Peter Silley

1 MB Consult Limited, Lymington SO41 3TQ, Marea Britanie.

flora

2 Departamentul de Științe Biomedice, Universitatea din Bradford, Bradford, Marea Britanie.

rezumat

Introducere

Al doilea exemplu se referă la rolul bifidobacteriilor; acestea sunt considerate a fi o populație bacteriană semnificativă în tractul gastrointestinal uman și joacă un rol esențial în sănătate prin menținerea unei microbiote intestinale bine echilibrate (Reuter, 2001; Vaughan și colab., 2005). Delgado și colab. (2008) au descris efectele benefice atribuite bifidobacteriilor pentru a include stabilirea unei microbiote sănătoase la sugari, prevenirea și tratamentul diareei, ameliorarea constipației și simptomele intoleranței la lactoză, îmbunătățirea funcțiilor imune, reducerea colesterolului și suprimarea tumorigeneză, printre altele (Ouwehand și colab., 2002; Leahy și colab., 2005). Acest gen are cu siguranță o relevanță comercială, deoarece multe dintre componentele microbiene ale probioticelor comerciale aparțin grupului bifidobacterian (Yeung și colab., 2002; Fasoli și colab., 2003). Datele examinate sugerează că acest grup important de organisme nu este întotdeauna implantat în modelul de rozătoare HFA.

Baza pentru modelul HFA

Silvi și colegii (1999) într-un studiu care investighează modificarea florei intestinale prin amidon rezistent au afirmat că,

Studiul a fost realizat la șobolani asociați cu flora umană, care oferă o relevanță mai mare pentru om decât utilizarea șobolanilor cu flora convențională. Flora umană - șobolani asociați, obținuți prin colonizarea șobolanilor fără germeni cu bacterii fecale umane, dezvoltă și mențin o floră cu caracteristici bacteriologice și metabolice similare cu cea a microflorei colonice umane mature.

Autorii au citat lucrările lui Mallett și colegii (1987), Hirayama și colegii (1995) și Rumney și Rowland (1992) ca sprijin pentru această afirmație de anvergură și una care a fost folosită de multe ori ca justificare pentru modelul HFA. Este necesar să examinați îndeaproape aceste referințe sursă în detaliu.

Mallett și colegii (1987) au comparat activitățile enzimei gastro-intestinale (β-glucozidază, β-glucuronidază, nitrat reductază și nitroreductază) la șobolani și fecale umane convenționale și HFA. Ei au concluzionat că șobolanii convenționali și HFA au prezentat activități enzimatice comparabile, care au fost similare cu cele găsite în fecalele umane, cu excepția nitratului reductază, care a prezentat activitate neglijabilă la șobolanii convenționali. Flora convențională de șobolan a răspuns, totuși, diferit la șobolanii HFA și la fecalele umane atunci când dieta a fost suplimentată cu pectină, în care a fost stimulată activitatea nitrat reductazei. Dovezile pentru similitudinea florei dintre modelul de rozătoare HFA și om s-au bazat, așadar, nu pe date bacteriologice directe, ci pe similitudinea activităților enzimatice a trei din cele patru enzime testate.

Autorii afirmă că motivele diferențelor dintre flora donatoare și flora stabilită nu sunt clare. Indiferent de fecalele umane inoculate, numărul Bacteroides spp., Clostridium spp., Coci anaerobi și Streptococcus spp. la toți șoarecii HFA au fost mai mari decât cei din inoculă. Hirayama și colegii (1995) sugerează că echilibrul bacterian din intestinul șoarecilor HFA ar putea fi controlat de condițiile fiziologice ale intestinului șoarecelui, mai degrabă decât de echilibrul microbilor din fecalele umane. Acest lucru va reduce, după cum se subliniază, variabilitatea compoziției bacteriene în rândul grupurilor de șoareci HFA în comparație cu ceea ce se întâmplă în probele de fecale umane.

Activitățile β-glucozidazei și β-glucuronidazei șoarecilor HFA au fost similare cu cele de la om, dar activitățile nitrat reductazei și nitroreductazei la șoarecii HFA au fost diferite de cele de la șoarecii omului și de la șoarecii convenționali. În plus, concentrațiile de produse putrefactive în fecalele șoarecilor HFA au fost în mare măsură diferite de cele din fecalele umane, dar similare cu cele găsite la șoarecii convenționali. Compoziția SCFA fecale la șoarecii HFA a fost mai asemănătoare cu cea la om decât la șoarecii convenționali, dar concentrațiile de acid au fost semnificativ mai mici decât cele găsite la om. Metabolismul bacterian din intestinul șoarecilor HFA a reflectat astfel cel al fecalelor umane în ceea ce privește unele activități metabolice, dar nu altele. Autorii sugerează două ipoteze prin care să explice rezultatele:

speciile bacteriene dominante din fiecare grup bacterian la șoarecii HFA s-ar putea schimba față de cele prezente în fecalele umane inoculate; și

metabolismul bacterian se poate schimba din cauza modificării mediului intestinal.

S-a făcut un comentariu suplimentar că variațiile de compoziție și activitățile metabolice ale microbiotei fecale printre grupurile de șoareci HFA nu au fost deosebit de evidente și poate mai important, variațiile individuale dintre fecalele umane inoculate nu au fost reflectate în grupurile de șoareci HFA și că unele dintre caracteristicile fiecare fecal donator uman nu a fost reflectat cu greu la șoarecii HFA.

În timp ce această lucrare este citată pe scară largă ca justificare pentru utilizarea rozătoarelor HFA ca modele pentru studiul florei tractului gastro-intestinal la om, nu pare să fi existat nici un control atent al datelor și nici măcar propoziția finală de avertizare în abstract:

Aceste descoperiri indică faptul că șoarecii HFA oferă un instrument stabil și valoros pentru studierea ecosistemului și a metabolismului microbiotei fecale umane, dar au câteva limitări ca model.

Referința finală de susținere menționată mai sus provine dintr-o revizuire efectuată de Rumney și Rowland (1992). În cadrul revizuirii au citat lucrările lui Hazenberg și colegii (1981), care printr-un studiu detaliat de bacteriologie au arătat că compoziția bacteriană brută a șoarecelui HFA a fost similară cu cea de la om și distinctă de cea a unui șoarece convențional. Acești lucrători au demonstrat în continuare că cecul șoarecelui HFA a fost mult redus ca dimensiune la un nivel care era echivalent pe baza greutății corporale cu cel al omului. Diferențele dintre flora șoarecelui HFA și cea a șoarecelui convențional au fost ușor demonstrate prin faptul că au raportat o înlocuire a florei umane cu flora murină în decurs de 2 săptămâni dacă șoarecii nu au fost reținuți în izolatorii lor respectivi. Acesta este un punct destul de important prin faptul că sugerează că flora umană nu este cu adevărat stabilizată la șoareci și că ar putea fi mai ușor perturbată de expunerea la antibiotice decât ar fi cazul tractului gastro-intestinal uman.

Ducluzeau și colegii (1984) au confirmat munca lui Hazenberg și a colegilor (1981) și, potrivit lui Rumney și Rowland (1992), acest lucru a fost confirmat și de Pecquet și colegii (1986). O lectură atentă a studiului Pecquet și colegii (1986) arată totuși că, deși au arătat similitudine în floră între șoareci HFA și voluntari umani, acest lucru a fost doar în ceea ce privește Enterobacteriaceae și anaerobi total, nu au fost testate alte grupuri și nu a existat nicio comparație cu flora de la animalele convenționale. O altă eroare în revizuirea Rumney și Rowland (1992) apare în citarea articolului anterior discutat de Mallett și colegii (1987). Revista se încheie din lucrarea lui Mallett și colegii (1987):

Când animalele HFA au fost comparate cu omologii lor convenționali din floră, toate cele patru enzime microbiene studiate au prezentat diferențe semnificative în activitate.

Examinarea lucrării Mallett și colegilor (1987), așa cum a fost descris anterior, arată că acest lucru nu este cazul. Revizuirea Rumney și Rowland (1992) a prezentat, de asemenea, câteva date nepublicate anterior care arată că metabolismul 2 - amino - 3 - metil - 3H - imidazo [4,5 - f] chinolină a avut loc mai repede în suspensiile bacteriene izolate din fecalele șobolanului și șoarecului decât de la fecale umane, însă viteza de reacție de la fecalele de șobolan HFA a fost similară cu cea de la fecale umane. Ward și colegii (1990), într-un studiu similar, au investigat efectul diferitelor tipuri de grăsimi dietetice asupra formării de N-nitro-soprolină la șobolanii fără germeni, convenționali și HFA. Rezultatele la șobolanii HFA și la oameni au fost similare și au fost contrastate cu cele de la șobolanii convenționali.

Ceea ce este clar este că dovezile care susțin opinia conform căreia studiile cu șobolan HFA sunt mai relevante pentru situația la om decât studiile cu șobolani convenționali (Silvi și colab., 1999) nu sunt atât de substanțiale pe cât s-ar putea crede altfel. Studiile lui Hirayama și ale colegilor (1991; 1995) sunt singurele studii de sprijin exhaustive, care au efectuat o analiză bacteriologică aprofundată. Există o serie de studii care oferă sprijin indirect pentru modelele de rozătoare HFA, care prezic situația la om în ceea ce privește metabolismul tractului gastrointestinal. Rowland și Tanaka (1993) au descris hrănirea oligozaharidelor transgalactozilate (TOS) la șobolani HFA, rezultând o creștere a anaerobilor total, Bifidobacterium și Lactobacillus spp. contează, dar nu pentru Bacteroides spp. Aceste rezultate au fost în concordanță cu cele publicate de Ito și colegii (1990), care au hrănit TOS voluntarilor umani și au constatat creșteri semnificative ale Bifidobacterium spp. și Lactobacillus spp. în fecale, deși nu au existat modificări ale numărului de bacterii totale.

Mallett și colegii (1989) au examinat influența pH-ului de incubație asupra activității enzimelor florei intestinale de șobolan și uman (β-glucozidază, β-glucuronidază și nitrat reductază). Toate cele trei enzime au fost influențate de pH, după cum este exemplificat de activitatea β-glucozidazei care s-a diminuat odată cu creșterea pH-ului. În alte cazuri, șobolanul și flora umană au prezentat profiluri distincte cu activitate de nitrat reductază nedetectabilă la fecalele umane sub pH 6,6, în timp ce flora cecală de șobolan a prezentat o reducere optimă a nitraților în jurul neutralității. Cea mai pronunțată diferență gazdă-specie s-a găsit cu β-glucuronidaza. Autorii au considerat că profilul divergent pentru cele două surse de material intestinal poate reflecta diferențe în apariția organismelor pozitive β-glucuronidază prezente în șobolan sau în intestinul uman, deoarece diferite specii bacteriene posedă niveluri variabile pe scară largă ale acestei enzime (Cole și colab. ., 1985).

În afară de studiul lui Hirayama și al colegilor (1991; 1995), par să existe puține astfel de studii cuprinzătoare, luând în considerare analiza bacteriologică comparativă a microbiotei fecale a rozătoarelor convenționale, HFA și a fecalelor umane donatoare. Există, totuși, alte studii în literatură care oferă indicii cu privire la diferențele dintre microbiota fecală a rozătoarelor convenționale, a rozătoarelor HFA și a omului.

Încă din 1980 Raibaud și colegii săi (1980) au efectuat o serie de experimente fascinante în care bacteriile din tractul digestiv al omului și ale diferitelor animale au fost implantate în șoareci gnotobiotici. În primul experiment, paisprezece tulpini microbiene izolate de șobolani convenționali au fost inoculate în șobolani axenici și șoareci care au primit diete identice. Populațiile acestor organisme, care au devenit stabilite în fecalele șobolanilor și șoarecilor adulți gnotobiotici adulți, au fost destul de asemănătoare, în afară de o tulpină de Clostridium sp., Care s-a stabilit la șobolani, dar nu și la șoareci. Flora complexă de la un pui convențional a fost apoi implantată cu succes la șoareci gnotobiotici adulți, astfel încât a prezentat un efect de barieră intact împotriva Salmonella typhimurium. În cele din urmă, Raibaud și colegii (1980) au inoculat fecale de la un donator uman în șoareci adulți gnotobiotici. Colonizarea a fost realizată, deși membrii genurilor Bifidobacterium, Lactobacillus și Clostridium nu au putut stabili, în ciuda prezenței în inoculul donatorului. Cu toate acestea, flora colonizatoare a exercitat încă o barieră eficientă împotriva unei tulpini toxigene de Clostridium difficile, deși acest efect de barieră a dispărut spontan câteva săptămâni mai târziu.

García - Lafuente și colegii (2001) care lucrează cu șobolani Sprague - Dawley fără agenți patogeni au arătat în mod clar că funcția de barieră colonică este modulată de compoziția florei tractului GI comensal. Colonizarea colonului de către Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae și Streptococcus viridans a compromis funcția de barieră colonică, în timp ce colonizarea cu Lactobacillus brevis a redus permeabilitatea colonului și, astfel, a îmbunătățit funcția de barieră.

Alte studii experimentale au arătat că anumite tulpini de lactobacil pot preveni sau inversa tulburările de permeabilitate intestinală. Provocarea prelungită a laptelui de vacă la șobolanii care alăptează crește permeabilitatea intestinală la proteine ​​intacte și bacterioterapia orală cu tulpina Lactobacillus casei GG contracarează creșterea permeabilității intestinale (Isolauri și colab., 1993). Ceea ce este clar din aceste studii este că bacteriile comensale pot influența funcția de barieră colonică în condiții normale nepatologice și că interacțiunea dintre flora colonică și peretele intestinal poate fi, de asemenea, importantă. Acest ultim punct menționat este deosebit de important în ceea ce privește mecanismele de atașare specifice speciilor prin care mulți Lactobacillus spp. va expune atașament specific gazdei. Motivul evidențierii acestor constatări este că eșecul unui grup bacterian de a coloniza un model poate prejudicia rezultatele. Starea noastră actuală de cunoaștere nu ne permite să fim siguri de importanța grupărilor bacteriene respective. Există totuși acceptul general că Bifidobacterium spp. sunt un grup important în cadrul ecosistemului tractului gastro-intestinal, totuși sunt un grup care nu reușesc în mod constant să se stabilească în modelul HFA.

Diferențe între rozătoarele fără germeni și cele convenționale

Structura epitelială a mucoasei intestinale a mamiferelor reflectă activitatea absorbantă și secretorie a diferitelor segmente ale sale. Membrana de suprafață apicală a celulelor epiteliale intestinale are un strat bine definit de glicoproteine ​​și glicolipide, glicocalixul, care este implicat în procesele celulare cheie, cum ar fi aderența, recunoașterea antigenică, diferențierea și transportul. Într-un studiu elegant care a investigat influența dietei și a microflorei intestinale asupra modelelor de legare a lectinei ale mucinelor intestinale la șobolani Sharma și Schumacher (1995) au descris o reducere generală a reziduurilor de d-galactoză legate de acid sialic în comparație cu șobolanii fără germeni și pierderea gradientului criptă la suprafață al expresiei fucosilului în intestinul gros al șobolanilor HFA. Aceste diferențe au fost considerate a fi cauzate de tulpini diferite de glicozidaze în cele două flore diferite.

Într-un studiu suplimentar, Sharma și colegii (1995) au raportat că, în timp ce efectele florei umane asupra structurii intestinului și a compoziției mucusului șobolanilor HFA au fost în multe feluri similare cu șobolanii convenționali, au existat diferențe deosebite în compoziția suprafeței și mucusul calic și lungimea celulelor criptelor intestinale mari. În timp ce autorii recunosc că aceste rezultate pot reflecta diferențe reale ca răspuns la cele două tipuri de floră, consideră, de asemenea, posibil ca atunci când o floră umană este inoculată în animalul fără germeni, stabilirea acesteia și interacțiunea ulterioară cu tractul intestinal pot induce modificări nu se vede cu o floră indigenă în care colonizarea nu este supusă manipulării experimentale.

Taché și colegii (2000) au investigat efectul caragenanilor ca potențiali agenți inducători de tumori la șobolanii convenționali și HFA. La doze mari la șobolani convenționali au fost detectate focare criptare aberante, în timp ce, în schimb, nu s-au observat efecte la șobolani HFA. Aceste descoperiri au susținut ipoteza că microflora intestinală a animalului gazdă este implicată în efectele toxice ale caragenanilor în colonul de șobolan.

Studii care compară metabolismul la rozătoarele HFA și la om

Andrieux și colegii (1993) au investigat fermentarea inulinei la șobolani fără germeni asociați cu flora intestinală umană de la producători de metan și non-metan. Flora umană donatoare în ambele cazuri și-a păstrat proprietățile fermentative atunci când a fost inoculată în șobolani fără germeni hrăniți cu dietă de control. Florele bacteriene de la producătorii umani de metan au dat naștere doar producției de metan, în timp ce producția de hidrogen a fost similară atât la șobolanii care produc metan, cât și la cei care nu produc metan. Concentrațiile SCFA caecale au fost mai mici la șobolanii producători de metan decât la producătorii care nu sunt metan, așa cum s-a găsit la fecalele umane, dar concentrația de acid lactic a fost mai mare în comparație cu cea a șobolanilor care nu produc metan.

tabelul 1

Rezumatul concluziilor din lucrările esențiale.

Referință Subiecte de studiu Analiză Concluzii
Mallett și colab. (1987)Șobolani convenționali, șobolani HFA și fecale umaneBiochimieS-a ajuns la concluzia că flora a fost similară între toți cei trei subiecți studiați pe baza măsurătorilor indirecte și adevărată doar pentru 3 din 4 enzime testate
Hirayama și colab. (1991)Șoareci HFABacteriologieBifidobacterium neimplantat la șoareci HFA
Hirayama și colab. (1995)HFA, șoareci convenționali și fecale umaneBacteriologie și biochimieDiferențe în flora implantată, Bifidobacterium neimplantat la toți șoarecii.
Diferențe în activitățile enzimatice și metabolismul bacterian
Hazenberg și colab. (1981)HFA, șoareci convenționali și fecale umaneBacteriologieFlora HFA similară omului, dar distinctă de șoarecii convenționali
Pecquet și colab. (1986)Șoareci HFA și fecale umaneBacteriologieAsemănare încheiată în floră, dar numai Enterobacteriaceae și anaerobe totale testate

Fără întrebări?

Rezultatele ridică semne de întrebare cu privire la adecvarea microorganismelor fecale umane asociate rozătoarelor ca model definitiv pentru studierea ecologiei tractului intestinal uman. Disparițiile speciilor selectate și eșecul altor persoane de a coloniza pot influența rezultatele studiilor. Mai mult, activitatea metabolică foarte redusă a microbiotei fecale umane la șoarece poate diminua semnificația rezultatelor studiilor metabolice atunci când este extrapolată la situația umană. Cu toate acestea, modelul ar putea avea utilitate în studiile privind rezistența la colonizare împotriva diferiților agenți patogeni enterici.

Concluzii