УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2013, том 133, № 2, с. 133-140
УДК 576.852.24:615.37:619
СПОРОВЫЕ ПРОБИОТИКИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ © 2013 г.
А. Л. Лазовская 1, З. Г. Воробьева К. Н. Слинина1, М. А. Кульчицкая2
1Государственное научное учреждение Научно-исследовательский ветеринарный институт Нечерноземной зоны Российской Федерации Российской академии сельскохозяйственных наук, Нижний Новгород 2Фирма ИМБИО, Нижний Новгород E-mail: nivi@mts-nn.ru
Приведены данные об использовании штаммов рода Bacillus в животноводстве, птицеводстве и аквакультуре. Описан эндосимбиотический жизненный цикл, включающий пролиферацию в организме хозяина. Показана необходимость всестороннего изучения пробиотических штаммов бацилл.
Ключевые слова: бациллы, антагонистическая активность, безопасность пробиотиков, применение в сельском хозяйстве.
Особый интерес к споровым пробиотикам, который отмечается в настоящее время, объясняется тем, что в них используются не вегетативные формы бацилл, а их споры. Это дает препаратам целый ряд значительных преимуществ по сравнению с другими пробиотическими препаратами, например лактобактерином и бифидумбактери-ном. Препараты на основе споровых культур достаточно устойчивы к действию желудочного сока и желчи. Споры устойчивы как к холоду, так и к нагреванию до 100 °С и выше. Последнее свойство широко используется для выявления бацилл в различных продуктах и объектах окружающей среды. Споровые пробиотики не требуют лио-фильного высушивания и дорогих стерильных упаковок. Некоторые виды спор могут сохраняться в природе в течение сотен и даже тысяч лет.
Одной из проблем неспоровых пробиотических препаратов является их возможное антагонистическое действие против нормофлоры желудочно-кишечного тракта. Используемые в споровых препаратах лицензированные штаммы бацилл не угнетают друг друга и бактерии нормофлоры млекопитающих (Ио8о1 et а1., 2000). Поскольку споровые пробиотики не подвергаются лиофи-лизации, они начинают действовать в желудочно-кишечном тракте уже через два часа после применения непосредственно в состоянии спор, а затем уже и вегетативных клеток. В отличие от лиофилизированных пробиотических штаммов, которые в желудочно-кишечном тракте должны пройти регидратацию, размножиться и только то-
гда начать действовать, споровые пробиотики быстро корректируют дисбаланс в микробиоценозе кишечника, обусловленный неумеренным ростом патогенных бактерий или грибов Candida.
Известно, что интестинальные клетки и иммунная система различают патогенные и непатогенные бактерии. Оказалось, что бактерии нормофлоры макроорганизма и клетки споровых пробиотиков могут стимулировать Толл-подоб-ные рецепторы в кишечных стенках, что свидетельствует об их роли в поддержании иммунитета и здоровья.
Широкое и бессистемное применение антибиотиков в сельском хозяйстве и медицине, консервантов - в пищевой промышленности привело к массовым проявлениям дисбиоза кишечника у животных и людей. Значительные количества различных абиотических веществ выявляются в воде, пище, листве и плодах растений во многих странах мира.
Принципы выживания споровых пробиотических штаммов в организме. Многие виды бацилл являются факультативными анаэробами. Хотя ранее высказывалось предположение, что они не могут размножаться в желудочно-кишечном тракте, а транзитом проходят через кишечник и выделяются с фекалиями. Однако впоследствии было обнаружено, что споры бацилл разных видов могут выделяться из кишечника после приема пробиотика через 8-12 и даже через 22-24 дня. Удалось установить, что споры в кишечнике могут прорастать, размножаться и вновь спору-
лировать (Hoa et al., 2001; Lee et al., 2001; Sidhu, Olsen, 1997). Выявлено, что аэробные штаммы бацилл при определенных условиях могут расти без кислорода, если они утилизируют нитрат или нитрит в качестве электронного акцептора, и даже в отсутствии электронного акцептора при наличии активной ферментации в кишечнике (Nakano, Zuber, 1998).
Предполагается, что в богатом питательными веществами верхнем отделе кишечника споры прорастают. Следует учитывать, что желудочно-кишечный тракт не полностью лишен кислорода, особенно в его верхнем отделе (Nakano, Zuber, 1998). Установлено, что споры разных видов бацилл не одинаково устойчивы к действию желудочного сока и солей желчных кислот (Duc et al., 2003; Hyronimus et al., 2000; Nakano, Zuber, 1998), а вегетативные клетки не выживают в желудке. Возможно, что кислота в желудке активирует прорастание спор - это очень быстрый процесс, а вегетативные клетки могут погибнуть при рН 2-3. Несмотря на эти препятствия, споры и вегетативные клетки активно проникают в верхний отдел кишечника.
Важным фактором выживания бацилл является их способность к адгезии на кишечном эпителии и к последующей колонизации тонкого кишечника. Показано, что непатогенные спорообразующие бактерии перманентно колонизируют желудочно-кишечный тракт, а их способность к адгезии и последующей колонизации зависит от особенностей характера питания хозяина и специфичности спорообразования у видов бацилл (Branda et al., 2001; Duc et al., 2003).
У патогенных штаммов B. cereus, а также ряда других видов Bacillus обнаружен S-слой, представляющий собой одномолекулярный слой кристаллического белка, образующий внешний слой вегетативной клетки. S-слой обеспечивает адгезию клетки и является одним из факторов резистентности к фагоцитозу (Urdaci et al., 2004). У большинства видов бацилл (но не B.subtilis) эндоспора находится внутри экзоспория - толстой оболочки, покрытой часто различными шипи-ками, бугорками, гребнями, способствующими участию в адгезии. Структурами, ассоциированными с адгезией, являются пили, выявленные на поверхности спор B. cereus и B. thuringiensis. У вегетативной клетки B. cereus пили отсутствуют, что может свидетельствовать об участии этой структуры в начальной адгезии на эпителии кишечника. Установлена взаимосвязь между гидрофобностью и адгезивной способностью, в частности, адгезивная способность спор выше,
чем у вегетативных клеток, что обусловлено ворсистой поверхностью спор (Barbosa et al., 2005). Возможно, что с гидрофобностью спор связаны сроки транзита разных пробиотических штаммов через кишечник хозяина (Faille et al., 2002).
Существуют и другие предположения относительно причин задержки бацилл в кишечнике, основанные на формировании бациллами биоплёнок на слизистой эпителия кишечника. Большинство представителей индигенной микрофлоры кишечника существуют в смешанных биоплёнках на эпителии слизистой или частицах пищи (Kniche et al., 2001; Probert, Gibson, 2002). Показано, что B. subtilis в кишечнике образовывают биоплёнки, имеющие воздушные структуры, относящиеся к плодоносящим телам, которые являются, по всей вероятности, местами спорообразования (Branda et al., 2001).
Важным моментом защитного действия споровых пробиотиков против патогенов является заселение бациллами клеток эпителия слизистой, диссеминация в тканях кишечника и размножение в них. В опытах на мышах было показано, что клетки B. subtilis проникают в лимфатические органы кишечника, и макрофаги мышей их активно фагоцитируют. Фагоцитированные споры могут прорастать в фагосоме, а вегетативные клетки разрушаются в результате слияния фагосомы и лизосомы (Duc et al., 2004; Kosak et al., 1998). После приёма внутрь вегетативных клеток и спор B.subtilis быстро индуцируется продукция интерферона мононуклеарными клетками периферической крови, и стимулируется активность макрофагов и клеток-киллеров (Kosak et al., 1998).
Взаимодействие с лимфоидными органами кишечника - это эффективный механизм стимуляции иммунитета хозяина. В опытах на мышах показано, что споры и пептидогликан клеточных стенок B.subtilis индуцируют продукцию различных интерферонов (а, ß, у), активируют макрофаги, стимулируют пролиферацию лимфоцитов и повышают активность клеток-киллеров (Duc et al., 2004; Kosak et al., 1998). Однако позднее было показано, что стимулируют митоген-инду-цированную пролиферацию лимфоцитов in vitro не споры, а вегетативные клетки бацилл (Vasse-haran, Ramasamy, 2003). В ряде исследований показана стимуляция спорами бацилл синтеза IgA B-лимфоцитами желудочно-кишечного тракта (Duc et al., 2004).
Бактерии рода Bacillus проявляют разнообразную антимикробную активность, связанную в основном с продукцией антибиотических веществ. Так, у рода B.subtilis описано более 70 таких
продуктов. Это - бактериоцины, бактериоцин-по-добные ингибиторные субстанции, антибиотики. У некоторых штаммов, содержащихся в коммерческих продуктах, такие вещества достаточно изучены. Так, штамм B. subtilis 3 продуцирует термо стабильный, устойчивый к действию про-теаз аминокумацин А (Pinchuk et al., 2001), обладающий широким спектром активности против грамотрицательных и грамположительных патогенных бактерий. Некоторые штаммы B. clausii и B. polyfermenticus синтезируют термолабильные бактериоцины, активные против грамположи-тельных бактерий. Один из штаммов B. coagulans продуцирует стабильный к нагреву куагулин, активно действующий против грамположительных бактерий. Штамм B. subtilis var. natto содержит компонент сурфацин, активно действующий против дрожжей и, особенно, против Candida albicans (Ozawa et al., 1979).
В наших исследованиях изучалась термо стабильность антибиотикоподобных метаболитов пробиотических штаммов восьми препаратов: Бактисубтил (штамм B. cereus Ip 5832), Споро-бактерин (штамм B. subtilis 534), Коредон (штаммы B. subtilis и B. licheniformis), Сахабактисуб-тил (штаммы B. subtilis ТНП-3, ТНП-5), Веткор (штаммы B. subtilis и B. licheniformis), Ветом 1.1. (штамм B. subtilis ВКПМВ 7092), Субалин (штаммы B. subtilis 2335, B. licheniformis 2336), Ирилис (штаммы B. subtilis и B. licheniformis). Антагонистическую активность нативных и автоклави-рованных культуральных фильтратов этих препаратов изучали в отношении восьми штаммов патогенных и условно патогенных микобактерий и родококов in vitro и in vivo (Бухарин и др., 2006; Гришина и др., 2008; Лазовская и др., 2007). Для оценки антагонистической активности использовали индекс блокирования
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.