Lactobacillus rhamnosus

Marcin Dzioba

2 minuty

Jest niezwykle wszechstronnym gatunkiem gram-dodatnich pałeczkowatych bakterii, zaliczanych do względnych beztlenowców. Oznacza to, iż potrafi wzrastać zarówno w obecności tlenu, jak i w warunkach beztlenowych. Innymi słowy bakterie te mogą wytwarzać ATP z wykorzystaniem tlenu lub „przełączyć” metabolizm na fermentację.

Lactobacillus rhamnosus – charkterystyka

L. rhamnosus jest zaliczany do bakterii względnie heterofermentatywnych. W zależności od rodzajów dostępnych cukrów produktem końcowym jego metabolizmu może być wyłącznie kwas mlekowy lub mieszanina kwasu mlekowego, octowego i dwutlenku węgla. Zdolności fermentacyjne tego gatunku potwierdza jego powszechna obecność w fermentowanej żywności oraz paszach. Bakterie te z powodzeniem zamieszkują również układy pokarmowy i moczowo-płciowy ludzi oraz zwierząt. Gatunek L. rhamnosus jest filogenetycznie bardzo zróżnicowany, co odzwierciedla procesy ewolucji pozwalające na przystosowanie się bakterii do życia w wybranych warunkach ekologicznych układu pokarmowego, fermentowanej żywności lub w środowisku roślinnym. Obecnie znanych jest ponad 200 szczepów L. rhmanosus, które różnią się cechami związanymi ze wspomnianym mechanizmem przystosowania. Różnice te wynikają głownie z wyposażenia genetycznego pozwalającego na korzystanie z zasobu węglowodanów dostępnych w określonym środowisku, oddziaływania i komunikacji z organizmem żywiciela oraz obrony przed miejscową konkurencją. W konsekwencji tzw. pangenom L. rhamnosusa obok genomu L. plantarum, L. reuteri i L. casei należy do najdłuższych wśród laktobacillusów.

Czym różnią się szczepy Lactobacillus rhamnosus?

Różnice w sposobie korzystania z poszczególnych węglowodanów są wykorzystywane do określania pochodzenia poszczególnych szczepów L. rahamnosusa. Szczepy, które wyewoluowały w środowisku nabiału jako jedyne potrafią wykorzystywać laktozę. Natomiast szczepy przystosowane do środowiska ludzkiego układu pokarmowego metabolizują fukozę, obecną w wydzielanej przez ludzkie komórki mucynie. Podobne różnice obserwujemy w zdolnościach adhezyjnych oraz arsenale środków służących do zwalczania konkurencji. Wśród cech wspólnych szczepów gatunku L. rhamnosus zamieszkujących jelita wymienia się wysoką odporność na sole kwasów żółciowych i ponadprzeciętne zdolności adhezyjne do komórek śluzówki jelit. Szczepy L. rhamnosusa zamieszkujące waginę charakteryzują się równie wysoką odpornością na sole kwasów żółciowych, co wskazuje na ich pochodzenie. W przypadku LGG, czyli najlepiej zbadanego szczepu L. rhamnosus wykazano szereg mechanizmów korzystnego oddziaływania na fizjologię nabłonka jelitowego oraz aktywację i regulację humoralnego układu odpornościowego. Szczególne znaczenie w kontekście zdolności adhezyjnych LGG ma zdolność wytwarzanie specjalnej wypustki (tzw. pili), która niczym kotwica przytwierdza bakterię do błony śluzowe co umożliwia rozpoczęcie formowanie biofilmu.

Jakie właściwości zdrowotne posiada Lactobilus rhamnosus?

Wykazano, iż wszystkie szczepy L. rhamnosusa zamieszkujące jelita dobrze radzą sobie z patogenami takimi, jak: E. coli, Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes, Salmonella.

Istotną cechą L. rhamnosusa w kontekście wykorzystania go w roli probiotyku podczas antybiotykoterapii jest jego odporność na metronidazol i wankomycynę. Do tego dochodzi odporność wszystkich laktobacilusów na aminoglikozydy i ciprofoksacynę. Właściwości te sprawiają, że szczepy tego gatunku są powszechnie wykorzystywane w biegunkach indukowanych antybiotykoterapią u dzieci oraz dorosłych.

Przeglądając badania z wykorzystaniem popularnych szczepów L. rhamnosusa rzucają się w oczy dwa podstawowe pola kompetencji. Jedno dotyczy regulacji układu odpornościowego u dzieci. Wykazano, iż LGG lepiej kolonizuje jelita u noworodków niż u dorosłych oraz że podawany prenatalnie prowadzi do rozwinięcia korzystnego składu mikrobioty zdominowanej przez bifidobakterie u noworodków. Drugie pole kompetencji L. rhamnosusa dotyczy infekcji układu moczowo-płciowego w kobiet wywołanych szczepami z gatunku Gardnerella.

Bibliografia:

Ceapa C, Davids M, Ritari J, Lambert J, Wels M, Douillard FP, Smokvina T, de Vos WM, Knol J, Kleerebezem M. The Variable Regions of Lactobacillus rhamnosus Genomes Reveal the Dynamic Evolution of Metabolic and Host-Adaptation Repertoires. Genome Biol Evol. 2016 Jul 2;8(6):1889-905.
Nissilä E, Douillard FP, Ritari J, Paulin L, Järvinen HM, Rasinkangas P, Haapasalo K, Meri S, Jarva H, de Vos WM. Genotypic and phenotypic diversity of Lactobacillus rhamnosus clinical isolates, their comparison with strain GG and their recognition by complement system. PLoS One. 2017 May 11;12(5):e0176739.
Douillard FP, Ribbera A, Kant R, Pietilä TE, Järvinen HM, Messing M, Randazzo CL, Paulin L, Laine P, Ritari J, Caggia C, Lähteinen T, Brouns SJ, Satokari R, von Ossowski I, Reunanen J, Palva A, de Vos WM. Comparative genomic and functional analysis of 100 Lactobacillus rhamnosus strains and their comparison with strain GG. PLoS Genet. 2013;9(8):e1003683.
Douillard FP, Ribbera A, Kant R, Pietilä TE, Järvinen HM, Messing M, Randazzo CL, Paulin L, Laine P, Ritari J, Caggia C, Lähteinen T, Brouns SJ, Satokari R, von Ossowski I, Reunanen J, Palva A, de Vos WM. Comparative genomic and functional analysis of 100 Lactobacillus rhamnosus strains and their comparison with strain GG. PLoS Genet. 2013;9(8):e1003683.
Douillard FP, Ribbera A, Järvinen HM, Kant R, Pietilä TE, Randazzo C, Paulin L, Laine PK, Caggia C, von Ossowski I, Reunanen J, Satokari R, Salminen S, Palva A, de Vos WM. Comparative genomic and functional analysis of Lactobacillus casei and Lactobacillus rhamnosus strains marketed as probiotics. Appl Environ Microbiol. 2013 Mar;79(6):1923-33.
El Aila N, Tency I, Claeys G, Verstraelen H, Saerens B, et al. (2009) Identification and genotyping of bacteria from paired vaginal and rectal samples from pregnant women indicates similarity between vaginal and rectal microflora. BMC Infect Dis 9: 167.
Kankainen M, Paulin L, Tynkkynen S, von Ossowski I, Reunanen J, Partanen P, Satokari R, Vesterlund S, Hendrickx APA, Lebeer S. et al. Comparative genomic analysis of Lactobacillus rhamnosus GG reveals pili containing a human- mucus binding protein. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009;106:17193–17198.
Anisimova EA, Yarullina DR. Antibiotic Resistance of LACTOBACILLUS Strains. Curr Microbiol. 2019 Dec;76(12):1407-1416.
Kalliomaki M, Salminen S, Arvilommi H, Kero P, Koskinen P, Isolauri E. Probiotics in primary prevention of atopic disease: a randomised placebo-controlled trial. Lancet. 2001;357:1076–1079.
Isolauri E, Joensuu J, Suomalainen H, Luomala M, Vesikari T. Improved immunogenicity of oral D × RRV reassortant rotavirus vaccine by Lactobacillus casei GG. Vaccine. 1995;13:310–312.
Sepp E, Mikelsaar M, Salminen S. Effect of Administration of Lactobacillus-Casei Strain Gg on the Gastrointestinal Microbiota of Newborns. Microbial Ecology in Health and Disease. 1993;6:309–314.
Lahtinen SJ, Boyle RJ, Kivivuori S, Oppedisano F, Smith KR, Robins-Browne R, Salminen SJ, Tang ML. Prenatal probiotic administration can influence Bifidobacterium microbiota development in infants at high risk of allergy. J Allergy Clin Immunol. 2009;123:499–501.
He Y, Na R, Niu X, Xiao B, Yang H. Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus casei Affect Various Stages of Gardnerella Species Biofilm Formation. Front Cell Infect Microbiol. 2021 Feb 19;11:568178.