Probiótico LAB18S: um estudo genômico, proteômico e das interações com os prebióticos e com o microbioma intestinal humano

Abstract

A microbiota intestinal exerce um papel fundamental na saúde humana e o aumento de evidências apoia o papel benéfico dos microrganismos probióticos na manutenção da saúde intestinal. Neste estudo foram abordados estudos ômicos para melhor compreender a interação do probiótico com o hospedeiro. O genoma do probiótico Enterococcus durans LAB18S foi avaliado através do sequenciamento e diversos genes potencialmente associados a propriedades probióticas, tais como capacidade de adesão, viabilidade a pH baixo, tolerância ao sal biliar, atividade antimicrobiana, utilização do substrato prebiótico e genes envolvidos no metabolismo do selênio. A fim de se verificar a relação simbiótica entre prebióticos e probióticos foram avaliadas a capacidade de carboidratos em estimular o crescimento e a diferença na expressão proteica do LAB18S cultivado em FOS, GOS e glicose. A análise proteômica mostrou que tanto FOS quanto GOS foram utilizados como fonte de carbono pela bactéria probiótica, além de estimularem o microrganismo a produzir diferentes proteínas e / ou diferentes níveis de expressão proteica. O isolado LAB18S foi, então, cultivado em condições aeróbias e anaeróbias usando FOS e GOS, a fim de estimar a ação do oxigênio na expressão de proteínas. O proteoma e o secretoma da célula inteira foram analisados e os resultados mostraram que o LAB18S em simbiose com FOS apresentou resultados proteômicos mais promissores. Enzimas clinicamente importantes para o tratamento de câncer, L-asparaginase e arginina desiminase, foram superexpressas quando o isolado foi cultivado em FOS. Além disso, a ausência de oxigênio induziu o probiótico a produzir proteínas relacionadas à multiplicação celular, integridade e resistência da parede celular e desintoxicação. Por fim, a interação das proteínas secretadas pelo probiótico E. durans LAB18S em simbiose com FOS e GOS com o microbioma intestinal humano de um indivíduo saudável foi analisada através de uma cultura ex vivo. A metaproteômica mostrou alterações na expressão proteica do microbioma e os resultados revelaram que as comunidades microbianas mudaram com a presença de diferentes concentrações do secretoma do LAB18S. Esses resultados sugerem que o probiótico em simbiose com os prebióticos possuem efeitos benéficos atuando na modulação das atividades funcionais da microbiota intestinal humana.

Intestinal microbiota plays a key role in human health and the growing evidence supports the beneficial role of probiotic microorganisms in maintaining intestinal health. This study performed omic studies to better understand the interaction of the probiotic with the host. The probiotic genome of Enterococcus durans LAB18S was evaluated by sequencing and several genes potentially associated with probiotic properties, including adhesion capacity, low pH viability, bile salt tolerance, antimicrobial activity and prebiotic substrate utilization were verified, as well as genes involved in selenium metabolism. In order to verify evidence of the symbiotic relationship between prebiotics and probiotics, the ability of carbohydrates to stimulate growth and to evaluate the difference in protein expression of LAB18S grown in FOS, GOS and glucose was evaluated. Proteomic analysis showed that both FOS and GOS were used as carbon sources by probiotic bacteria, besides stimulating the microorganism to produce different proteins and / or different levels of protein expression. LAB18S isolate was then cultivated under aerobic and anaerobic conditions using FOS and GOS in order to evaluate oxygen action on protein expression. The whole cell proteome and secretome were analyzed and the results showed that LAB18S in symbiosis with FOS has more promising proteomic results. Clinically important enzymes for the treatment of cancer, L-asparaginase and arginine deiminase, were overexpressed when the isolate was grown in FOS. In addition, the absence of oxygen induced the probiotic to produce proteins related to cell multiplication, cell wall integrity and resistance, and detoxification. Finally, the interaction of proteins secreted by probiotic E. durans LAB18S in symbiosis with FOS and GOS with the human intestinal microbiome of a healthy individual was analyzed by ex vivo culture. Metaproteomics evaluated changes in protein expression of the microbiome and the results revealed that microbial communities changed with the presence of different concentrations of the LAB18S secretome. These results suggest that probiotic in symbiosis with prebiotics have beneficial effects acting on the modulation of functional activities of the human intestinal microbiota.