Behavior of the Lactobacillus fermentum UCO-979C strain encapsulated in carrageenan for its potential use in a non-dairy probiotic product as a preventive alternative for Helicobacter pylori infection
Comportamiento de la cepa Lactobacillus fermentum UCO-979C encapsulada en carragenina para su uso potencial en un producto probiótico no lácteo como alternativa preventiva para la infección por Helicobacter pylori
Fecha
2019Autor
García-Cancino, Apolinaria del Rosario
UNIVERSIDAD DE CONCEPCION
Institución
Resumen
Helicobacter pylori infection is presently one of the most frequent chronic infectious diseases. Reports of the prevalence of this infection in Chile ranges from 60% to 79%. Most infected individuals remain asymptomatic; nevertheless, between 10 -15% of them develop gastric or duodenal ulcers or adenocarcinoma and a small percentage will develop MALT lymphoma. A number of therapies, based on antibiotics, are presently available but they are associated to problems including the emergence of resistance to the antibiotics used and the adverse effects associated to the treatment, the risk of re-infection and the high cost of the antibiotic therapy. Depending on the population studied, eradication therapies fail in 20 to 80% of the cases. The lack of a vaccine to prevent or eradicate H. pylori infection has encouraged the search for new approaches to deal with this problem. Since H. pylori colonizes the gastric mucosa making use of multiple virulence mechanisms, it is desirable to have prophylactic agents able to avoid or reduce colonization, thus protecting the host. In this scenario, probiotics stand out as an emerging and attractive alternative to handle and to prevent gastrointestinal diseases. Probiotics act directly or indirectly, either modifying the endogenous microbiota or acting as immunomodulators. Foods supplemented with probiotics usually are dairy derivatives and occasionally homemade fermented vegetal products. Food supplemented with probiotics of human gastric origin to prevent H. pylori infection are not presently available in the market. One of the main technological problems to incorporate probiotics as supplements to non-diary foods is the low viability of microorganisms during the processing and storage of food in addition to the effect of enzymes, gastric acidity or the activity of bile salts in the gastrointestinal tract. Altogether, the expected benefit to be provided by probiotics is far from optimal. Encapsulation of bacterial strains, in natural polymers is a practical option to improve the viability of bacteria during production processing and during the passage through the digestive tract. The general aim of this work was to evaluate if carrageenan encapsulation of the probiotic strain Lactobacillus fermentum UCO-979C affected its probiotic properties and anti-H. pylori activity in order to used it, as a supplement for a non-diary probiotic food, as a preventive alternative to the infection by this pathogen. Therefore, carrageenan encapsulated probiotic L. fermentum UCO-979C strain was subjected to stress conditions to test its viability, probiotic properties and anti-H. pylori activity and compared with the same non-encapsulated strain. The antiadherent effect on H. pylori of the probiotic and of carrageenan was tested using cell lines and the prophylactic effect of the probiotic and of the polysaccharide were XII tested using an animal model (Mongolian gerbil). Moreover, the encapsulated and non-encapsulated probiotic was subjected to gastric simulated conditions using a Chilean standard diet, a test not previously done. In vitro results showed that carrageenan encapsulation of L. fermentum UCO-979C did not affected the probiotic properties, anti-H. pylori activity and viability of the probiotic strain and favored its survival under stress conditions such as low pH (3.0), bile salts (3%) and the enzymatic activity of pepsin. The in vivo assays showed that the probiotic and carrageenan mixture reduced, from 3 logs up to render it undetectable, H. pylori colonization in the stomach of Mongolian gerbils. Using simulated gastric conditions, either under fasting or providing a Chilean standard diet, it was shown that the probiotic and carrageenan collaborated to eliminate the pathogenic H. pylori SS1 strain making it undetectable after 1.5 or 2.5 h, respectively. Therefore, it can be concluded the carrageenan encapsulation of L. fermentum UCO-979C did not affected its probiotic properties, that carrageenan also contributed to the anti-H. pylori activity and that the administration of the probiotic under fasting (acidic environment) improves its anti-H. pylori effect when compared to the administration associated to the diet. La infección por Helicobacter pylori es una de las enfermedades infecciosas crónicas más frecuentes en la actualidad. En Chile, reportes de la prevalencia de esta infección varía entre un 60% y 79%. La mayor parte de los sujetos infectados permanecen asintomáticos; sin embargo, entre un 10-15% desarrollan úlcera gástrica o duodenal, otros adenocarcinoma y un porcentaje mínimo linfoma de MALT. Actualmente, numerosas terapias basadas en antibióticos están disponibles. Sin embargo, éstas presentan varios problemas asociados, incluyendo la aparición de resistencia a los antibióticos que se utilizan y los efectos adversos asociados al tratamiento, el riesgo de re-infección y el alto costo de la terapia antibiótica. Las terapias de erradicación con uso de antibióticos fracasan entre un 20 y 80% de los casos, según la población estudiada. El retraso en el desarrollo de una vacuna para prevenir o erradicar la infección ha fomentado la investigación de nuevos enfoques terapéuticos. Dado que H. pylori coloniza la mucosa gástrica y despliega su virulencia a través de múltiples mecanismos, es deseable contar con agentes profilácticos que puedan impedir o reducir la colonización y, por lo tanto, proteger al huésped. Es en este escenario que los probióticos se destacan como una alternativa emergente y atractiva para el manejo y la prevención de las enfermedades gastrointestinales. Los probióticos ejercen su función de una manera directa o indirecta a través de la modificación de la microbiota endógena, o bien realizando un efecto inmunomodulador. Los productos alimenticios suplementados con probióticos son generalmente derivados lácteos y en escasas ocasiones productos naturales como vegetales fermentados en preparaciones caseras, no existiendo en el mercado un producto alimenticio suplementado con cepas probióticas de origen gástrico humano para el manejo preventivo de la infección por H. pylori. Uno de los principales impedimentos tecnológicos involucrados en la incorporación de cepas probióticas en formulaciones alimenticias no lácteas radica en la baja viabilidad de los microorganismos durante el procesamiento y almacenamiento de los alimentos, sumado a la pérdida que normalmente sufren las cepas probióticas debido al efecto de enzímas, acidez gástrica o a la acción de las sales biliares, en su paso por el tracto gastrointestinal, lo que en conjunto, impiden su efecto óptimo. Así, la encapsulación de cepas bacterianas en polímeros naturales es una opción manejable para aumentar la viabilidad de las bacterias durante el proceso productivo y el paso por el tracto digestivo. El presente trabajo tuvo como objetivo general, evaluar el comportamiento de las propiedades probióticas y actividad anti-H. pylori de la cepa Lactobacillus fermentum UCO-979C libre y encapsulada en carragenina para su potencial uso en un producto probiótico no lácteo como alternativa preventiva de la infección por H. pylori. Para lograr lo propuesto se encapsuló la cepa probiótica L. fermentum UCO-979C con carrageninas, y se sometió a condiciones de estrés (pH, sales biliares, enzímas) para comprobar su viabilidad, mantención de propiedades probióticas y actividad anti-H. pylori. Ensayos en línea celular fueron realizados para comprobar el efecto antiadherente de la cepa probiótica y la carragenina y se revisó el efecto profiláctico del consumo del probiótico junto al polisacárido en un modelo animal. Además, se sometió la cepa planctónica y encapsulada a una simulación gástrica, realizada por primera vez para esta cepa con los componentes de una dieta chilena estándar. Los resultados in vitro mostraron que la encapsulación con carragenina no afectó la viabilidad del probiótico y favoreció su supervivencia en condiciones de estrés, como pH bajo (3.0), sales biliares (3%) y actividad enzimática (pepsina). Además, la encapsulación con carragenina no afectó las propiedades probióticas ni la actividad anti-H. pylori de la cepa L. fermentum UCO-979C. Usando el modelo de gerbo de Mongolia, se demostró que la mezcla de probiótico y carragenina reducía la colonización de H. pylori en el estómago del gerbo (reducción de 3 logaritmos o indetectable). Cuando se evaluó el efecto de la cepa probiótica encapsulada con carrageninas, contra la cepa patogénica H. pylori SS1 en condiciones gástricas simuladas (en ayunas o dieta estándar). Las simulaciones mostraron colaboración entre L. fermentum y las carrageninas contra el patógeno, siendo indetectable a 1,5 o 2,5 h, respectivamente. Por lo tanto, se puede concluir que la encapsulación en carragenina de L. fermentum UCO-979C no altera las propiedades del probiótico, la carragenina aporta actividad anti-H. pylori y que la administración del probiótico en ayunas (ambiente ácido) proporciona un mejor efecto anti- H. pylori que administrándolo asociado a la dieta.