Die intestinale Mikrobiota, Magen-Darm …

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Die intestinale Mikrobiota, Magen-Darm ...

Abstrakt

Stichwort: Milchsäurebakterien

die dritte am häufigsten diagnostizierte Krebs in den Vereinigten Staaten nach den Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention (CDC), ist Darmkrebs (CRC). Im Jahr 2005 mehr als 141.000 Amerikaner (72.007 Männer und 69.398 Frauen) wurden mit CRC diagnostiziert. Männer und Frauen hatten signifikant unterschiedliche Inzidenzraten. Schwarze Männer hatten die höchsten Raten (64,9 / 100.000), weiße Männer Sekunde waren (55,4 / 100.000), gefolgt von Hispanic Männer (46,8), Asien / Pacific Islander Männer (40,6) und American Indian / Alaska Native Männer (34,3). Bei den Frauen waren schwarze Frauen die höchstwahrscheinlich im Jahr 2005 mit Darmkrebs diagnostiziert werden (49,4 / 100.000), gefolgt von weißen Frauen (40,8), hispanischen Frauen (33,9), Asien / Pacific Islander Frauen (32,2) und American Indian / Alaska native (24,5) (51). In der Europäischen Union, CRC ist die zweithäufigste Krebserkrankung und die zweite Haupttodesursache bei Männern und Frauen (35).

Die vorliegende Aufsatz fasst die Fortschritte bei der Charakterisierung des menschlichen gastrointestinalen (GI) Mikrobiota, wie die microbiome zur Entwicklung von CRC beitragen könnten, und auf der Grundlage dieser Informationen, wie &# X0201c; zugeschnitten Probiotika&# X0201d; könnte verwendet werden, um spezifische Bakterienpopulationen des GI-Trakts zu modulieren einen äquilibriert microbiota und intestinale Mikro wiederherzustellen, die CRC Verhinderung beitragen.

Colorectal Cancer: Genetik, Ernährung und Lifestyle

CRC wird angenommen, über viele Jahre hinweg in einem mehrstufigen Prozess zu entwickeln, wie die bekannte &# X0201c; Adenom-Karzinom-Sequenz&# X0201d; (273). Frühe Studien zeigten die Beteiligung von APC in FAP (113). Anschließende Untersuchungen zeigten, dass Mutationen in APC werden auch in 63% der sporadischen Adenomen und bis zu 80% der sporadischen kolorektalen Karzinome (146. 179. 208) gefunden. APC ist ein Multidomänen-Protein, das Bindungsstellen für zahlreiche Proteine ​​enthält, einschließlich der Mikrotubuli, die Wnt / Wg Weg Komponenten &# X003b2; -Catenin und axin, die Zytoskelett-Regler EB1 und IQGAP1 und die Rac Guanin-Nukleotid-Austauschfaktor Asef1 (11). APC fungiert als &# X0201c; Pförtner-Gen&# X0201d ;, Aufrechterhaltung geringe Mengen an &# X003b2; -Catenin in Abwesenheit eines Wnt-Signal, wodurch eine übermäßige Zellproliferation zu verhindern. Auf der anderen Seite hat HNPCC verwendet eine alternative Pathogenese Mechanismus zu identifizieren, die beinhaltet &# X0201c; Hausmeister&# X0201d; MMR-Gene verantwortlich für die Erkennung und Reparatur von Single-Basis und größeren Strang Schlupf Mismatches in der DNA-Replikation (65).

Zwar gibt es eine starke genetische Komponente bei der Entwicklung von kolorektalen Adenomen oder CRCs ist, wird allgemein angenommen, dass Umweltfaktoren wie Ernährung und Lebensstil einen großen Einfluss auf Risiko. Lifestyle Aspekte zu einem erhöhten Risiko von CRC im Zusammenhang umfassen Body-Mass-Index (BMI) erhöht, Übergewicht und geringe körperliche Aktivität (128 165). Eine große Anzahl von Nahrungs Verbindungen mit entweder erhöht oder verringert das Risiko von Darmkrebs in Verbindung gebracht worden [siehe Abb. 1. Auf der Grundlage von Bewertungen oder Papiere von Marshall (165); Kolben und Sultan (43); Kim und Kwon (133); Berquin et al. (26); Pool-Zobel und Sauer (207); und Johnson und Lund (128)]. Im Großen und Ganzen erhöhten Risiko von CRC wurde mit hoher Verzehr von rotem und verarbeitetem Fleisch, raffiniertes Getreide, Süßigkeiten und Alkohol, und auf einen niedrigen Verbrauch von Obst und Gemüse (19 215) in Verbindung gebracht.

Dietary Verbindungen im Zusammenhang mit entweder erhöht oder verringert Risiko von Darmkrebs [Basierend auf Bewertungen oder Papiere von Marshall (165), Po und Sultan (43), Kim und Kwon (133), Berquin et al. (26), Pool-Zobel und Sauer (207), und Johnson und Lund ( .

Metabolic Unterschriften der GI Umwelt

Die Darmumgebung einschließlich Darm luminalen Inhalt wird von den kollidierenden Prozesse der Nahrungsaufnahme, der Wirtsabwehr und Host-mikrobiellen Wechselwirkungen definiert. Die GI-Milieu ist sehr variabel zwischen Individuen wegen der inhärenten interindividuelle Unterschiede und Umweltfaktoren, einschließlich Ernährung und Lebensweise. Hochauflösende magischen Winkel (HRMAS) 1 H-NMR-Spektroskopie in Kombination mit orthogonalen Projektion auf latente Struktur-Diskriminanzanalyse Spinnen (O-PLS-DA) wurde vor kurzem zu untersuchen metabolischen Profile der menschlichen Darm-Gewebeproben (276) verwendet. Die typische 1 H Carr-Purcell-Meiboom-Gill HRMAS NMR-Spektren von intakten humanen Biopsien von Antrum, Duodenum, Jejunum, Ileum und Colon transversum zeigte 35 gemeinsame Metaboliten einschließlich Aminosäuren, Carbonsäuren, Pyrimidine, Membrankomponente Metaboliten, Creatin, Glucose , Inosite, Lipiden und Triglyceriden. Diese Metaboliten wurden in den verschiedenen menschlichen GI-Trakt Proben unabhängig von der Entnahmeposition gefunden. Jedoch Variation in den relativen Signalintensitäten angegebenen unterschiedlichen Konzentrationen von Komponenten in verschiedenen Darm Standorten. O-PLS-DA von NMR-Spektren der Proben zeigte, daß 1 ) Gab es in jedem Teil der GI-Trakt Schleimhaut kein Sex Variation; 2 ) Abweichungen zwischen Duodenum und Jejunum waren vernachlässigbar, 3 ) Enthielt das Antrum höhere Cholin, Glykogen, Phosphorylethanolamin, Taurin und acetyl Glycoproteine ​​und geringere Mengen an Aminosäuren, Lipiden, Glucose und Lactat im Vergleich mit anderen gut Regionen; 4 Duodenum und Jejunum) waren ähnlich hinsichtlich ihrer biochemischen Zusammensetzung und waren reich an Cholin, Glutathion, Glycerophosphocholin (GPC), Lipiden und Glycoproteinen enthielt aber relativ geringere Mengen an Acetat, Betain, Glykogen, Inositole und Phosphorylethanolamin; 5 ) War das Ileum reich an Aminosäuren, aber arm an GPC; und 6 ) Die transversale enthaltenen colonic mucosa höhere Acetat, Glutamat, Inosite, Lactat, mit geringeren Mengen an Kreatin, GPC und Taurin (Fig. 2) (276).

Biochemische Zusammensetzung der verschiedenen Magen-Darm-Regionen [Angepasst von Wang et al. (276)].

Eine ähnliche globale biochemische Zusammensetzung der verschiedenen GI-Trakt Regionen wurde für konventionelle und conventionalized Mäuse in einer Studie von Martin et al. (166). Ziel dieser Studie war, die Wirkung der Darmflora auf die biochemische Zusammensetzung von intaktem Gewebe aus herkömmlichen Mäusen conventionalized Mäuse und Mäuse transplantiert mit einer vereinfachten menschlichen Babys microbiota ergänzt mit Probiotika und ergänzt mit Synbiotika erhalten zu untersuchen.

Änderung des GI Umwelt durch CRC

Studien haben gezeigt, dass der Tumor-Mikroumgebung, die Umgebung innerhalb kolorektalen Neoplasien, zu dem normalen Darm signifikant unterscheidet. Der Tumor veränderte Umgebung kann negative Auswirkungen auf die Arzneimittelaufnahme haben und die intrinsische Empfindlichkeit von bösartigen Zellen auf die Behandlung (175. 176). Frühe 1 H NMR-spektroskopische Untersuchungen von Kolontumoren vs. normalen Schleimhautbiopsien zeigten einen signifikanten Anstieg der Konzentration des endogenen Verbindungen, Lactat, Glutamat, Aspartat, Taurin, Spermin, Glutathion und glycerophosphoethanolamine und eine signifikante Abnahme von myo- und scyllo-Inosit (183. 184). Eine aktuelle quantitative Metabolom Profilierung des Darmkrebs-Mikroumgebung von Hirayama et al. (114) bestätigt, erhöhte Konzentrationen der meisten Aminosäuren in Kolontumoren, mit Ausnahme von Glutamin. Zusätzlich verringerte Niveaus von Glukose in Tumorgewebe nachgewiesen wurden, die durch die Tatsache erklärt werden kann, die glykolytische Aktivitäten in Krebszellen erhöhte erschöpfen Glukose in einer hypovaskuläre Mikroumgebung. Diese Tatsache erklärt, auch eine erhöhte Konzentration von Lactat und eine verringerte Konzentration an Pyruvat in Tumorgewebe. Diese Studie auch höhere Ebenen des Tricarbonsäure (TCA) Metaboliten Succinat, Fumarat, Malat und in Tumorproben identifiziert, die den Studien von Chan et al widerspricht. (53) und Denkert et al. (76). Beide Studien berichteten geringere Mengen von Metaboliten des TCA-Zyklus, der früheren Proteom Berichte bestätigen, dass eine gestörte TCA-Zyklus in Kolonkarzinom Gewebe zeigen (6. 27). Chan et al. (53), HR-MAS-NMR unter Verwendung von identifizierten 10 Marker Metaboliten, die normale von Tumorproben getrennt. Lipids, Polyethylenglykol und Glucose wurden in höheren Mengen in normalen Schleimhaut identifiziert Vergleich zu Tumorgewebe, während Cholin-haltigen Verbindungen, Taurin, scyllo-Inosit, Glycin, Phosphoethanolamin, Lactat und phosphocholin auf höheren Ebenen in den CRC-Proben vorhanden waren. Vierundzwanzig weitere Metaboliten wurden in der gleichen Studie durch Gaschromatographie-Massenspektrometrie, von denen nur Fumarat, Malat, Mannose, Galactose, Glucose, 1-Hexadecanol, und Arachidonsäure identifiziert zeigten Niveaus in normalen Schleimhaut im Vergleich zu Tumorproben erhöht. Erhöhte Konzentrationen von Lactat, Phosphat, l glycin, L-prolin, L-phenylalanin, Palmitinsäure, marganic Säure, Ölsäure, Stearinsäure, Uridin, 11,14-Eicosadiensäure, 11-Eicosensäure, 1-O -heptadecylglycerol, 1-monooleoylglycerol, Propyl- -octadecanoat und Cholesterin wurden in Tumorproben (53) gefunden.

Immunüberwachung des GI-Trakts

Weil Menschen und haben ihre Mikrobiota coevolved, ist das menschliche Immunsystem entwickelt, um im Allgemeinen Kommen tolerieren, während die Fähigkeit beibehalten gegen eindringende Krankheitserreger schnell zu mobilisieren. Es überrascht nicht, ist der Darm Immunsystem verschieden in Form und Funktion von anderen Komponenten der menschlichen Immunität, mit der umfassenden Beteiligung der normalen Mikrobiota in einer wirksamen epithelialen Barriere zu erhalten und mit Lymphozyten-Induktion an den Stellen auftreten, während des gesamten GI Lamina propria verbreitet (95) . Die Sperrkapazität des Schleimhautepithels leitet sich von einem ausgedehnten Netz von tight junctions (TJ), die die Epithelzellen zusammen nähen. Pathogene Unterbrechung der TJs kann die Entzündung hervorrufen, die dann verstärkt weiter TJ leakiness, wie gesehen, als darmpathogene Escherichia coli (E coli ) Löst Dephosphorylierung und Verfremdung des TJ-Protein Occludin (247). Toll-like-Rezeptor (TLR) -abhängige Aktivierung von Epithelzellen, Makrophagen und dendritische Zellen (DCs) proximal zur Läsion pathogene initiiert eine Entzündungsreaktion, gekennzeichnet durch Freisetzung von proinflammatorischen Cytokinen einschließlich IL-1&# X003b2 ;, IL-6, IL-8, IL-12, IL-13, IL-17, IL-23, IFN-&# X003b3; und TNF-&# X003b1; dass ausüben weitreichende Auswirkungen auf die Schleimhaut [zum Beispiel IL-13 zusammen mit dem Chemokin CXCL10 induziert epithelialen Zellzyklus (61)] und Immun Effektorzellen rekrutieren. Entzündungssignale werden von tolerogenen Zytokine ausgeglichen, insbesondere IL-10 durch T erzeugtregs orale Toleranz von Lebensmitteln Verbindungen und normale Bakterien Mikrobiota zu fördern.

Eine robuste gut commensal Mikrobiota kann eine wirksame Barriere gegen pathogene Invasion bieten. Darm-Epithelzellen von Mäusen in einer keimfreien Umgebung zeigen erhöhte Spiegel von ATP reduziert, Haupthistokompatibilitätskomplex II und TLR-9 und an eine Lamina propria angebracht, die dünner und weniger Zell ist als in der Regel kolonisierten Mäusen (besprochen in Ref 228.). Zur gleichen Zeit führt der Darmmikrobiota sowohl Entwicklung und Funktion des Darms Immunsystems. Vor Kolonisation sind induktive Standorte sowohl in Anzahl und Größe in den Eingeweiden von keimfreien Tieren reduziert (33). Ebenso sind dimere IgA-Produktion und Effektor-T-Zellzahlen im Dünndarm von keimfreien Tieren reduziert (122 125 182). Wählen Sie Kommen einschließlich Arten Bifidobacterium. Bacteroides. und Lactobacillus wurden verschiedene immunWiederHerstellung Aktivitäten einschließlich der Entwicklung von induktiven Gewebe, die Wiederherstellung von Zahlen, und das Gleichgewicht zwischen den verschiedenen T verknüpftH und TReg Teilmengen (170) und epithelialen Immunfunktionen (2. 49). Zugleich üben Kommensalen proinflammatorische Signale einschließlich der Aktivierung von TLR9 (109. 125) und IL-17 (125).

Die chronische Entzündung wurde CRC verbunden (68. 84. 135. 260). In pathologischen Zuständen wie entzündliche Darmerkrankung (IBD), gibt Homöostase Weg zu einer chronischen Entzündungszustand durch massive Immun Infiltration gekennzeichnet, immunvermittelte Zerstörung des Gewebes und damit verbundenen Störung der epithelialen Funktion und Morphologie. Darmbakterien, wie beispielsweise Bacteroides fragilis und Streptococcus bovis wurden aufgrund ihrer Fähigkeit zur CRC verknüpften Immunzellen zu aktivieren und promitogenic proangiogenic Zytokine wie IL-6 und IL-17 (85 283) freizugeben. Folglich einschließlich IBD Bedingungen Colitis ulcerosa und Morbus Crohn dramatisch ein Risiko des Patienten erhöhen CRC zu entwickeln. Tatsächlich deuten darauf hin, epidemiologische Daten, dass bis zu 15% der menschlichen Krebsinzidenz mit einer Entzündung assoziiert ist (142 161).

Hinweise darauf, dass IBD zumindest teilweise entwickelt sich als Reaktion auf Änderungen in der normalen Mikroflora (dysbiosis) anstatt von pathogenen invasion (170. 203. 234). Zum Beispiel kann die Fülle Faecalibacerium prausnitzii. die proinflammatorischen entzündungshemmende IL-10 gezeigt zu erhöhen und reduzieren wurde TNF-&# X003b1; Ebenen in der Maus Kolon nach der oralen Verabreichung wird in einem erheblichen Prozentsatz der Patienten reduziert an Morbus Crohn leiden, (251). Das dysbiosis Modell von IBD schlägt vor, dass genetische oder Umweltveränderungen Darm-Homöostase und verlagern das mikrobielle Gleichgewicht weg von symbiotische Spezies (die mit bekannten gesundheitsfördernden Effekte) und in Richtung pathobiotic Arten (Organismen mit pathogenen Potenzial so zu verändern, wie Clostridium und Helicobacter dass ansässig sind, aber normalerweise nicht pathogen) (228). Diese Verschiebung wiederum führt zur Induktion einer Entzündungszustand, der chronisch wird und erhöht das Risiko für CRC.

Eine wachsende Zahl von Hinweisen deutet darauf hin, dass Probiotika sowohl die basale verändern und induzierte Zustände der Darmimmunität. Milchsäurebakterien (LAB) Insbesondere wurde gezeigt, DC-Reifung und anschließenden T zu induzierenReg Aktivierung im Darm (83) und auch natürliche Killerzellen-Zytotoxizität und Zytokinsekretion in peripheren mononukleären Blutzellen (74) zu induzieren. Zusätzlich, Lactobacillus sobrius (L. sobrius ) Wurde von epithelialen TJs im Darm zu stabilisieren gezeigt, entgegenzuwirken dem verschließenden Verarmungs verursachte E coli K88 (5). Aktivierung von mesenterischen Lymphknoten-TReg auf Ovalbumin Injektions korreliert mit erhöhten Produktion von IL-10 und Transformationswachstumsfaktor&# X003b2; wenn Ratten wurden vorbehandelt mit L. rhamnosus GG (227). LAB Behandlung der Darmepithel-Zelllinie Caco-2, induziert die Produktion des menschlichen &# X003b2; -Defensin-2 Defensin und hemmt die LPS-induzierte IL-23-Sekretion durch TLR-2-abhängige Signalgebung (200). Schließlich, im Einklang mit ihrer entzündungshemmenden Wirkung auf kultivierte Epithelzellen, einschließlich LAB-Stämme L. casei. L. delbrueckii. und L. acidophilus fed zu Balb / c-Mäuse die Produktion von IgG1 und IL-4 verstärkt, indikativ für eine Th2-dominierten Immunantwort injiziert Ovalbumin (202).

Obwohl probiotische Bakterien Interaktionen mit dem Darm (und systemisch) Immunsystem extrem komplex sind, legen die Daten nahe eindeutig eine modulierende Wirkung auf die Darmentzündung, mit LAB besonders epithelialen TJs Stabilisierung epithelialen Defensin Produktion zu induzieren und induzieren die entzündungshemmende und immunmodulatorische Kapazität von TReg und ihre DCs. Es bleibt noch viel zu bestimmen, wie die einzelnen Modulationen insgesamt gut Gesundheit und Entwicklung auswirken, die Probiotika besondere Wirkungen ausüben, und wie Probiotika können am besten den Darm Immunzustand zu formen verwendet werden.

Die normale Darmflora und die Mikrobiota Verbunden mit CRC

Pathogener commensal Mikrobiota haben einen großen Einfluss auf den normalen GI Physiologie. Sie sorgen für eine effektive Darmschleimhaut Motilität, Wachstum und Immunität sowie Nährstoff Verdauung, Absorption, Angiogenese und Anreicherung der Schleimhautbarriere. Darüber hinaus fördern Bakterien epithelialen Zellproduktion von fukosylierte Glykane Host (auf dem viele Darmbakterien ernähren) (228). Weitere Funktionen der GI Mikrobiota umfassen Energierückgewinnung aus schlecht verwertbaren Nährstoffen, Modifizierung von Gallensäuren (BAs) und die Nahrungsergänzung von zusätzlichen auxotrophen Verbindungen, die nicht über die Nahrung erhalten wie Folsäure und Biotin (129. 268).

Vergleich von SSU rRNA-Sequenzen getrennt von Kolon und Dünndarm Proben. Die phylogenetische Bäume zeigen Klassifizierung von Sequenzen, die von nicht-entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) Kolon isoliert (links ) Und nicht-IBD Dünndarms (Recht ) Proben. .

Eine Reihe von Studien haben die Zusammensetzung des Darms microbiome von gesunden Menschen (212. 267) und dem microbiome Zusammenhang mit IBD (105. 156. 280) und Fettleibigkeit (147. 265. 266) zugeordnet; jedoch Charakterisierung des CRC-assoziierten Darmmikrobiota ist immer noch hinter sich. Recent Tiefsequenzierungsanalyse (250) durchgeführt auf 12 Stuhlproben (6 mit CRC und 6 mit normaler Koloskopie) von 179 Patienten ausgewählt ergab eine Gesamtzahl von 819 Gattungen unter kanzerösen und normalen Proben mit wenigen Variationen zwischen Replikaten verteilt. Ein signifikanter Unterschied zwischen CRC und normalen Proben wurde für die beobachtete Bacteroides /Prevotella Gruppe, mit einer höheren Keimzahlen in Krebsproben. Interessanterweise sind die Ebenen der Bacteroides /Prevotella wurden nicht durch das Alter, BMI, Familiengeschichte, oder die Größe und Lage von Tumoren beeinflusst. Im Gegensatz dazu zeigte eine andere Studie, dass die Zusammensetzung der Mukosa-assoziierten microbiota signifikant zwischen Kolonadenom Fällen unterschieden und Kontrollen, mit erhöhter Fülle Proteo und verringerte Niveaus von Bacteroidetes in Adenom Proben (245). Diese Studie zeigte auch eine höhere Gesamt Vielfalt in Adenom Proben, die vorher für zwei spezifische gezeigt wurde Clostridium Arten, die in einer früheren Studie in Stuhlproben von Patienten mit CRC durchgeführt (236). Eine Kultur abhängige Studie der Mikrobiota von Patienten mit Polypen und CRC identifiziert 15 bakterielle Taxa signifikant mit hohem Risiko von Darmkrebs (einschließlich Arten Bacteroides. Eubacterium. und Bifidobacterium ) Und fünf mit geringem Risiko von Darmkrebs (einschließlich Arten Lactobacillus ) In Japanisch-Hawaiianer, nordamerikanischen Kaukasiern und ländlichen einheimischen japanischen Bevölkerung (181).

Biologische Aktivitäten des Darmmikrobiota Das CRC-Beitragen

Faktoren in der Modulation der intestinalen epithelialen Zellfunktion, die in dem Lumen beteiligt umfassen können diätetische Verbindungen, Produkte von Verdauungssekreten aus Speicheldrüsen, den Magen, Pankreas oder Darm Drüsenzellen, sezerniert regulatorische Peptide und Bestandteile oder Produkte der Mikrobioten ( 77). Es wurde vorgeschlagen, dass ein stationärer Zustand existiert, wobei die Endprodukte des Kohlenhydratstoffwechsels im Darm (Butyrat, Acetat und Propionat) eine vorteilhafte Wirkung, weil sie als colonic Nährstoffe, während die Produkte des Metabolismus von Proteinen (phenolische wirken kann Verbindungen, Amine, Ammoniak, N -Nitrosoverbindungen und Indole) könnte nachteilige Auswirkungen auf den Host (69) aufweisen. Obwohl extreme Dieses Konzept ist interessant, weil sie die Grundlage für die Untersuchung der vorteilhaft gegen schädliche Bakterien und deren Stoffwechselprodukte enthält.

Die Darmflora wurde durch die Produktion toxischer und genotoxisch bakteriellen Metaboliten CRC verknüpft, die Mutationen durch Bindung spezifische Zelloberflächenrezeptoren und beeinflussen die intrazelluläre Signaltransduktion führen kann. Mit keimfrei und gnotobiotischer Technologie, Uronis und Mitarbeiter (270) zeigte kürzlich, dass die Darmflora auf die Entwicklung von Colitis-assoziierten Darmkrebs eine direkte Auswirkung hat. In dieser Studie azoxymethane behandelter Il10 &# X02212; /&# X02212; Mäuse ulcerosa-assoziierten Darmkrebs in Gegenwart entwickeln Bacteroides vulgatus. während keimfreie Mäuse bleiben frei von Krankheiten. Die Anwesenheit von Colitis korreliert direkt mit der Tumor Vielzahl und wirkt als Förderer der CRC. Zusätzlich Unterbrechung der MyD88-Signalisierung, einem Schlüssel-Integrator von mehreren Toll-like-Rezeptoren, verhinderte die Entwicklung von kolorektalen Tumoren in Il10 &# X02212; /&# X02212; Mäuse, eine Rolle der Mikrobiota bei der Auslösung von Darmentzündungen und neoplastischer Veränderungen bei einem anfälligen Wirt anzeigt. In den folgenden Abschnitten vorliegenden bakteriellen Aktivitäten vermutet Metaboliten in kolorektalen Karzinogenese beteiligt zu erzeugen. In Tabelle 3 sind die probiotischen Eigenschaften potentieller Bedeutung in CRC Prävention und die bakteriellen Aktivitäten zuvor zu einem erhöhten Risiko von CRC verknüpft.

Eigenschaften in der Darmkrebs-Prävention und ein erhöhtes Risiko

Sekundäre Gallensalz-Transformationen.

Eine interessante Studie von O’Keefe et al. (192) hob hervor, dass Darmkrebs ist extrem selten in einheimischen afrikanischen Bevölkerung (weniger als 1 / 100.000, verglichen mit 65 / 100.000 in Afro-Amerikaner) und korreliert, um die höhere Inzidenz von Darmkrebs in Afro-Amerikaner mit einer Diät mit hohem Fleisch und tierischen Fetten und mit höheren Grafen von 7&# X003b1; -dehydroxylating Kolonbakterien. Bakterielle Biotransformationen konjugierter BAs beginnen mit Gallensalz-Hydrolasen (BSH), der Leber stamm konjugierten BAs dekonjugieren primären BA zu befreien, Cholsäure (CA), Chenodesoxycholsäure (CDA) und Aminosäuren, die weiter modifiziert werden durch Dehydroxylierung, Dehydrierung, und Sulfatierung. Auf der Grundlage der Zusammensetzung von BA in Kot von gesunden Personen, 7&# X003b1; -dehydroxylation ist quantitativ das wichtigste sekundäre bakterielle Gallensalz Transformation im menschlichen Dickdarm, Desoxycholsäure (DCA) und Lithocholsäure (LCA) (221) ergibt. Hohe Konzentrationen von sekundären BAs in Kot, Blut und Galle wurden Cholesterin Gallstonekrankheit und Darmkrebs (173) verbunden ist. Es gibt beträchtliche experimentelle Hinweise, dass sekundäre BAs, wie DCA, zytotoxische sind Kolonepithelzellen sowie mutagene mit antiapoptotischen Eigenschaften (25). DCA und andere hydrophobe BAs oxidativem Stress durch Erzeugung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die wiederum Ursache oxidative DNA-Schädigung, die teilweise durch die eisenkatalysierte Fenton-Reaktion (31) zu erhöhen, und beeinträchtigen die menschliche Mismatch-Reparatursystem (54) . Figur 4 zeigt eine schematische möglichen Rollen von BA in DNA-Schäden und GI Krebs zu zeigen (25).

Pathway der Induktion von DNA-Schäden und Magen-Darm-Krebs durch Gallensäure (BA). COX-2, die Cyclooxygenase-2. [Von Bernstein et al modifiziert. (25)].

BSHs sind weit verbreitet in den Gattungen verteilt Lactobacillus und Bifidobacterium. Mitglieder der Milchsäurebakterien, von denen die meisten als Probiotika (23). Demgegenüber 7&# X003b1; -dehydroxylation Aktivität ist weit verbreitet in Arten der Gattung Clostridium. einschließlich C. absonum. C. scindens. C. bifermentans. C. limosum. und C. hylemonae (221).

Produktion von Schwefelwasserstoff.

Produktion von Aglykonen.

Glycosidhydrolasen (Glucosidasen, EC 3.2.1.-) sind eine weit verbreitete Gruppe von Enzymen, die die glykosidische Bindung zwischen zwei oder mehr Kohlehydrate oder zwischen einem Kohlenhydrat und einem noncarbohydrate Gruppierung hydrolysieren. Sie entfernen ein Monosaccharid vom nichtreduzierenden Ende ihrer Substrate in jedem katalytischen Zyklus mit Freisetzung von Aglykone (162). McBain und Macfarlane (172) zeigte, dass die meisten der Glucosidase-Aktivitäten mit der Bakterienfraktion von Dick Inhalt assoziiert waren. Ältere Berichte zeigten, dass Cycasin (methylazoxymethanol-&# X003b2; — d -glucoside), ein giftiges Aglykon aus den Nüssen, Wurzeln gelöst und Blätter Cycas circinalis und Cycas revoluta durch die Wirkung von &# X003b2; -glucosidases in der Pflanze oder von der Darmflora produziert, krebserregend war bei Nagern und hat hepatotoxischer, neurotoxische, teratogene und radiomime (imitiert die Wirkung der Strahlung) Eigenschaften (115).

Bakterien- &# X003b2; -glucuronidases.

Die Kolon-mikrobielle Gemeinschaft kann unschädliche Verbindungen in karzinogenen Metaboliten durch eine Reihe von enzymatischen Aktivitäten wandeln, von denen &# X003b2; -glucuronidation die am intensivsten als Biomarker von CRC-Risiko untersucht. Eine Anzahl von Verbindungen, einschließlich Lebensmittel gebildet Karzinogene während des Kochens, Drogen usw. werden in der Leber metabolisiert, konjugiert an Glucuronsäure und in den Dünndarm über den Gallengang (118. 229. 252) ausgeschieden. Sobald diese Komponenten den Darmtrakt zu erreichen, wirken sie als Substrate für die Host- und bakterielle Enzyme. Insbesondere ist die &# X003b2; -Glucuronidase-Aktivität in den GI-Trakt durch Diät und die Zusammensetzung der Mikroflora beeinflusst, da nur einige der Mitglieder der Mikrobioten dieses Enzym besitzen. Eine Studie von 40 Darm-Stämme der phylogenetischen Gruppen Clostridium (Cluster IV, XIVa und XVI), Bifidobacterium sp. und Bacteroides sp. zeigte, dass &# X0223c; 30% des Clostridien aber keiner der Bacteroides und Bifidobacterium Spezies hatte &# X003b2; -Glucuronidase-Aktivität (66). Zusätzlich wurden Stuhlproben von Patienten mit Darmkrebs berichtet signifikant höher zu haben &# X003b2; -Glucuronidase-Aktivität im Vergleich zu gesunden Probanden (132).

Im Hinblick auf die Ernährung, die karzinogenen Eigenschaften von 2-Amino-3-methylimidazo (4,5-f ) Chinolin (IQ), die eine der heterocyclischen Amine gebildet wird, wenn verschiedene Fleisch und Fisch gekocht werden, wurden mit der Anwesenheit der Bakterien direkt korrelierte &# X003b2; -Glucuronidase durch die codierte uid Ein Gen in E coli. In gnotobiotischer Ratten monoassociated mit einem Wildtyp-Stamm E coli (Die das Gen tragen uid A) oder ein Mutantenstamm (mit dem durch Insertion inaktivierten Version des Gens), das Vorhandensein von &# X003b2; -Glucuronidase im Verdauungslumen erhöht dramatisch die Genotoxizität von IQ im Kolon (118). Einige Nahrungsbestandteile wurden mit einer Abnahme in zugehörigen &# X003b2; -Glucuronidase-Aktivität, einschließlich verringerte Nahrungs Oligosaccharid Diät Gehalt in Truthähnen (127) und Hesperetin Supplementierung bei Ratten. Hesperetin ist eine Zitrus Flavonoid, reichlich in Orange und Traubensäfte (12). Allerdings Versuch ein Crossover-Fütterung, die die Wirkung von Obst und Gemüsekonsum in 63 gesunden Frauen und Männer im Alter von 20 bis 40 Jahr untersucht (167) und einer Studie, die die Auswirkungen einer regelmäßigen Verzehr von Joghurt über die Zusammensetzung und den Stoffwechsel des Menschen bewertet Darmmikrobiota zeigte keinen signifikanten Effekt von entweder Obst / Gemüse oder Joghurt auf &# X003b2; -Glucuronidase-Aktivität des Darmmikrobiota (8).

Herstellung von aromatischen Aminen durch Azoreduktasen.

Bakterielle Azoreduktasen metabolisieren eine Reihe von Verbindungen, einschließlich Azo- Farbstoffen und Arzneimitteln (beispielsweise Sulfazalazine, ein Medikament zur Behandlung von entzündlichen Darmerkrankungen) aromatische Amine herzustellen, die karzinogenen Aktivitäten haben kann (106). Wasserlösliche Azo-Farbstoffe werden durch die Darmflora metabolisiert, während wasserunlösliche Azofarbstoffe durch Reduktasen in der Leber metabolisiert werden (58). Azoreduktasen katalysieren die reduktive Spaltung von Azo-Gruppen (-N = N-). Verschiedene Arten von Bakterien Azoreduktasen isoliert und charakterisiert worden. Ihre Größe Bereich variiert von 28 bis 62 kDa; sie können NADH oder NADPH als Elektronendonator verwendet werden kann oder nicht Flavinmononucleotid als Cofaktor erfordern und kann empfindliche (55. 124) aeroben oder Sauerstoff sein. Darmbakterien berichtet azoreductase Aktivität zu haben sind Acidaminococcus fermentans. Enterobacter aerogenes. Bazillus sp. Bacteroides sp. Bacteroides fragilis. B. thetaiotaomicron. Bifidobacterium adolescentis. B. infantis. Butyrivibrio sp.. Citrobacter sp.. Clostridium nexile. C. clostridiiforme. C. paraputrificum. C. ramosum. C. sporogenes. Coprococcus catus. Enterococcus faecalis. E coli. Eubacterium sp. Eubacterium aerofaciens. E. biforme. E. hadrum. Fusobacterium sp. Faecalibacterium prausnitzii. Klebsiella aerogenes. Lactobacillus sp. Lactobacillus catenaforme. Peptococcus prevotii. Peptostreptococcus productus. Pneumokokken sp. Proteus sp. Proteus vulgaris. Pseudo sp. Pseudomonas aeruginosa. P. pyrocyanea. Ruminococcus bromii. Salmonellen paratyphi. S. typhimurium. Shigella dysenteriae (Typ 1), Staphylococcus aureus. Streptococcus faecalis. Enterococcus faecalis. E. faecium. S. haemolyticus. und Veillonella parvula (Übersicht von Chung und Stevens, Ref. 58). Eine neuere Studie bestätigt azoreductase Aktivität in 17 von 40 mikrobiellen Darm-Spezies unter Verwendung von Microarrays. Unter diesen 17 Arten, Clostridium perfringens. Clostridium clostridioforme. Enterococcus faecalis. Ruminococcus obeum. und Bifidobacterium adolescentis die höchste Azofarbstoff-Reduktionsaktivität zeigte (275). Obwohl azoreductase Aktivität mit Krebs verbunden ist, und an die Mitglieder der Darmflora, zeigte eine Studie, dass es keine Korrelation zwischen azoreducer Stämmen von gesunden Erwachsenen gegen Stämme der gleichen Spezies isoliert von Patienten mit Dickdarmkrebs (186) isoliert. Diese Studie unterstreicht die Notwendigkeit für die weitere Charakterisierung von Darmbakterien und ihre Stoffwechselaktivitäten.

Herstellung von aromatischen Aminen durch Nitroreduktasen.

Eine weitere Quelle von aromatischen Aminen ergibt sich aus dem Metabolismus von aromatischen Nitroverbindungen wie dinitro Toluol, Nitrobenzole und nitropyrenes durch Nitroreduktasen. Zwei Arten von bakteriellen Nitroreduktasen wurden auf der Grundlage der Reduktion der Nitrogruppen von polynitroaromatic Verbindungen durch die ein- oder zwei-Elektronen-Mechanismus beschrieben. Typ I Nitroreduktasen sind Sauerstoff-unempfindliche und katalysieren die sequentielle Reduktion der Nitrogruppen durch die Zugabe von Elektronenpaaren von NAD (P) H die Nitroso-, Hydroxylamino- und Amino-Derivate zu erzeugen. Typ II Nitroreduktasen sind sauerstoffempfindlich und katalysieren die Ein-Elektronen-Reduktion der Nitrogruppe mit einer Nitro-Anion steht, zu erzeugen, die aerob auf die ursprüngliche Struktur mit der gleichzeitigen Produktion von Superoxid-Anion in einem vergeblichen Zyklus wieder oxidiert werden können (Übersicht von Roldan et al. Ref. 225). Der Typ I NfsB nitroreductase hat in einem Stamm von beschrieben worden E coli von Jejunum von Ratten isoliert. NfsB katalysiert die Nitroreduktion von nitrobenzodiazepines, die für die Behandlung von Angstzuständen (151) verwendet, sedativ-hypnotische Medikamente. Homologe von NfsB kann in Arten gefunden werden Neisseria. Desulfovibrio. Shigella. Salmonellen. Enterobacter. Citrobacter. Klebsiella. Vibrio. Pseudo. Shewanella. Flavobakterien. und Shigella. Auch ein P -nitrobenzoat Reduktase PnBA, wurde kürzlich dadurch gekennzeichnet, Lactobacillus plantarum WCFS1. Dieses Enzym zeigte geringe Identität mit Nitroreduktasen von Enterobakterien wie E. cloacae. aber Homologe wurden gefunden in Lactococcus lactis. L. gasseri. L. antri. L. sakei. L. fermentum. und L. vaginalis. ua (107). Die Bedeutung und die Rolle der verschiedenen Arten von Nitroreduktasen bei der Erzeugung von karzinogenen Verbindungen können zu diesem Zeitpunkt nicht bewertet werden. Da mehr Darmbakteriengenome sequenziert werden, sollte es möglich sein, zu prüfen, ob es eine Beziehung zwischen bestimmten Nitroreduktasen ist und die Erzeugung von toxischen Verbindungen.

Die Erzeugung von Acetaldehyd.

Der erste Schritt in dem Metabolismus von Ethanol ist die Oxidation zu Acetaldehyd durch Alkohol-Dehydrogenasen (ADH). Acetaldehyd wird dann abgebaut, hauptsächlich Acetat und NADH durch Acetaldehyd Dehydrogenasen (ALDHs). Acetaldehyd ist ein potenter karzinogene Verbindung betrachtet und Alkoholkonsum zu Krebs der Mundhöhle in Verbindung gebracht worden, Rachen, Speiseröhre, Leber, Kolon, Rektum und Brust bei Frauen (29. 238). Menschliche ADHs durch mindestens sieben Gene codiert und umfassen fünf verschiedene Klassen (116). Die verschiedenen Isoenzyme sind unterschiedlich aktiv in verschiedenen Geweben. Eine Studie in Nagetieren nachgewiesen Expression von ADH1, ADH3 und ADH4 sowie ALDH2 in der Schleimhautschicht des GI-Trakts, mit charakteristischen regionalen Unterschieden (279). In Anbetracht des Beitrags von humanem ADHs zu Acetaldehyd Herstellung ist es nicht vollständig möglich mikrobielle Hersteller von Acetaldehyd in den GI-Trakt mit CRC korrelieren. Doch eine Studie von Seitz et al. (239) zeigten, dass der Schleimhaut Acetaldehydkonzentrationen bei Nagern waren signifikant niedriger in keimfrei im Vergleich zu konventionellen Tieren. In der Tat zeigte eine Suche nach Enzymen mit der EC-Nummer 1.1.1.1 (ADH) im Integrierten mikrobieller Genome-Human Microbiome Project (IMG / HMP) System (163), um das Vorhandensein dieser Domäne in der Mehrzahl der kommentierten mikrobieller Genome von GI Ursprung in der Datenbank (125/185) mit mehreren Organismen kodieren, mehr als eine Kopie des Gens. Die Gattungen von GI Ursprungs kodieren mutmaßliche ADHs sind Akkermansia. Anaerofustis. Anaerostipes. Anaerotruncus. Bazillus. Bacteroides. Bifidobacterium. Blautia. Bryantella. Burkholderia. Citrobacter. Clostridiales. Clostridium. Collinsella. Coprococcus. Desulfovibrio. Dorea. Enterobacter. Enterococcus. Escherichia. Eubacterium. Faecalibacterium. Finegoldia. Helicobacter. Klebsiella. Lactobacillus. Laribacter. Leuconostoc. Mitsuokella. Parabacteroides. Prevotella. Proteus. Providencia. Ruminococcus. Streptokokkus. Subdoligranulum. Vibrio. Victivallis. und Yersinia.

Desulfation von BAs.

Die Erzeugung von ROS.

Die Ergebnisse neuerer Studien deuten darauf hin, dass die NADPH-Oxidase (NOX) -Familie, insbesondere NOXS und Dual-Oxidasen (DUOXs), werden in erster Linie durch verschiedene nonphagocytic Zellen bei der Erzeugung von ROS beteiligt sind, einschließlich derjenigen, des Darms Epithelien (224). Oxidativer Stress Schäden Zellkomponenten, einschließlich Proteinen, Lipiden, Membranen und DNA. Arten von DNA-Schäden sind Depurination und depyrimidination, Einzel- und Doppelstrang-DNA-Brüche, Base und Zucker-Modifikationen und DNA-Protein-Vernetzungen. Die permanente Modifikation von DNA aus der oxidativen Schäden, ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Mutagenese beteiligt, die Karzinogenese führt (3). Zusätzlich werden große Mengen von H2 O2 sind durch menschliche Tumorzellen (255) produziert und ausgeschieden werden, einen Mechanismus, der Tumorinvasion und Proliferation verstärken kann. Auf der anderen Seite, weil ROS eine Rolle bei der Förderung von Zellapoptose haben, wirken eine Anzahl von Antikrebsmitteln durch Erzeugen von ROS-induzierte Tumorzelltod (38. 143. 286). Studien haben gezeigt, dass die kommensalen Bakterien in Darmepithelzellen Erzeugung von ROS induziert und dass diese Stoffwechselprodukte wirken als Schlüsselbotenstoffe, die die Proteinabbaumaschinerie mehrere wesentliche Signalkomponenten, die wiederum Einfluss diverse physiologische Prozesse der Wirtszellen einschließlich Zellproliferation und Entzündung zu modulieren (141. 224). Deshalb haben ROS-erzeugenden Enzymsysteme als mögliche Ansätze untersucht sowohl zur Vorbeugung und Behandlung von Krebs (188).

Die Wirksamkeit von Probiotika der LAB in CRC und CRC-Prävention

Das komplexe Zusammenspiel zwischen Ernährung, normalen Darmflora und Gesundheit hat die Entwicklung von Strategien gefördert, die zur selektiven Wachstum von nützlichen Mikroorganismen oder Probiotika ermöglichen. Diese Bakterien sind solche der Bifidobacterium und Lactobacillus Gattungen, die als Marker der Stabilität der normalen menschlichen Darmflora verwendet werden. Probiotika haben Aufmerksamkeit auf sich gezogen sowohl als eine Möglichkeit von Erkrankungen des GI-Trakts, und als Ergebnis ihrer Rolle in der Modulation des Immunsystems (98. 152. 259) zu verwalten. Probiotika sind &# X0201c; lebende Mikroorganismen, die, wenn sie in ausreichenden Mengen verabreicht, einen Nutzen für die Gesundheit auf dem Host verleihen&# X0201d; (219). Die mögliche Rolle von Probiotika hat (99 198) umfassend geprüft worden, und ihre positiven Wirkungen gehören die Stärkung der natürlichen Abwehrmechanismen und Schutz gegen GI-Erkrankungen. Probiotika wurden erfolgreich zu verwalten Säugling Durchfall (56 93), Nahrungsmittelallergien (205) und IBD (32) eingesetzt. Eine Reihe von Publikationen haben die Rolle der Probiotika in Chemo-Prävention von CRC (88. 153. 165) überprüft. Es ist kein allgemeiner Konsens über die Rolle der Probiotika in CRC-Schutz. In vielen Fällen ist dieser Mangel an Übereinstimmung ist aufgrund der Tatsache, dass die Forscher auf Probiotika als Gruppe beziehen, ohne Berücksichtigung 1 ), Ob die probiotischen getesteten besteht aus einem oder mehreren Stämmen, 2 ) Die in der probiotischen Zubereitung sind die Arten, 3 ) Die Vorbereitung des probiotischen Mischung, z.B. der physiologische Zustand der Bakterienkulturen im Moment der Lyophilisierung oder Trocknen, 4 ) Das Alter der probiotischen Zubereitung (war die Vorbereitung kühl und trocken gehalten und vor Licht geschützt?) Und 5 ), Ob die verabreichten Dosen (CFU / ml) waren angemessen und vergleichbar. Es gibt jedoch eine allgemeine Übereinstimmung, dass bestimmte probiotische Stämme nutzbringend metabolischen Aktivitäten beeinflussen können, die im GI-Trakt auftreten und dass sie die Host-Immunantwort zu verbessern. Belege für die Wirkung von Probiotika in der Human- und Tierstudien sowie in-vitro-Studien wird unten dargestellt.

Tierstudien.

Tabelle 1 einen Überblick über die Wirkung von probiotischen Intervention in Tiermodellen von CRC. Chemisch induzierte (autochthonen) Tumoren bei Nagern sind gute Testmodelle betrachtet Ergebnisse zu erhalten übertragbar auf die klinische Situation (10) mit 1,2-Dimethylhydrazin (DMH) ist die häufigste krebserzeugend bei Darmkrebs Induktion verwendet. DMH wird extensiv in vivo metabolisiert und Toxizität für den Stoffwechsel erzeugten reaktiven Intermediaten, wie alkyldiazonium Ionen, Kohlenstoff-zentrierten Radikalen zugeschrieben worden, und ROS (92). Aus den detaillierten Untersuchungen sind in Tabelle 1 können wir in der Regel feststellen, dass die positiven Wirkungen von Probiotika sind Art und Stamm abhängig, und dass die LAB am Leben zu sein. Darüber hinaus legt die Forschung nahe, dass Probiotika effektiver bei der hohen Fett-Diäten sind, eine interessante Tatsache bedenkt, dass CRC zu hohen Konsum von rotem und verarbeitetem Fleisch in Verbindung gebracht wurde und indirekt zu hohen Verbrauch von Fett. Eine deutliche Reduzierung der anomalen Kryptenherden (ACF) wurde vor allem mit prebiotischen und synbiotic Zubereitungen (Nahrungsergänzungsmittel kombiniert Probiotika und Präbiotika) beobachtet; jedoch ist die Wirkung von Probiotika allein nicht so klar. Schließlich wurden günstige Wirkungen beobachtet, wenn Probiotika wurden vor gefüttert und früh während der Karzinogen Behandlung aber nicht später in den Studien.

Wirkung von probiotischen Eingreifen in Tiermodellen von Darmkrebs

Studien an Menschen.

Eine Anzahl von Veröffentlichungen berichten von Vorteil (75. 197) oder nachteilig (100) Wirkungen von Probiotika zur Behandlung oder Vorbeugung Diarrhö induziert durch Krebstherapien raubend. Jedoch ist die Anzahl von klinischen Studien die Verwendung von Probiotika für die Prävention oder Behandlung von CRC denen knapp (Tabelle 2). Mit dem Gesamtziel der Formulierung einer verbesserten Ernährungsberatung beitragen, die EU-geförderten Projekt SYNCAN soll das Potenzial CRC-Prävention Aktivität eines synbiotic Produkt in menschlichen Freiwilligen zu bewerten. Vorläufige in vitro-Studien erste synbiotic Kombinationen bieten die größten Wettbewerbsvorteile im Kolon Ökosystem und gründete die antikarzinogene Wirkung der vielversprechendsten synbiotic Kombination in einem Ratten-Darmkrebs-Modell (207 272) identifiziert. Aus diesen Studien Pool-Zobel et al. (207) geschlossen, dass die Fermentationsprodukte von Inulin-Typ-Fructane durch die Darmflora, insbesondere butyrat und propionat, sind in der Lage zur Inhibierung der Histon-Deacetylasen und das Wachstum von Kolon-Tumorzellen. Trotz dieser Feststellung beteiligten Mechanismen in einem potentiellen Wirkung von Probiotika in Darmkrebs sind noch nicht vollständig charakterisiert.

Klinische Studien von probiotischen Intervention zur Prävention oder Behandlung von Darmkrebs

Planung Tailored Probiotika

Aus den vielen Studien auf dem Gebiet veröffentlichten wir schließen, dass könnte, wenn es dort zu Probiotika kommt, ist kein &# X0201c; one size fits all&# X0201d ;. Die überwiegende Mehrzahl der Studien Probiotika legt eine Rolle für Probiotika hauptsächlich zu verhindern CRC beteiligt sind. Allerdings gibt es Grauzone zwischen Prävention und frühen Stadien der CRC, die aus der Behandlung mit ausgewählten probiotischen Stämmen profitieren könnten. Aus Tierversuchen ist ersichtlich, daß Arten Bifidobacterium und Lactobacillus. speziell B. lactis. B. longum. L. acidophilus. L. casei. und L. rhamnosus haben einen positiven Einfluss auf die Prävention und die Anzahl der ACF bei Mäusen reduziert (siehe Tabelle 1 für Referenzen), während Enterococcus und Lactococcus sind meist unwirksam. Allerdings spezifische Aktivitäten wie Butyratproduktion sind in E. durans (217) und in einer Studie Mäuse-DMH behandelt, die empfangen Katalase-erzeugenden L. lactis hatten ein geringeres Ausmaß der colonic Schädigung und Entzündung (72). Dieses ein Beispiel zeigt, dass es zwei Pfade sein könnte eine vollständige probiotische Wirkung zu erzielen; ist genetisch ein ändern oder mehrere Stämme mehrere vorteilhafte Aktivitäten zu kombinieren und zu schließen. Diese Strategie zeigt auf jeden Fall einige Versprechen, als eine Reihe von Studien gentechnisch veränderten probiotischen Stämme mit positiven Wirkungen gezeigt haben. Eine Phase-I-Studie wurde mit einem geführt Lactococcus lactis Stamm, in dem das Thymidylat-Synthase-Gen wurde mit einem synthetischen Sequenz, die für reifes menschliches Interleukin-10 ersetzt. Zehn Patienten mit Morbus Crohn wurden aufgenommen und zeigten eine Abnahme der Krankheitsaktivität (34). Die Tatsache, daß das rekombinante Bakterium Thymidin erfordert verhindert in der Natur ihrer weiten Verbreitung zu wachsen und stellt eine effektive Eindämmung Strategie. Andere Studien haben gezeigt, dass die Expression des MnSOD gezeigten L. plantarum. L. lactis. und L. gasseri verbesserten probiotischen Stamm Überleben (39. 41) und reduziert ulcerosa Symptome (48). B. breve und Lactococcus lactis zum Ausdruck der Galle Gen aus Listeria monocytogenes Widerstand gegen Galle zeigte erhöht und wurden auch bei deutlich höheren Niveau als Kontrollstämme aus dem Kot und Darm von Mäusen (278) gewonnen. Alternativ kann eine sorgfältig ausgewählte Mischung von Stämmen sein der geeignetere Ansatz, um die Kontroverse gegeben, die sich aus der Verwendung von gentechnisch veränderten Organismen (42. 271) entstehen könnten. Von den Themen in diesem Bericht behandelten wir haben mikrobiellen Eigenschaften mit einer werdenden Wirkung, oder auf andere Weise, in CRC sowie wesentliche Merkmale benötigt von probiotischen Stämme identifiziert im GI-Trakt zu überleben und zu gedeihen.

Das Überleben und die Besiedlung des spezifischen Darm-Mikroumgebung.

Die GI-Trakt hat die doppelte Aufgabe von Nährstoffen und zum Schutz des Körpers vor potenziell schädlichen Mikroorganismen zu absorbieren. Es besitzt eine einzigartige Struktur mit einer massiven Oberfläche, die Absorption und beherbergt auch die größte Anzahl von Immunzellen im Körper (168) erhöht. Diese Merkmale schaffen eine außergewöhnliche Umgebung, die Lage ist, zu hosten und die riesigen menschlichen Darmflora zu gestalten. Es ist nicht verwunderlich, dass die Störung der Darmmilieu durch Krankheit, Ernährung, körperliche Traumata, Antibiotika und andere Mittel eine tiefe Wirkung auf den Wohnsitz Mikroorganismen und kann eine mikrobielle dysbiosis erstellen, die sich negativ auf die allgemeine Gesundheit des Wirts beeinträchtigt.

Säurebeständigkeit.

Chan et al. (53) zeigten, dass tumorigene colon Mikroumgebungen Konzentrationen von Lactat erhöht hatte, Phosphat, l glycin, L-prolin, L-phenylalanin, Palmitinsäure, marganic Säure, Ölsäure, Stearinsäure, Uridin, 11,14-Eicosadiensäure, 11 -eicosenoic Säure, 1-O -heptadecylglycerol, 1-monooleoylglycerol, Propyl- octadecanoat, und Cholesterin. Die hohe Laktatproduktion von bösartigen Zellen wurde bereits 1956 (277) dokumentiert, wenn Warburg einen Energiemangel in normalen Zellen nach der Unterdrückung ihrer Atmung vorgeschlagen, die &# X0201c, zwingt die Zellen, die unwiederbringlich verloren Atmung Energie in irgendeiner Weise zu ersetzen,&# X0201d; wodurch sich der Gärung. Die Produktion von erhöhten Konzentrationen von Lactat bleibt auch in Gegenwart von Sauerstoff, ein Phänomen, gelegentlich genannt &# X0201c; aerobe Glykolyse&# X0201d; oder der &# X0201c; Warburg-Effekt&# X0201d ;. Im Gegenteil ist die Produktion von Laktat verdrängt, und Glykolyse wird durch Umgebungssauerstoff in den meisten normalen Säugetierzellen verlangsamt, was als das bezeichnet wird &# X0201c; Pasteur-Effekt&# X0201d; (274). Folglich Widerstand gegen Laktat ist ein wichtiges Merkmal bei der Auswahl für probiotischen Stämme in einem entzündeten / tumorigene GI-Umgebung ihre Chancen für das Überleben zu erhöhen. Die Mechanismen in der Säurebeständigkeit durch Milchsäurebakterien gehören beteiligt 1 ) Protonenpumpen, von denen die häufigste F sind1 F0 ATPasen; 2 ) Aminosäure-Decarboxylierung Reaktionen, die bei der Bildung von biogenen Aminen führen; und 3 ) Die Urease und Arginindeiminase Wege, die NH produzieren3 dass kombiniert mit Protonen im Zytoplasma NH zu erzeugen,4 +. Anheben des internen pH-Wert (20 64 240). Darüber hinaus haben wir kürzlich gezeigt, dass Superoxiddismutasen, im Widerstand gegen oxidativen Stress beteiligt sind, auch einige Organismen gegen Säure Beanspruchung schützen können (40). Andere Systeme in der Beständigkeit gegenüber sauren Umgebungen beteiligt sind: 1 ) Chaperone, Proteasen und Hitzeschock-Proteine, welche Proteine ​​schützen oder verschlechtern, wenn sie beschädigt; 2 ) DNA-Reparatursysteme, die Fehler oder neu starten, ins Stocken geraten Replikationsgabeln auszuschneiden; 3 Transkriptionsregulatoren), wie etwa Zweikomponenten-Regulationssysteme und &# X003c3; -Faktoren, die kleinere oder globale Antworten induzieren; und 4 ) Quorum-Sensing-driven Ereignisse. Darüber hinaus reagieren Zellen sauren Umgebungen durch Veränderung Architektur, der Zusammensetzung, der Stabilität und Aktivität ihrer Hülle (21. 36. 64. 240).

WIDERSTAND GEGEN oxidativem Stress.

Eine Reihe von Studien haben eine bedeutende Rolle von oxidativem Stress in der Einleitung und das Wachstum von kolorektalen Adenomen und demonstrierte Anpassung der CRC-Zellen gezeigt Spannung (189. 194. 249) zu oxidativem. Folglich Enzyme, die ROS sind wünschenswert in probiotischen Stämme entgiften können. Oxidativer Stress kann verschiedene Arten von Schäden an Bakterienzellen verursachen und hat bakteriostatische und bakterizide Wirkung (90. 287). Obwohl Sauerstoff für sich allein nicht in der Lage ist, eine Beschädigung der Zelle zu verursachen, werden ROS während zellulärer Prozesse erzeugt, wo O2 teilweise zu Wasser reduziert. Diese Zwischenprodukte haben ein hohes Oxidationspotential und somit sind für die zelluläre Sauerstofftoxizität (90). Um die schädlichen Wirkungen von ROS-Offset haben einige LAB Schutzmechanismen entwickelt, die antioxidative Enzyme verwenden, wie Superoxid-Dismutasen und hydroperoxidases (dh Katalasen und Peroxidasen oder kate und KatG), intrazelluläre Enzyme, die Superoxid-Radikale und Wasserstoffperoxid scavenge bzw. Verhütung die Bildung von HO über Fenton-Chemie (87). Im Streptokokkus und Lactococcus die Beseitigung von ROS zu einer allgemeinen bakteriellen antioxidative Abwehrsystem entsprechen, da beide Gattungen besitzen MnSOD (209. 235). Mit wenigen Ausnahmen (70 138), die meisten Laktobazillen fehlt diese allgemeine Abwehrsystem. Einige Lactobacillen Spezies eine alternative nichtenzymatische Abwehrsystem entwickelt, das die Ansammlung von hohen intrazellulären Konzentrationen von Mn (II) beinhaltet, die O scavenge kann2 &# X02212; (13. 14). Darüber hinaus werden die potentiell toxischen Wirkungen des Sauerstoffs zu minimieren, Lactobacillus enthält Enzyme, wie NADH-Oxidasen, NADH-Peroxidasen oder Pyruvat-Oxidasen (102 257) und der Wettbewerbsvorteil von sehr niedrigen Eisenwachstumsbedarf (82 121).

WIDERSTAND GEGEN BILE.

Die Rolle von Gallensäuren als krebserzeugend im GI-Trakt (siehe oben) vor kurzem erkannt wurde. Allerdings sind nicht alle BAs werden als zytotoxisch. Sekundär BAs sind die Produkte bakterieller Dehydroxylierung, Dehydrierung und Sulfatierung oder 7&# X003b1; -dehydroxylation von dekonjugierten Gallensalzen und wurden colorectal Epithelproliferation in Tieren zu stimulieren (9) gezeigt, und in hohen Konzentrationen im Kot, Blut und Galle, haben Cholesterin Gallstonekrankheit und Darmkrebs in Verbindung gebracht worden (173). Eine höhere Umwandlung von primären zu sekundären BAs im GI-Trakt wird durch eine Diät mit hohem rotem Fleisch und Fett (24. 25) stark stimuliert. Ein allgemeiner Mechanismus, durch den sekundären Gallensäuren wirken können tumorigenesis zu fördern ist durch ROS und reaktive Stickstoffspezies (RNS) zu erzeugen, die zu einer erhöhten DNA-Schäden führen kann und dann eine Erhöhung der Mutationsraten (80). Wie oben diskutiert, 7&# X003b1; -dehydroxylation Aktivität vorhanden ist, mehrere Arten der Gattung Clostridium (C. absonum. C. scindens. C. bifermentans. C. limosum. und C. hylemonae ) (221), während BSHs weit in den Gattungen verteilt sind Lactobacillus und Bifidobacterium. Mitglieder der LAB, die meisten davon werden als Probiotika (23 204). Die Bedeutung eines probiotischen Mischung resistent gegen BAs und in der Lage abnehm Darmmikrobiota-vermittelte Erzeugung von Sekundär BAs ist evident.

ADHÄSION.

Die Fähigkeit von Probiotika GI Schleim zu haften ist von beträchtlicher Bedeutung in ihrer Fähigkeit, eine modulierende Wirkung in situ auszuüben. Außerdem natürlich Klebstoff Stämme sind von Bedeutung für die kontinuierliche Herstellung von Probiotika Biofilm-Technologie (siehe unten). Mucus Adhärenz wurde in verschiedenen Stämmen von probiotischen LAB (22. 131. 256), und hat gezeigt, ein breites Repertoire von proteinischen und nicht-proteinartiges Oberflächenkomponenten beteiligt Adhäsion an Epithelzellen durch passive oder sterische Kräfte und elektrostatische und hydrophobe Wechselwirkungen umfassend untersucht. Zu diesen Komponenten gehören Lipoteichonsäuren und spezifische Strukturen wie externe Anhängsel von Lektine bedeckt (beschrieben in Ref. 241). Die Haftung von probiotischen Bakterien an Epithelzellen wurde die Einrichtung von Krankheitserregern zu verhindern gezeigt; jedoch Haftung per se garantiert nicht Persistenz im GI-Trakt (150). Mehrere Studien, die LAB unterschiedlicher Herkunft gekennzeichnet haben gezeigt, dass die Fähigkeit, an Epithelzellen zu haften ist Stamm abhängig. Die humanen Zelllinien Caco-2 und einem Schleim absondernden Derivat (HT29-MTX-Zellen) wurden ausgiebig gewesen und erfolgreich eingesetzt anhaftenden Stämme zu identifizieren (47. 62. 63. 199. 232. 233).

Competitive exclusion.

Wie oben erwähnt, kann probiotischen Stämme mit Klebeigenschaften konkurrieren und Etablierung von pathogenen Bakterien durch competitive exclusion verhindern. Obwohl die Mechanismen, durch welche Probiotika pathogene Aktivität hemmen nicht vollständig bekannt ist, wurde gezeigt, dass sie über eine bloße physikalische Barriere geht. Resta-Lenert und Barret (220) zeigten, dass die Exposition von Zellmonolayern zu leben, aber nicht inaktiviert probiotischen Wärme S. thermophilus und L. acidophilus Stämme deutlich begrenzte Haftung, Invasion und physiologischen durch Einwirkung eines enteroinvasiver verformungsinduzierte Dysfunktion E coli. Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, mehrere proteinhaltiges und nichtproteinöse Oberflächenkomponenten wurden in der Haftung beteiligt an Epithelzellen (Referenzen siehe oben). Die probiotischen Stämme erhöht transepithelialen Widerstand, der durch die Aufrechterhaltung des (Aktin, zonulin-1) oder verstärkt (actinin, Occludin) Phosphorylierung von Zytoskelett und TJ-Proteine ​​begleitet wurde. Ein ähnlicher Effekt wurde für einen probiotischen Stamm nachgewiesen L. plantarum. die hatte eine Schutzwirkung gegen eine Beschädigung der Integrität der Caco-2-Monoschichten und die Struktur und die Verteilung der TJ-Proteine ​​durch enteroinvasive E coli (211). Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Mechanismus der competitive exclusion, haben Studien gezeigt, dass spezifische probiotischen Stämme Schleimsekretion fördern können. Da die Schleimschicht ist die erste Verteidigungslinie gegen Pathogene können erhöhten Schleim Dicke in Fällen vorteilhaft sein, wenn die Schleimschicht als Folge einer Entzündung oder Erkrankung (193) beeinträchtigt wurde.

Aktivitäten, die Erzeugung von mutagenen oder genotoxischen Verbindungen reduzieren.

Eine Rolle für die comensal Darmmikrobiota bei der Erzeugung von mutagen, karzinogen und / oder genotoxisch Verbindungen im GI-Trakt hergestellt wurde (siehe Die normale Darmflora und die Mikrobiota Verbunden mit CRC ). Im Gegensatz dazu haben einige commensal und probiomic Bakterien das Potenzial, solche Verbindungen zu reduzieren und kann das Krebsrisiko (112 149) über enzymatische Aktivitäten verringern, die bioaktive Moleküle wie kurzkettige Fettsäuren produzieren, die die Endprodukte der Kohlenhydrat-Fermentation sind (speziell resistente Stärken und Ballaststoffe) durch anaerobe Bakterien. Fecal Konzentrationen verschiedener kurzkettigen Fettsäuren schließen Acetat &# X0003e; propionat &# X0003e; butyrat in einem Molverhältnis von &# X0223c; 60: 20: 20, bzw. (262). Butyrat hat als der wichtigste Nährstoff für Colonocyten angesehen worden und hat auch eine wichtige Rolle bei der Regulation der Zellproliferation und Differenzierung (in Ref überprüft. 281). Butyrat wird hauptsächlich im proximalen Kolon hergestellt, wobei die Substratverfügbarkeit höher ist, und damit dieser Bereich des Kolons hat einen niedrigeren pH-Wert, der signifikant ist, da der untere pH diese Region mit den mehreren säurebeständigen LAB-Stämme anreichert. Eine Reihe von Studien haben gezeigt, dass Butyrat die Zellproliferation menschlichen Kolonkarzinom hemmt und induziert Apoptose in menschlichen Dickdarmkarzinomzellen (79. 195. 231). Zusätzlich besitzt Butyrat möglich antikarzinogene Wirkungen durch den COX-2-Expression in HT-29 und in Caco-2-Zelllinien zu unterdrücken (190. 261) und die Förderung der Expression von Differenzierungsmarkern, wie beispielsweise der alkalischen Phosphatase in Kolon-Zelllinien (78. 196) . Butyrat induziert auch Ausdruck der des Host-Glutathion-S-Transferase (GST) und andere Stressantwortgene (vor kurzem in Ref überprüft. 237). GSTs katalysieren die Reaktion zwischen Glutathion und lipophilen Verbindungen mit elektrophilen Zentren, die auf die Deaktivierung toxischer Verbindungen führt, Xenobiotika, und Produkte des oxidativen Stresses (81). Bakterielle Wege der Butyratproduktion charakterisiert wurden in Clostridium acetobutylicum. ein solventogenic Bakterien von technologischer Bedeutung, und in jüngerer Zeit in Butyrivibrio fibrisolvens. ein Butyrat Hersteller, der im GI-Trakt von Menschen, Hunden und Katzen (16 17) gefunden wurde. Der Weg für die Butyratproduktion umfasst zwei Phasen; Acetyl-CoA die ersten Konvertiten zu Butyryl-CoA und erfordert vier Enzyme, Thiolase, &# X003b2; -hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase, Crotonase und Butyryl-CoA-Dehydrogenase. Anschließend wird Butyryl-CoA in Butyrat über zwei alternative Mechanismen umgewandelt, entweder eine phosphotransbutyrylase und Butyrat-Kinase convert Butyryl-CoA mit der Zwischen Bildung von Butyryl-Phosphat oder einem Butyryl-CoA zu Butyrat: Acetat-CoA-Transferase überträgt die CoA-Einheit an externe Acetat, das Acetyl-CoA und Butyrat Leitungen (177. 185) zur Bildung von. Unter LAB wurden keine Butyrat Produzenten in den Gattungen isoliert Lactobacillus ; jedoch Genomsequenzierung von probiotischen Lactobacilli-Stämme wurde die Anwesenheit des Gens Butyrat kinase gezeigt in L. casei (46 169). Zusätzlich Isolat eine bakterielle Darm identifiziert als Enterococcus durans wurde Butyrat (217) gezeigt werden, zu synthetisieren und zu sezernieren. Andere bioaktiven Verbindungen mit krebsvorbeugende durch mikrobielle Enzyme erzeugt Eigenschaften sind equol (von der Haupt isoflavin in Soja, Daidzein erzeugt, siehe oben) und konjugierte Linolsäuren (vor kurzem überprüft in Ref. 69).

BSHs dekonjugieren Gallensalze durch die enzymatische Hydrolyse des C-24 N -Acyl Amidbindung Gallensäuren in ihre Aminosäure-Konjugate verbindet. Sie sind in der choloylglycine Hydrolase Familie (EC 3.5.1.24) und sind in gut mikrobielle Spezies (siehe oben) weit verbreitet. Die Anwesenheit dieses Enzyms wird mit einer Resistenz gegen Galle in den GI-Trakt korreliert und daher Persistenz und Aktivität von Probiotika in situ obwohl einige Autoren die vorteilhaften Wirkungen von bakterieller BSHs auf dem Host in Frage gestellt (23. 201).

Wahrscheinlich die wichtigste bakterielle mit Krebsprävention korreliert Enzyme sind diejenigen, die mit antioxidativer Aktivitäten, weil es weitgehend, dass die Exposition gegenüber ROS, RNS oder reaktive Lipidperoxidationsprodukten Schäden zelluläre DNA, wodurch onkogene Mutationen oder epigenetische Veränderungen (189) bewiesen wurde. Daher sind sowohl Persistenz des probiotischen Bakterien beteiligt antioxidativer Enzyme in GI-Trakt (siehe Beständigkeit gegen oxidativen Stress) und Verhinderung von DNA-Schäden, die durch Produkte des oxidativen Stoffwechsel. In dieser Hinsicht haben Studien zeigten entzündungshemmenden Eigenschaften von Lactobacillus gasseri. L. plantarum. und L. lactis exprimierenden Mangan Superoxid-Dismutase, die Interleukin 10-defizienten Maus oder Sulfonsäure Rattenmodellen von Colitis (48 110) Trinitrobenzol.

Obwohl spezifische Aglykone in Mäusen als krebserregend sind berichtet worden (siehe Die Produktion von Aglykone ), Equol [7-hydroxy-3- (4&# X02032; -hydroxyphenyl) chroman] ist ein Beispiel für gesundheitsfördernden Aglykon. Es wird von der Mikrobioten in Reaktion auf Soja Isoflavonaufnahme in einige, aber nicht alle Menschen und weist ein breites Spektrum an biologischen Eigenschaften (126 242) erzeugt. In Sojabohnen und nonfermented Sojaprodukte, Daidzein (eine der wichtigsten Isoflavonoide) tritt nur in kleinen Mengen als Aglykon (weniger als 5% der gesamten Daidzein), während der Rest hauptsächlich aus nicht-resorbierbaren, biologisch inaktive Glykoside, acetylglycosides oder malonylglycosides gebildet wird ( 243). Nach der Einnahme sind malonyglycosides im Dünndarm teilweise hydrolysierten, aber ein beträchtlicher Teil der Isoflavonoide erreicht den Dickdarm durch spezifische Bakteriengruppen metabolisiert werden. Die bioaktive Verbindung equol, Aglykon von Daidzein abgeleitet (4&# X02032;, 7-dihydroxyisoflavone) ausschließlich durch bakterielle enzymatische Aktivitäten im Kolon, ist gefunden worden, antiandrogene Aktivitäten aufweisen, Hemmen Prostatakrebsentwicklung (155). Im Gegensatz dazu berichtet eine neue Studie, dass eine frühzeitige Exposition gegen equol bei Mäusen nicht gegen Brusttumoren durch 7,12-dimethylbenz (a) anthracen obwohl für R induzierte chemopräventive wurde — (+) Equol ein Trend Bildung zu verzögern Tumor war (37). Es ist nicht klar, welche Bakterienarten in equol Produktion im Darm beteiligt sind. Eine Studie identifiziert eine gemischte mikrobielle Kultur, bestehend aus Enterococcus faecium. Lactobacillus Schleimhäuten. Finegoldia magna. und Veillonella sp. (73) und, in jüngster Zeit eine neue Art der Gattung Eggerthella (285) als Equol Produzenten. Ein weiteres Beispiel für Aglycone mit potentiellen Antitumoraktivitäten ist Resveratrol-Aglykon, das die Anzahl der aberranten kryptischen Foci / Maus in CF-1-Mäuse (134) reduziert. In Tabelle 3 sind die probiotischen Eigenschaften potentieller Bedeutung in CRC Prävention und die bakteriellen Aktivitäten zuvor zu einem erhöhten Risiko von CRC verknüpft.

Herstellung von Probiotika: das Überleben und die Wirksamkeit von Stämmen verbessert wird.

Zusätzlich zu wünschenswerten metabolischen Eigenschaften, probiotischen Stämme oder Gemische von Stämmen, sollten auch für eine hohe Stabilität, die Lebensfähigkeit ausgewählt werden, und das Überleben zu gewährleisten, dass eine ausreichende Anzahl von lebensfähigen Bakterien wird den GI-Trakt (108) erreichen. Die Verbesserung der probiotischen das Überleben der Zellen während des Produktionsprozesses selbst ist auch wichtig, um die Unsicherheit und Variabilität in probiotischen Lebensfähigkeit und zur Verbesserung der Konsistenz in biologischen Wirkungen zu reduzieren. Es ist auch wichtig, die Dosis von Probiotika zu definieren, die zumindest eine vorübergehende Modifikation des homöostatischen Gleichgewichts der Darmflora garantiert. Variablen wie Stamm Lebensfähigkeit, assoziiert Stämme, Überleben im GI-Trakt, und Wechselwirkungen mit anderen Bakterien und mit dem Host muss während der experimentellen Entwicklung und Validierung von probiotischen Mischungen beurteilt werden, während die Dosis eine Funktion des probiotischen Verhalten nach Beurteilung zu verabreichen wird der genannten Variablen. Traditionell wurde die Produktionsansatz zu erzeugen Starterkulturen gewesen, einen spezifischen physiologischen Zustand der Stämme zu steuern und zu warten. Der physiologische Zustand Konzept wurde von Malek (160) eingeführt und wird seit Jahrzehnten diskutiert. Heutzutage ist es, dass Begriffe akzeptiert &# X0201c, junge Zellen&# X0201d ;, &# X0201c, alte Zellen&# X0201d ;, &# X0201c; Midlog Phase-Zellen&# X0201d ;, und &# X0201c; stationären Phase Zellen&# X0201d; nicht angemessen, das Alter von Bakterienkulturen definieren, da das Alter der Zellen nur in Bezug auf ihre inhärente Raten der Zellteilung definiert werden. Das Alter von Bakterienkulturen während Batch-Kultivierung kann nicht die Umweltbedingungen sind stets vorübergehend gesteuert, und folglich werden. Ein verbesserter Ansatz Probiotika zu studieren und zu produzieren, ist eindeutig durch ihre physiologischen Zustand zu steuern Stämme in kontinuierlichen System unter stationären oder pseudo stationären Bedingungen wachsen. In diesem Zustand werden Zellteilungsraten konstant gehalten, was die Untersuchung spezifischer Wachstumsbedingungen in einem Umweltgleichgewicht ermöglicht. Daher müssen kontinuierliche offene Kultursystemen für die Produktion von Probiotika ausgewählt werden, um Variationen in der biologischen Leistung zu eliminieren. Kontinuierliche offene Kultursysteme umfassen Biofilm operativen Systeme, die stärker das natürliche Verhalten von Bakterienstämmen zu reproduzieren. Biofilmbildung ist ein natürlicher Prozess, in dem mikrobielle Zellen von einzelnen oder mehreren Spezies adsorbieren, ohne Chemikalien oder Polymeren zu unterstützen, um die Bakterien einzufangen. Mikrobielle Biofilme normalerweise aufweisen Muster modifizierte Wachstumsrate und der Genexpression und ihre Physiologie und Architektur ausführlich besprochen worden (67 136 144).

GI in vitro-Systemen neue Probiotika zu bewerten.

Der Prozess neue probiotische Alternativen zur Validierung wachsenden Pathologien zu westlichen Ernährung umfasst präklinische Einschätzungen zu managen (biochemische und zelluläre Assays) und Tiertoxizitätstests vor der Validierung in klinischen Studien am Menschen. Eine wachsende Zahl von vielversprechenden probiotischen Kandidaten scheitern in der Phase III der klinischen Studien, die die Notwendigkeit für eine bessere Methode unterstreicht die Absorption, Verteilung (Stabilität oder Lebensfähigkeit bei lebenden Bakterien), Stoffwechsel, Ausscheidung und Toxizität (ADMET) genau zu bewerten, von neue probiotische Kandidaten früh im Validierungsprozess (4). Zwei vorläufige Methoden häufig verwendet, um die toxikologischen und pharmakologischen Profile von potenziellen Wirkstoffen zu bestimmen, sind in vitro-Zellkulturen und Tiermodellen. Einzelzelltyp Monolayer-Zellkulturen können nicht die systemischen Veränderungen durch die Verbindung von Interesse und seine Metaboliten verursacht messen und Tierversuche kann Monate dauern und große Mengen des Produkts benötigen. Neue Test-Tools wie Biotests, Computer-Modellierungstechniken, Biomarkern und validierten Surrogatendpunkte sind erforderlich, Validierung neuer probiotischer Stämme oder eine Kombination von Stämmen zu verbessern und eine frühere Beendigung der unwirksamen Vorbereitungen zu ermöglichen und dadurch Forschungskosten zu senken.

Traditionell Modelle Maus Darm und genetische Intervention Knockout Mausmodelle der Ansatz der Wahl haben erzeugen, um die physiologischen Eigenschaften von Probiotika in vivo (Tabelle 1) zu testen und zu validieren. Zunehmende Hinweise darauf, dass die Mikrobiota helfen, ein gesundes GI Homöostase wurde von Studien in keimfreien Nagetiere abgeleitet. Diese Modelle haben klar gezeigt, dass, in Abwesenheit eines Darmflora, intestinale Motilität gestört wird, und auch, dass die Normalisierung der Bewegungsmuster nicht mit allen Arten der Darmflora auftreten. Diese Studien haben auch das Konzept der Spezies-Spezifität eingeführt, was zeigt, dass die Auswirkungen auf die Darmfunktion mit einer bakteriellen Spezies erhalten wird, kann nicht auf eine andere (45 119) hochgerechnet werden. Aktuelle Transplantationsexperimente keimfreie Maus Empfänger von Mikrobiota von fettleibigen oder schlanken Mäusen demonstriert den klaren Einfluss der microbiome Populationen auf dem Host Fettleibigkeit. Diese Pionierstudie bestätigt, wie verschiedene Energy-Harvesting-Fähigkeiten der angepassten Mikrobiota Nahrung Assimilation durch den Wirt beeinflussen können (264). Nach diesem Ansatz sollten wir in der Lage sein mikrobiellen Populationen auf Umweltgifte angepasst um mehr zu erfahren, bestimmte Diäten, usw. Novel in vitro-Modellen der Lage sein sollten, um genau die ADMET Schritte für neue probiotische Kandidaten frühzeitig in den Entwicklungsprozess zu bewerten, so dass Forscher zu reduzieren Kosten und ethische Bedenken, wenn Merkmale Screening, die Host-unabhängige und replizierbar in vitro. In vitro-Systeme können die physiologischen Prozesse der Darmwand, beispielsweise aktiv oder erleichterten Transport und lokale zelluläre und humorale Immunsystem und Rückkopplungsmechanismen nicht vollständig simulieren. Allerdings sind sie wesentlich besser die Eigenschaften der einzelnen Mitglieder des microbiome verstehen sowie die molekulare Basis der Wechselwirkung zwischen Mikroorganismen und praktische Anwendungen zu untersuchen. Folglich die intestinale Mikrobiota als Ökosystem zu untersuchen, wurden mehrere in-vitro-Systemen entwickelt worden. Beispiele für solche Modelle sind die einzigen Bioreaktor GI-Trakt simulator, das Human Intestinal Microbial Ökosystem (Shime) (180. 222. 254), ein Drei-Stufen-Doppelpunkt-Modell (157), eine halb vierkanaligen colon Simulators (158. 159) und eine in vitro Zellkultur-Mikro analog des GI-Trakts (171). Andere in vitro-Systeme entwickelt, die Darmflora zu untersuchen sind die Mehrkammer, dynamisch, computergesteuerte Systeme, die den menschlichen GI-Trakt, TIM-1 (178) und Dickdarmsystem TIM-2 (28 178) zu simulieren, die verwendet wurden Dosierungs spezifische Arzneiformen für Kolon oder rektale Abgabe und die Wirkung des Komplexes microbiota auf die Stabilität der Arzneimittelverbindungen zu untersuchen.

Schlussfolgerungen

Die Bakterien, die mit dem menschlichen Körper zahlreicher als unsere eigenen Zellen um mindestens eine Größenordnung, und die meisten liegen innerhalb unserer GI-Trakt. Der GI Mikrobiota ermöglicht es uns, uns vor Krankheitserregern zu schützen und zu verdauen Nährstoffe, aber es ist auch in der menschlichen Anfälligkeit für Krankheiten einschließlich der Gefahr von CRC gebracht. Die schnelle Entwicklung der &# X0201c; omics&# X0201d; Technologien beginnt Forscher die Informationen benötigt, um die immense bakterielle Ökosystem zu modulieren, indem sie eine sorgfältig ausgewählte Mischung von nützlichen Organismen in der Lage zu überleben, Ausdauer und Lieferung einer breiten Palette von bioaktiven Verbindungen einzuführen. Sicherlich sind die positiven Wirkungen von Probiotika, die stark beeinflusst werden durch unsere individuellen und vielfältigen genetischen Make-up und Umgebung, einschließlich Ernährung, sind seit langem diskutiert, weil der Forschung in Konflikt. Allerdings wird gegenwärtigen und zukünftigen Studien helfen, diese Hindernisse zu überwinden, die Entwicklung zu ermöglichen und eine strengere Prüfung von Probiotika als natürlicher und weniger störend Behandlungen CRC und anderen GI-bezogenen Malignitäten zu verhindern.

OFFENLEGUNG

Keine Interessenkonflikte, finanzielle oder sonstige, werden von den Autoren erklärt.

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