Attenuation of oxidative stress-induced inflammation by probiotic lactobacilli in intestinal epithelial cells: mechanism of action and application as antibiotic-substitute in weanling pigs
A bélhámsejtek oxidatív stressz okozta gyulladásának gátlása probiotikus tejsavbaktériumokkal: hatásmechanizmus és alkalmazhatóság antibiotikum-helyettesítő hozamfokozásra választási malacokon
Title in English
Attenuation of oxidative stress-induced inflammation by probiotic lactobacilli in intestinal epithelial cells: mechanism of action and application as antibiotic-substitute in weanling pigs
Veterinary sciences (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Department of Pharmacology and Toxicology (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants
Csikó, György Csizinszky, Rita Jerzsele, Ákos Kővágó, Csaba Lehel, József Nagy, Gábor Szekér, Krisztina
Starting date
2009-01-01
Closing date
2011-12-31
Funding (in million HUF)
11.986
FTE (full time equivalent)
8.91
state
closed project
Summary in Hungarian
Az elmúlt évben a kis-dózisú antibiotikumok hozamfokozóként való felhasználását az Európai Közösség betiltotta, mivel bizonyos antibiotikumokkal szemben egyes kórokozó baktériumokban rezisztencia alakult ki. Ebből adódóan egyre növekszik az igény, hogy a kis-dózisú antibiotikumokat különféle természetes anyagok, pl. probiotikumok váltsák fel. A probiotikumok olyan élő mikrobiális táp- illetve élelmiszer kiegészítők, amelyek elfogyasztva jótékony hatással vannak a gazdaszervezet egészségi állapotára, jó közérzetére. A probiotikumok pozitív hatásait már számos esetben igazolták a bélrendszer fertőzéseinek, rendellenességeinek illetve betegségeinek megelőzésében és/vagy kezelésében, azonban a jelenségek mögött húzódó mechanizmusok még sok esetben felfedezésre várnak. Jelen pályázatban probiotikus baktériumok és anyagcsere termékeik hatását kívánjuk tanulmányozni oxidatív stressz okozta citokin-termelődés (IL-6, IL-8, TNF-α) mérséklésére. A kísérletekben két állati bélhámsejt vonalat (IEC-18, IPEC-J2) kívánunk modellként alkalmazni, melyekben az oxidatív stresszt reaktív oxigén specieszekkel idézzük elő. A citokinek expresszióját a transzkripció (mRNS szint meghatározása real-time PCR-rel) és a transzláció (fehérje mérés ELISA módszerrel) szintjén határozzuk meg. Meghatározzuk az oxidatív stesszel szembeni védelemben szerepet játszó anyagokat – maguk a baktériumok vagy az anyagcsere termékeik – illetve az utóbbi esetben megkíséreljük azonosítani és tisztítani az aktív komponens(eke)t az anyagcsere termékek között. In vitro megfigyeléseinket in vivo állatkísérletekben (rágcsáló és sertés) kívánjuk ellenőrizni.
Summary
In recent years the use of low-dose dietary antibiotics has been banned in the context of growth promotion of livestock, because of the antibiotic resistance of some pathogenic bacteria. For this reason nowadays there is a growing interest to replace the use of various antibiotics by different natural alternatives, such as probiotics. Probiotics are defined as live microbial food/feed ingredients that have a beneficial effect on the host health and well-being. Probiotics have proven effects in the prevention and/or treatment of several intestinal infections, disorders and diseases but the underlying mechanisms remain to be elucidated. In this study the role of certain probiotic bacteria strains and their metabolic products will be investigated in the prevention of oxidative stress-induced inflammatory citokin (IL-6, IL-8, TNF-α) secretion. Two animal intestinal epithelial cell lines (IEC-18 and IPEC-J2) will be used as model systems where oxidative stress is evoked by reactive oxygen species. Expression of citokins will be determined at the level of transcription (determination of mRNA by real-time PCR) and translation (protein assay by ELISA). The protective agent(s) - bacteria or metabolites - will be determined and attempts will be made to purify and identify the active compound(s) present among the metabolic products. The in vitro observations will be tested in in vivo animal models (rodents and swine).
Final report
Results in Hungarian
Az akut oxidatív stressz és a probiotikumok hatásának vizsgálatához kollagénnel bevont poliészter membrán inzerten tenyésztett, újszülött sertés jejunum eredetű IPEC-J2 sejtvonalat alkalmaztunk. A peroxiddal kezelt IPEC-J2 sejtekben a gyulladásos citokinek (IL-8 és TNF-α) és a védő hatású hősokk fehérje 70 (Hsp 70) relatív génexpresszióját kvantitatív real-time PCR-rel határoztuk meg a probiotikus baktériumtörzsek (Lactobacillus plantarum 2142, Lactobacillus casei Shirota, Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12, Bacillus amyloliquefaciens CECT 5940, Enterococcus faecium CECT 4515) felülúszójának (SMSz), illetve tejsav hozzáadását követően. A Lactobacillus plantarum 2142 SMSz hatékonyan csökkentette az IL-8 és a TNF-α szintjét illetve növelte a Hsp70 génexpresszióját. Kimutattuk, hogy a gyulladáscsökkentő hatás alapja nem a felülúszó és a hidrogén-peroxid közötti kölcsönhatás, ezért a Lactobacillus plantarum 2142 gyulladáscsökkentő hatásának alapja nem az SMSz peroxid bontása. Eredményeink szerint a Lactobacillus plantarum 2142 által termelt tejsav (racém, L-és D-tejsav) nem csökkentette szignifikánsan a gyulladásos citokinek expresszióját. Fehérjeanalitikai, elválasztástechnikai módszerek segítségével sikerült kimutatni a Lactobacillus plantarum 2142 által termelt eltérő molekulatömegű fehérje jellegű anyagok jelenlétét, amelyeknek szerepe lehet a gyulladáscsökkentő hatás kifejtésében.
Results in English
The experiments focused on acute oxidative stress and the effects of probiotics were performed on non-carcinogenic jejunal epithelial cell line of neonatal unsuckled piglet, IPEC-J2 cells cultured on collagen-coated polyester membrane inserts. In peroxide-treated IPEC-J2 cells relative gene expression levels of inflammatory cytokines (IL-8 és TNF-α) and protective heat shock protein 70 (Hsp 70) were determined by qRT-PCR in the presence and in the absence of SCSs from five bacterial strains (Lactobacillus plantarum 2142, Lactobacillus casei Shirota, Bifidobacterium animalis subsp. lactis Bb-12, Bacillus amyloliquefaciens CECT 5940, Enterococcus faecium CECT 4515) and lactic acid. Our data revealed that only the Lactobacillus plantarum 2142 had significant lowering effect on inflammatory cytokine levels (IL-8 és TNF-α) and it could increase the gene expression of Hsp 70. We proved that the no chemical reaction occurs between SCS and hydrogen-peroxide, which excludes the possibility that the antiinflammatory effect of Lactobacillus plantarum 2142 SCS could be attributed to its direct peroxide-decomposing activity. According to our results, lactic acid (racemic, D-and L-lactic acid) at different concentrations had not got any protective effect in quenching upregulation of proinflammatory cytokines. Peptide-like components present in SCS of Lactobacillus plantarum 2142, which are supposed to possess antiinflammatory effect, were detected by gel and capillary zone electrophoresis.
Szeker K, Csizinszky R, Paszti-Gere E, Jakab Cs, Galfi P: Attenuation of oxidative stress-induced pro-inflammatory cytokine gene overexpression by probiotic lactobacilli, International Scientific Conference on Probiotics and Prebiotics. Kassa, Szlovákia, 2011.06.13-2011.06.16. pp. 62-63., 2011
Pásztiné Gere Erzsébet, Marosi András, Szekér Krisztina, Csibrikné Németh Edina, Csizinszky Rita, Jakab Csaba, Farkas Orsolya és Gálfi Péter: Az oxidatív stressz által előidézett citokin génexpresszió változás IPEC-J2 bélhámsejtekben, TECAN Tudományos Szimpózium Mikrobiológiai Szekció 2012.01.31 Budapest, 2012
Pásztiné Gere E, Szekér K, Csibrikné Németh E, Csizinszky R, Gálfi P: Az oxidatív stressz és a probiotikumok hatása a bélhámsejtek működésére, Magyar Szabadgyök-kutató Társaság VI. Kongresszusa és az MTA Mikroelem Munkabizottság Tudományos Ülése: Előadások és poszterek. Gödöllő, Magyarország, 2011.05.27-2011.05., 2011
Csibrikné Németh E, Pásztiné Gere E, Csizinszky R, Szekér K, Gálfi P: IPEC-J2 sertés bélhámsejtek oxidatív stressz okozta gyulladásának gátlása probiotikus baktériumokkal, Az MSZKT és az MTA Mikroelem Munkabizottság Szabadgyökök és Mikroelemek Miniszimpóziuma. Budapest, Magyarország, 2010.09.17, 2010
A. Jerzsele, K. Szekér, R. Csizinszky, E. Paszti-Gere, Cs. Jakab, JJ. Mallo, P. Galfi: Efficacy of protected sodium butyrate, a protected blend of essential oils, their combination and Bacillus amyloliquefaciens spore suspension against artifically induced necrotic enteritis in broilers, Poultry Science, 2012
