets artificials maternitzades es formulen per semblar-se al màxim a la llet materna, segueixen sent diferents i no contenen bacteris, i com a conseqüència la microbiota del tracte intestinal dels infants alimentats amb llet materna és diferent dels alimentats amb lllet artificial.

1-BL-mamant

Lactobacils (imatge de AJC1 Flickr) i nadó mamant (© Photos.com)

Precisament fa unes setmanes s’ha publicat un treball (Cabrera-Rubio et al., 2012) al American Journal of Clinical Nutrition que ha tingut força ressó als mitjans, blogs i les xarxes (cliqueu aquí per a un exemple), perquè demostra la gran diversitat de bacteris presents a la llet materna.

Encara que aquest treball fet per investigadors valencians (de l’Institut Cavanilles, Universitat de València, i del CSIC-IATA) juntament amb investigadors finlandesos, no és el primer treball que estudia aquest tema, el treball demostra que els bacteris són de molt diverses espècies.

Una de les novetats d’aquest treball és el mètode utilitzat, aprofitant els darrers avenços de biologia molecular: han estudiat el microbioma de la llet materna, o sigui, l’anàlisi de tots els possibles bacteris presents seqüenciant el DNA, sense fer els aïllaments dels bacteris fets clàssicament. Per fer-ho, a partir de la llet recollida estèrilment, s’extreu tot el DNA i d’aquest s’amplifica per PCR quantitativa el corresponent a fragments del gen bacterià del RNA ribosòmic 16S, i aquests gens amplificats són seqüenciats per piroseqüenciació (454 Roche GS-FLX), la tècnica més novedosa i ràpida de seqüenciació: una máquina d’aquestes permet fer uns 400 milions de parells de bases (pb) de DNA en unes 10 hores. Del gen rRNA de cada possible bacteri se’n seqüencien unes 500 pb. Amb això, en aquest treball han analitzat unes 120.000 seqüències, que corresponen a unes 2600 seqüències per mostra de llet.

Contrastant aquestes seqüències amb les de les bases de dades i aplicant mètodes estadístics es poden treure conclusions de quins grups taxonòmics (gèneres i espècies) bacterians hi són presents i en quina proporció.

2-Cabrera2012 generes bacteris

Gèneres de bacteris predominants en la llet materna (Cabrera-Rubio et al., 2012)

Com veiem a la figura d’aqui dalt, Cabrera et al. han trobat que en la llet de mares sanes els gèneres predominants són Leuconostoc, Weissella, Lactococcus i Staphylococcus, dels quals els 3 primers són bacteris làctics. Encara que aquests són predominants al calostre i a la llet dels primers mesos, després van augmentant altres bacteris com Veillonella o Leptotrichia (bacteris gram-negatius anaeròbics), que són típics comensals de la cavitat oral. En total, han trobat unes 1000 espècies, que varien segons les mares, i sobretot que varien curiosament en funció de si el part fou vaginal o per cesària, i de l’obesitat de la mare. Les raons d’això encara no estan clares.

I d’on venen els bacteris de la llet materna ?

A banda de les identificacions fetes en aquest estudi de Cabrera et al. (2012) en base als DNA presents, fent recompte de viables s’ha vist que el nombre total de bacteris a la llet materna és entre 2·104 i 3·105 per ml (Juan Miguel Rodríguez), o sigui gens menyspreable. Quin és el seu origen ?

L’estudi del microbioma de Cabrera et al. també conclou que la composició dels diferents bacteris presents és quelcom diferent de la d’altres comunitats bacterianes del cos humà (els nínxols bacterians humans: pell, boca, digestiu, vagina etc), i per tant el microbioma de la llet no és un subconjunt concret d’un d’aquests nínxols.

El grup Probilac de de la Universidad Complutense de Madrid, del qual el responsable és en Juan Miguel Rodríguez, amic i company de la Red BAL (Red espanyola de Bacteris Làctics), fa anys que treballen en aquest tema (ex. Martín et al 2003; Martín et al 2004).

Tal com es comenta en una recent revisió publicada d’aquest grup (Fernández et al 2012), els bacteris presents a la llet materna vindrien de 3 possibles fonts (figura d’aquí sota): bacteris de la pell del mateix pit, de la cavitat oral de l’infant, i el més sorprenent, bacteris comensals intestinals de la mare que passen a la llet per la ruta enteromamària.

3-fig Fdez Review

Fonts potencials dels bacteris presents al calostre i la llet humana, incloent el trànsit dels bacteris comensals intestinals a la llet materna per la ruta enteromamària (Fernández et al., 2012). DC: cèl·lules dendrítiques.

Efectivament, diversos estudis ja havien demostrat que cèl·lules dendrítiques atravessen l’epiteli intestinal (entre els enteròcits) i poden agafar bacteris comensals del lumen del digestiu, incorporant-les per endocitosi, però conservant-les vives. Vegeu el detall a l’esquema següent.

4-JM Rodríguez dendritic LAB no lege

Cèl·lula dendrítica capturant un bacteri de l’intestí (Esquema de J.M. Rodríguez, grup Probilac, Univ. Complutense de Madrid).

Aquestes cèl·lules dendrítiques viatgen a través del sistema circulatori, arribant a les glàndules mamàries, on sembla que incorporen els bacteris a la llet. Això és la ruta enteromamària.

En aquesta microbiota mamària també s’incorporarien bacteris de la pell del pit i de la boca de l’infant. Alguns d’aquests bacteris de la cavitat oral de fet estarien relacionats amb els del tracte gastrointestinal de l’infant. Com que els primers bacteris que colonitzen aquest tracte són els de la microbiota vaginal durant el part (i intestinal si es fa per cesària), això explicaria les relacions filogenètiques d’alguns bacteris de la llet amb els d’aquestes microbiotes.

En resum, veiem com els “bons” bacteris (bacteris làctics, però també bifidobacteris, i altres) del digestiu de la mare, per diferents vies, mitjançant la llet, arriben al digestiu de l’infant, desenvolupant-hi la microbiota pròpia, i ajudant a completar el sistema immune neonatal.

Bibliografia

Cabrera-Rubio R, MC Collado, K Laitinen, S Salminen, E Isolauri, A Mira (2012) The human milk microbiome changes over lactation and is shaped by maternal weight and mode of delivery. American J Clinical Nutrition 96, 544–51

Grupo Probilac (Juan Miguel Rodríguez Gómez) Microbiota de la leche humana en condiciones fisiológicas: http://www.ucm.es/info/probilac/microbiota2.htm, Departamento de Nutrición, Bromatología y Tecnología de los Alimentos, Facultad de Veterinaria, Universidad Complutense de Madrid

Fernández L, S Langa, V Martín, A Maldonado, E Jiménez, R Martín, JM Rodríguez (2012) The human milk microbiota: Origin and potential roles in health and disease. Pharmacological Research http://dx.doi.org/10.1016/j.phrs.2012.09.001

Hunt KM JA Foster, LJ Forney, UME Schütte, DL Beck, Z Abdo, LK Fox, JE Williams, MK McGuire, MA McGuire (2011) Characterization of the diversity and temporal stability of bacterial communities in human milk. PLoS ONE 6:e21313.

Martín R, S Langa, C Revriego, E Jiménez, ML Marín, J Xaus, L Fernández, JM Rodríguez (2003) Human milk is a source of lactic acid bacteria for the infant gut. J Ped. 143, 754-758.

Martín R, S Langa, C reviriego, E Jiménez, ML Marín, M Olivares, J Boza, J Jiménez, L fernández, J Xaus, JM Rodríguez (2004) The commensal microflora of human milk: new perspectives for food bacteriotherapy and probiotics. Trends Food Sci Technol 15:121–7.

Altres referències

Adlerberth I (2006) Reduced enterobacterial and increased staphylococcal colonization of the infantile bowel: an effect of hygienic lifestyle. Pediatric Res 59, 96-101.

Albesharata R et al (2011) Phenotypic and genotypic analyses of lactic acid bacteria in local fermented food, breast milk and faeces of mothers and their babies. Syst App Microb 34, 148–155

Domínguez-Bello MG et al (2010) Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns. Proc Natl Acad Sci USA;107:11971–5.

Huurre A et al (2008) Mode of delivery—effects on gut microbiota and humoral immunity. Neonatology;93:236–40

LeBouder E et al (2006) Modulation of neonatal microbial recognition: TLRmediated innate immune responses are specifically and differentially modulated by human milk. J Immunol;176:3742–52.

Martín R et al (2009) Isolation of bifidobacteria from breast milk and assessment of the bifidobacterial population by PCR-denaturing gradient gel electrophoresis and quantitative real-time PCR. Appl Environ Microbiol 75:965–9.

Pérez PF et al (2007) Bacterial imprinting of the neonatal immune system: lessons from maternal cells? Pediatrics 119: 724–732.

Rescigno M et al (2001) Dendritic cells shuttle microbes across gut epithelial monolayers. Immunobiology 204:572–81.

Stockinger S et al (2001) Establishment of intestinal homeostasis during the neonatal period. Cell Mol Life Sci;68: 3699–712.

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: