Εντερική μικροχλωρίδα και προβιοτικοί μικροογρανισμοί στο εδώδιμο χερσαίο σαλιγκάρι Cornu aspersum

Abstract

The gut microbiota is closely linked to the health and performance of organisms, something that receives wide attention from researchers. Gut colonization is extremely important for the morphological and immune status of the gastrointestinal tract. Disruptions in an organism's gut microbiota can have profound consequences, potentially leading to serious and long-term effects. The diversity of the microbiota appears to be a significant indicator of organism health. Disruptions in the microbiota can be caused by genetic and environmental factors and may lead to the development of inflammation and infectious diseases (dysbiosis). Recognizing the immense importance of the gastrointestinal flora for the host has led to the discovery and use of probiotics with the explicit aim of ensuring animal health (anaviosis). Research is primarily focused on vertebrates, resulting in insufficient data regarding invertebrate organisms such as Cornu aspersum snails. The subject of this study is the identification of a potential probiotic strain isolated and identified from the intestinal tract of the Cornu aspersum snail (Müller, 1774), which has the ability to exert beneficial effects on the host through its immunomodulatory action and its ability to maintain gut microbiota. Additionally, the aim of this study is to construct a predictive model for the immunomodulatory action of candidate probiotic strains. Out of the isolated strains, 10 exhibited the ability to overcome the gastrointestinal tract defense, adhere to and interact with the intestinal epithelium, and modify the inherent cellular and chemical responses of the snails. These strains were identified as three species: Lactobacillus plantarum, Leuconostoc pseudomesenteroides, and Lactococcus lactis subsp cremoris. Among them, the bacterial strain Lactococcus lactis subsp cremoris (19A) additionally exhibited the ability to adhere to intestinal mucus, antimicrobial, and immunomodulatory actions after administration via food to snails against the pathogenic strain Listeria monocytogenes (SN3). The pathogenicity of the Listeria monocytogenes strain is characterized by its ability to cause mortality, excessive increase in haemolymph cells, increased production of reactive oxygen species (ROS), enhanced activity of phenoloxidase, and elevated nitrogen concentration. Administration of Lactococcus lactis subsp cremoris, Listeria monocytogenes, and their combination showed that the candidate probiotic helps reduce the impact of the pathogen's pathogenicity, as it decreased mortality and histological alterations, modified the profile of cellular and chemical responses induced by the pathogen, and reduced the damage caused. Furthermore, Lactococcus lactis subsp cremoris aided in maintaining the intestinal microbiota by keeping the abundance levels of the Mycoplasmataceae family stable and preventing the proliferation of opportunistic pathogens from the Enterococcaceae family, while simultaneously increasing the abundance of the Lactococcus genus. These findings suggest that the candidate probiotic Lactococcus lactis subsp cremoris (19A) exerts probiotic and antimicrobial action against the highly pathogenic strain Listeria monocytogenes (SN3) in the Cornu aspersum snail. Finally, a predictive model was constructed for the first time for the occurrence of immunomodulatory action of candidate probiotic strains, using only their ability to exhibit hydrophobicity and autoaggregation. The model demonstrates 88% accuracy and 94% recall.

Το ανθρώπινο μικροβίωμα αναφέρεται στα πολύπλοκα μικροβιακά συστήματα που αποικίζουν διαφορετικές θέσεις στο σώμα μας και επηρεάζουν σημαντικά την ομοιόσταση και τη συνολική υγεία. Οι διαταραχές του μικροβιώματος της γαστρεντερικής οδού ενός οργανισμού, μπορεί να έχουν σημαντικές συνέπειες, ιδιαίτερα σοβαρές ώστε να οδηγήσουν σε σημαντικά και μακροχρόνια επακόλουθα. Η ποικιλομορφία του μικροβιώματος φαινομενικά αποτελεί σημαντικό δείκτη υγείας του οργανισμού. Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι ο προσδιορισμός υποψήφιων προβιοτικών στελεχών που έχουν απομονωθεί και ταυτοποιηθεί από τον εντερικό σωλήνα σαλιγκαριού Cornu aspersum (Müller, 1774), και έχουν την ικανότητα να ασκούν ευεργετική δράση στον ξενιστή μέσω της ανοσοτροποποιητικής τους δράσης και της ικανότητας τους να βελτιώνουν τη δράση και τη σύσταση του μικροβιώματος του εντέρου. Συμπληρωματικά, στόχος της παρούσας εργασίας αποτελεί η κατασκευή προβλεπτικού μοντέλου για την ανοσοτροποποιητική δράση υποψήφιων προβιοτικών στελεχών. Συνολικά 10 από τα 126 στελέχη, εμφάνισαν την ικανότητα να ξεπερνούν την άμυνα του γαστρεντερικού σωλήνα, να προσκολλώνται και να αλληλεπιδρούν με το εντερικό επιθήλιο και να τροποποιούν τις έμφυτες κυτταρικές και χημικές αποκρίσεις των σαλιγκαριών. Τα στελέχη αυτά ταυτοποιήθηκαν σε τρία είδηεκ των οποίων το Lactococcus lactis subsp cremoris (19A), παρουσίασε την ικανότητα προσκόλλησης στον εντερικό βλεννογόνο, αντιβακτηριακή και ανοσοτροποποιητική δράση έπειτα από τη χορήγηση μέσω της τροφής στα σαλιγκάρια, ενάντια του λοιμογόνου στελέχους Listeria monocytogenes (SN3). Η λοιμογονικότητα του SN3 χαρακτηρίζεται από την θνησιμότητα που προκαλούσε και την τροποποίηση των έμφυτων κυτταρικών και χημικών αποκρίσεων του σαλιγκαριού ενώ η χορήγηση του 19A, μείωσε την επίδραση της λοιμογονικότητας του SN3. Η μεταγονιδιωματική ανάλυση του μικροβιώματος των πέντε τμημάτων του πεπτικού σωλήνα του σαλιγκαριού επέδειξε των διαχωρισμό τους με βάση την βακτηριακή τους σύσταση. Η στοματικη μάζα παρουσίασε την μεγαλύτερη διαφοροποίηση στην βακτηριακή της σύσταση ενώ το έντερο την μεγαλύτερη βακτηριακή ποικιλότητα. Η οικογένεια Mycoplasmataceae, με κύριους εκπροσώπους μη καλλιεργήσιμα βακτήρια, βρίσκονταν σε μεγαλύτερη αφθονία σε όλα τα τμήματα κατά μήκος του πεπτικού συτήματος. Η χορήγηση του SN3 μείωσε την αφθονία της οικογένειας Mycoplasmataceae και παράλληλα προκάλεσε αύξηση της οικογένειας Enterococaceae. Αντίθετα, η χορήγηση του 19Α σε συνδυασμό με το στέλεχος SN3 βοήθησε στην διατήρηση της εντερικής μικροχλωρίδας διατηρώντας τα επίπεδα αφθονίας της οικογένειας Mycoplasmataceae και εμποδίζοντας την αύξηση ευκαιριακών παθογόνων της οικογένειας Enterococcaceae, ενώ παράλληλα αύξησε την αφθονία του γένους Lactococcus. Στα απεκκρίματα των ζώων της πειραματικής σειράς του SN3 παρατηρήθηκε αύξηση των βακτηριακών πλυθησμών της οικογένειας Enterobacteriaceae σε σχέση με όλες τις υπόλοιπες πειραματικές σειρές, μια οικογένεια βακτηρίων που σχετίζεται με τη διάσπαση της κυτταρίνης. Επίσης, στην πειραματική σειρά που δόθηκε συνδυαστικά το 19Α και το SN3 η οικογένεια Enterobacteriaceae αν και παρατηρείται αυξημένη σε σχέση με το μάρτυρα τα ποσοστά αφθονίας είναι μειωμένα σε σχέση με την πειραματική σειρά SN3. Συνολικά, το στέλεχος 19Α ασκεί προβιοτική και αντιβακτηριακή δράση έναντι του υπερλοιμογόνου στελέχους SN3 στο Cornu aspersem. Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται συμβάλλουν τόσο στην κατανόηση του τρόπου δράσης των προβιοτικών μικροοργανισμών στο γαστρεντερικό σωλήνα του Cornu aspersum όσο και στη διαδικασία της επιλογής τους μέσω της ανάπτυξης ενός προβλεπτικού μοντέλου για την ικανότητα της ανοσοτροποποιητικής δράσης υποψήφιων προβιοτικών στελεχών.