pobierz artykuł w pdf

Modulacja mikrobioty jelitowej
dzieci z atopowym zapaleniem skóry
przyjmujących bakterie Lactobacillus
casei DN-114 001
W ostatnich trzech dekadach XX wieku odnotowano wzrost
liczby schorzeń alergicznych, w szczególności wysoki odsetek
atopowego zapalenia skóry (AZS). W Europie i Stanach Zjednoczonych Ameryki odsetek ten wynosi już 10–20% wśród
dzieci i 2–3% wśród dorosłych(1). Dynamicznie rosnącą liczbę
zachorowań ludności na AZS przypisuje się teorii higienizacji
życia codziennego. Dzieci wychowujące się w rodzinach o niższym statusie materialnym oraz w rodzinach wielodzietnych,
mające kontakt ze zwierzętami domowymi, znacznie rzadziej
zapadają na choroby o podłożu alergicznym(2,3). Mikroorganizmy zasiedlające przewód pokarmowy człowieka, głównie
jelita, odgrywają kluczową rolę w tworzeniu odpowiedniej
bariery ochronnej oraz stymulowaniu systemu immunologicznego. Efektem niewłaściwej sukcesji pierwotnej może być predyspozycja do zapalnych chorób jelit (IBD), schorzeń atopowych i innych schorzeń autoimmunologicznych(4). U zdrowych
noworodków urodzonych w sposób naturalny w pierwszej
kolejności pojawiają się tlenowe bakterie z grupy enterobakterii: Streptococcus sp. i Staphylococcus sp. Po wyczerpaniu
dostępnego tlenu w jelicie pojawiają bakterie beztlenowe:
Bifidobacterium sp., Bacteroides sp. i Clostridium sp. Gdy noworodek karmiony jest mlekiem matki następuje stymulacja
rozwoju bifidobakterii, które dzięki swojej aktywności metabolicznej utrzymują w równowadze inne grupy bakterii, takie
jak z rodzaju Clostridium czy etrobakterie, nie dopuszczając do
ich dominacji(5). U niemowląt i dzieci z atopowym zapaleniem
skóry obserwuje się zaburzenie układu mikroflory jelitowej
dr inż. Elżbieta Klewicka
Instytut Technologii Fermentacji
i Mikrobiologii, Politechnika Łódzka
w obrębie nadmiernego wzrostu bakterii z rodzaju Clostridium
i obniżeniu liczby bakterii z rodzaju Bifidobacterium(6,7).
W „Polish Journal of Microbiology”(8) ukazała się publikacja
poświęcona badaniom dotyczącym składu mikrobioty jelitowej dzieci z AZS, którym podawano probiotyczne bakterie Lactobacillus casei DN-114 001. Są one biologicznie
aktywnym składnikiem Actimela®. Badania przeprowadzono w sposób randomizowany, jako podwójnie ślepą próbę
kontrolowaną placebo. Do badań zakwalifikowano 40 dzieci w wieku 6-18 miesięcy z dodatnim wywiadem w kierunku atopowego zapalenia skóry, o umiarkowanym przebiegu
AZS wyrażonym w skali SCORAD (20–40). Dzieci (n=18)
otrzymujące bakterie Lactobacillus casei DN-114 001
w dawce 109 komórek dziennie (na nośniku niezawierającym białek mleka krowiego) stanowiły grupę DN (DNG),
a dzieci (n=22) otrzymujące sam nośnik, na którym zostały
przygotowane bakterie, tworzyły grupę placebo (PG). Eksperyment prowadzono przez 8 miesięcy. Dzieci otrzymywały probiotyk lub placebo przez 3 miesiące. W pobranych
próbach kału oznaczano profil mikrobioty przed rozpoczęciem eksperymentu, po 3 miesiącach oraz po 8 miesiącach
Rys.1. Zmiany indeksu SCORAD przed suplementacją i po suplementacji dzieci z AZS bakteriami Lactobacillus casei DN-114 001
(grupa badana, DNG) lub placebo (grupa placebo, PG)(8)
40
Grupa badana (DNG)
35
30
Grupa placebo (PG)
#
*
SCORAD
25
##
##
20
**
15
10
***
5
0
-5
0
-10
3
8
Czas (miesiące)
*,**,***
#, ##
różnice statystyczne w grupie badanej (DNG), p≤0,05
różnice statystyczne w grupie placebo (PG), p≤0,05
15
Żywność dla zdrowia
od rozpoczęcia badań (a po 5 od zakończenia przyjmowania przez dzieci probiotyku lub placebo).
W kale dzieci z atopowym zapaleniem skóry oznaczono podstawowe grupy mikroorganizmów: Lactobacillus sp., Bifidobacterium sp., Bacteroides sp., Clostridium sp., Enterococcus sp.
oraz bakterie należące do rodziny Enterobacteriaceae. Przed
rozpoczęciem eksperymentu liczebność bakterii z rodzajów
Lactobacillus, Bifidobacterium, Bacteroides i Enterococcus pomiędzy badanymi grupami nie wykazywała różnic istotnych
statystycznie. Jedynie liczba bakterii należąca do rodziny Enterobacteriaceae w grupie DNG wynosiła 8,63 jednostek logartymicznych (LU) i była wyższa o 1,13 LU w stosunku do
grupy PG (tabela 1). Po 3-miesięcznej suplementacji w grupie
DNG autorzy badań stwierdzili obniżenie liczebności bakterii z rodzaju Lactobacillus o 18%. Jednakże po 5 miesiącach
od zaprzestania przyjmowania bakterii Lactobacillus casei
DN-114 001 ich liczebność pozostała niezmieniona i wynosiła 6,38 LU. W grupie PG liczebność bakterii z rodzaju Lactobacillus po 3 miesiącach zmniejszyła się o 15% (6,54 LU)
i o 24% (5,90 LU) po kolejnych 5 miesiącach. W grupie DNG
po 3 miesiącach zaobserwowano stabilizację bakterii z rodzaju Bifidobacterium. Obniżenie liczebności tych bakterii o 9,4%
(5,57 LU) stwierdzono po 5 miesiącach od zaprzestania przyjmowania probiotyku. W grupie PG obserwowano redukcję
w czasie liczebności bifidobakterii: po 3 miesiącach o 9,5%
oraz o 24% po 5 miesiącach. Podczas przyjmowania probiotyku w grupie DNG stwierdzono zmniejszenie liczby
bakterii z rodzaju Clostridium o 10%. Bakterie te utrzymywały się na tym samym niskim poziomie przez kolejne 5
miesięcy trwania eksperymentu. W grupie PG otrzymującej placebo liczebność Clostridium sp. w czasie badania
utrzymywała się na stałym poziomie (5,57–5,82–5,46 LU).
W grupach bakterii Bacteroides sp., Enterobacteriaceae i Enterococcus sp. nie odnotowano istotnych różnic pomiędzy
grupami DNG i PG w czasie trwania badań. Analizując wyniki, można stwierdzić, że wprowadzenie do diety dzieci
z AZS probiotycznego szczepu bakterii Lactobacillus casei
DN-114 001 moduluje skład ilościowy mikrobioty jelitowej
w obrębie bakterii Bifidobacterium, Clostridium i Lactobacillus.
Zarówno w trakcie suplementacji, jak i po zakończeniu badania u dzieci kontrolowano indeks SCORAD. W obu grupach
stwierdzono obniżenie wartości SCORAD po zakończeniu suplementacji, czyli po 3 miesiącach. Jednakże w grupie dzieci,
która otrzymywała bakterie probiotyczne (DNG), po kolejnych 5 miesiącach (bez suplementacji) odnotowano dalsze
statystycznie istotne obniżenie indeksu SCORAD, czego
nie wykazano w grupie placebo (PG) (rys. 1).
W literaturze wiele grup badawczych skupiło się na możliwości zmian składu mikrobioty jelitowej poprzez suplementację probiotykiem. Rinne i wsp.(9) podawali niemowlętom
z dodatnim wywiadem rodzinnym w kierunku AZS bakterie Lactobacillus rhamnosus GG. Suplementację prowadzili
przez 4 tygodnie. Monitorując zmiany mikrobioty kału dzieci
16
w obrębie grup Bifidobacterium i Lactobacillus/Enterococcus,
zaobserwowali oni sukcesywne obniżanie się liczby bakterii z rodzaju Bifidobacterium w czasie od 3 do 12 miesięcy
po podaniu probiotyku zarówno w grupie probiotycznej, jak
i placebo. W pracy opublikowanej przez badaczy w „Polish
Journal of Microbiology”(8) stwierdzono ustabilizowanie
liczebności Bifidobacterium sp. u dzieci, które otrzymywały szczep bakterii Lactobacillus casei DN-114 001. Efekt
ten obserwowano podczas przyjmowania probiotyku.
Obniżenie liczby Bifidobacterium sp. następowało po 5 miesiącach od zakończenia suplementacji. Bakterie z rodzaju Bifidobacterium są jedną z ważniejszych grup mikroorganizmów
zasiedlających przewód pokarmowy człowieka. W badaniach
molekularnych przeprowadzonych przez Favier i wsp.(10) dowiedziono, iż u niemowląt karmionych naturalnie bifidobakterie stanowią od 60% do 90% całej mikroflory kałowej.
Przypisuje się im zdolność modulowania aktywności systemu immunologicznego człowieka. W genomie Bifidobacterium longum zidentyfikowano inhibitor proteazy serynowej
o właściwościach immunomodulacyjnch występujący u organizmów eukariotycznych(11). Ponadto bakterie te poprzez
zdolność adaptacji do warunków panujących w przewodzie
pokarmowym niemowląt i swoją aktywność metaboliczną
ułatwiają dojrzewanie oraz kształtowanie właściwej biocenozy jelitowej. Wraz ze wzrostem człowieka i zmianą diety,
liczba bakterii z rodzaju Bifidobacterium zmniejsza się. Zatem
bardzo ważne jest u osobników z dysfunkcją mikrobioty jelitowej utrzymanie jak najdłużej wysokiej liczebności Bifidobacterium sp. Z badań prezentowanych w „Polish Journal
of Microbiology”(8) wynika, że spożywanie bakterii Lactobacillus casei DN-114 001 sprzyja utrzymaniu wysokiej
liczebności bifidobakterii. Kolejnym pozytywnym efektem
przyjmowania bakterii Lactobacillus casei DN-114 001 jest
obniżenie liczby bakterii z rodzaju Clostridium. Ze względu na swoją potencjalnie patogenną i toksynotwórczą aktywność, bakterie z rodziny Clostridium w nadmiernej liczbie są
mikroflorą niepożądaną(12). U niemowląt ze zdiagnozowanym
AZS stwierdza się obniżenie bakterii z rodzaju Bifidobacterium
a wzrost populacji Clostridium sp.(6,13). Analizując badania różnych grup badawczych pracujących nad probiotykami i ich
wpływem na skład jakościowy i ilościowy mikrobioty jelitowej,
można wyciągnąć wniosek, iż stosując różne szczepy probiotyczne, uzyskuje się zróżnicowany poziom modulacji w tym
obszarze. Przykładowo grupa badawcza Garrido i wsp.(14) po
wprowadzeniu do diety zdrowych ochotników szczep Lactobacillus johnsonii La-1 stwierdziła podwyższenie o 5% populacji Bifidobacterium. Nie zaobserwowano natomiast zmian
w obrębie bakterii Clostridium sp., Bacteroides sp. i Enterococcus sp. Inni badacze do diety niemowląt z pozytywnym
wywiadem rodzinnym w kierunku atopowego zapalenia skóry i astmy oskrzelowej włączyli szczep Bifidobacterium lactis
BB-12. Redukcję liczebności bakterii z rodzaju Clostridium
odnotowali oni jedynie w przypadku, gdy dzieci otrzymywały tylko pokarm matki (bez suplementacji probiotykiem).
W grupie suplementowanej probiotycznym szczepem BB-12
poziom Clostridium sp. był taki sam jak w grupie kontrolnej(9).
Adlerberth i wsp.(15) w badaniach relacji pomiędzy składem
Tabela 1. Mikrobiota jelitowa dzieci z AZS przed suplementacją i po suplementacji bakteriami Lactobacillus casei DN-114 001 (DNG) lub placebo (PG)(8)
Rodzaj bakterii
[Log10jtk/g kału]
DNG*
PG*
Czas [miesiące]
Czas [miesiące]
0
3
8
0
3
8
Lactobacillus
7,86±2,21a
6,40±1,70b
6,38±2,30bC
7,77±1,34c
6,54±1,46d
5,90±1,89e
Bifidobacterium
6,15±2,49
6,89±1,42
5,57±1,37a
7,11±2,12c
6,43±1,85c
5,36±1,62d
Bacteroides
7,37±2,44
7,89±1,64
7,51±1,71
6,34±2,84
7,33±2,20
7,13±2,47
Clostridium
6,49±1,63a
5,83±1,80b
5,81±1,39b
5,57±2,54
5,82±2,08
5,46±1,76
Enterococcus
6,90±2,12
7,58±0,99
6,82±1,68
7,52±1,16c
6,78±1,69cd
6,25±1,26d
Enterobacteriaceae
8,63±0,73
8,14±0,92
8,11±1,11
7,23±2,11
7,62±1,79
7,46±1,63
*średnia arytmetyczna wartości log10 ± odchylenie standardowe
a, b
zmiany statystycznie istotne w grupie DNG, p≤0,05
c, d, e
zmiany statystycznie istotne w grupie PG, p≤0,05
C
zmiany statystycznie istotne pomiędzy grupami DNG i PG po 8 miesiącach
mikrobioty jelitowej a częstością występowania atopowego
zapalenia skóry stwierdzili, że wraz ze wzrostem poziomu
Clostridium sp. w okresie niemowlęcym wzrasta ryzyko rozwinięcia się AZS. Bardzo ważną cechą szczepu Lactobacillus casei DN-114 001 jest jego zdolność do zmniejszania
liczebności bakterii z rodzaju Clostridium u dzieci z atopowym zapaleniem skóry. Modulacja ekosystemu jelitowego
dzieci z atopowym zapaleniem skóry, obniżanie lub podwyższanie liczebności poszczególnych grup mikroorganizmów to
cechy indywidualne dla każdego szczepu o właściwościach
probiotycznych. Szczep Lactobacillus casei DN-114 001 podawany dzieciom z AZS stabilizuje wyższą liczebność bakterii z rodzaju Bifidobacterium, równocześnie obniżając
liczebność bakterii Clostridium sp.
Piśmiennictwo:
1. Leung A.K., Hon K.L., Robson L.M.: Atopic dermatitis. Adv. Pediatr. 2007; 54: 241-273.
2. Remes S.T., Tivanainen K., Koskela H., Pekkanen J.: Which factors explain the lower prevalence of
atopy amongst farmers’ children? Clin. Exp. Allergy 2003; 33: 427-434.
3. de Meer G., Janssen N.A., Brunekreef B.: Early childhood environment related to microbial exposure and the occurrence of atopic disease at school age. Allergy 2005; 60: 619-625.
4. Kelly D., King T., Aminov R.: Importance of microbial colonization of the gut in early life to the
development of immunity. Mutat. Res. 2007: 622: 58-69.
5. Harmsen H.J., Wildeboer-Veloo A.C., Raangs G.C. i wsp.: Analysis of intestinal flora development
in breast-fed and formula-fed infants by using molecular identification and detection methods.
J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 2000; 30: 61-67.
6. Kalliomäki M., Kirjavainen P., Eerola E. i wsp.: Distinct patterns of neonatal gut microflora in
infants developing or not developing atopy. J. Allergy Clin. Immunol. 2001; 107: 129-134.
7. Kirjavainen P., Apostolou E., Arvola T. i wsp.: Characterizing the composition of intestinal microflora as a prospective treatment target in infant allergic disease. FEMS Immunol. Med. Microbiol.
2001; 32: 1-7.
8. Klewicka E., Cukrowska B., Libudzisz Z. i wsp.: Changes in gut microbiota in children with atopic
dermatitis administered the bacteria Lactobacillus casei DN-114 001. Pol. J. Microb. 2011; 60:
329-333.
9. Rinne M., Kalliomäki M., Arvilommi H. i wsp.: Effect of probiotics and breastfeeding on the
Bifidobacterium and Lactobacillus/Enterococcus microbiota and humoral immune responses.
J. Pediatr. 2005; 147: 186-191.
10. Favier C.F., Vaughan E.E., De Vos W.M., Akkermans A.D.: Molecular monitoring of succession of
bacterial communities in human neonates. Appl. Environ. Microbiol. 2002; 68: 219-226.
11. Schell M.A., Karmirantzou M., Vilanova D. i wsp.: The genome sequence of Bifidobacterium
longum reflects its adaptation to the human gastrointestinal tract. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002;
99: 14422-14427.
12. Salminen S., Bouley C., Bourton-Ruault M.C. i wsp.: Functional food science and gastrointestinal physiology and function. Br. J. Nutr. 1998; 80: 147-171.
13. Ouwehand A., Isolauri E., Salminen S.: The role of the intestinal microflora for the development
of the immune system in early childhood. Eur. J. Nutr. 2002; 41 [supl. 1]: 132-137.
14. Garrido D., Suau A., Pochart P. i wsp.: Modulation of the fecal microbiota by the intake of the
Lactobacillus johnsonii La1 – containing product in human volunteers. FEMS Microbiol. Lett. 2005;
284: 249-256.
15. Adlerberth I., Strachan D.P., Matricardi P.M. i wsp.: Gut microbiota and development of atopic
eczema in 3 European birth cohorts. J. Allergy Clin. Immunol. 2007; 120: 343-350.
17