Pomysł na zwiększenie właściwości ochronnych bakterii probiotycznych narodził się w zespole dr. hab. Krzysztofa Grzymajły, prof. UPWr. Badacze skupili się na zjawisku adhezji, czyli zdolności bakterii do przywierania do komórek gospodarza.
W pewnym momencie uznałem jednak, że sam układ gospodarz-patogen jest zbyt prosty, bo w rzeczywistości bakterie funkcjonują przecież wśród całego mikrobiomu. Postanowiłem więc włączyć ten trzeci element do badań. A ponieważ częścią mikrobiomu są także bakterie probiotyczne, pojawił się pomysł, by spróbować je ulepszyć – powiedział dr hab. Grzymajła w rozmowie z PAP.
Dobrze poznany szczep
Do badań wykorzystano szczep Escherichia coli Nissle 1917. Wybrano go między innymi ze względu na bardzo dobrze poznaną genetykę oraz dostępność sprawdzonych metod jego modyfikowania.
Naukowcy wprowadzili do bakterii trzy różne zmiany genetyczne. Wszystkie zwiększały jej zdolność do przylegania do komórek, jednak zdecydowanie najlepsze rezultaty przyniosła mutacja G66R. Silniejsze przyleganie do komórek jelit oznaczało, że zmodyfikowany probiotyk mógł zajmować większą liczbę dostępnych miejsc. W ten sposób ograniczał Salmonelli dostęp do przestrzeni i zasobów potrzebnych jej do namnażania się.
Testy na myszach potwierdziły założenia
Po uzyskaniu obiecujących wyników w badaniach na komórkach naukowcy rozpoczęli testy na myszach. Zwierzętom podawano najpierw standardowy lub zmodyfikowany szczep probiotyczny, a następnie wywoływano u nich zakażenie Salmonella Typhimurium.
Różnice między grupami okazały się znaczące. Myszy, które otrzymały ulepszony probiotyk, znacznie łagodniej znosiły infekcję, traciły mniej masy ciała, a poziom bakterii w jelitach oraz narządach wewnętrznych był u nich dużo niższy.
W śledzionie liczba bakterii była około 7300 razy mniejsza, natomiast w wątrobie około 1700 razy mniejsza niż u zwierząt, którym nie podawano zmodyfikowanego probiotyku. U myszy z tej grupy nie obserwowano również powiększenia śledziony, która może towarzyszyć ciężkiemu zakażeniu ogólnoustrojowemu.
Pobudzenie układu odpornościowego
Dalsze analizy przyniosły dodatkowe, nieoczekiwane wnioski. Okazało się, że działanie ochronne zmodyfikowanego Nissle 1917 nie ogranicza się do skuteczniejszego konkurowania z Salmonellą w jelitach. Bakteria wydawała się również wpływać na układ odpornościowy, wzmacniając jego reakcję na zakażenie.
Mechanizm tego działania nie został jeszcze dokładnie poznany. Naukowcy przypuszczają, że zmienione białko bakterii może oddziaływać na dodatkowe receptory znajdujące się na komórkach gospodarza. W konsekwencji mogłoby dochodzić do uruchomienia procesów wpływających na funkcjonowanie układu immunologicznego.
Zespół planuje kolejne badania, które mają dokładniej wyjaśnić sposób działania zmodyfikowanego probiotyku.