Probiyotiklerin Sağlığa Etkilerini Anlamada Moleküler Yaklaşımlar
advertisement
Probiyotiklerin Sağlığa Etkilerini Anlamada Moleküler Yaklaşımlar Burcu KAPLAN TÜRKÖZ Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü 0 ∗ Probiyotiklerin tablet, toz ya da gıda ürünleri içerisinde hastalık önleyici ve tedavi amaçla kullanımı günümüzde giderek yaygınlaşmaktadır. Bununla birlikte probiyotik ürünler her bireyde aynı etkiyi göstermemektedir. Probiyotik kullanımı ile insan sağlığı arasındaki ilişkinin tam olarak anlaşılması için yapılan çalışmalar son yıllarda hız kazanmış ve probiyotiklerin bağışıklık sistemini ve epitel hücrelerin kararlılığını düzenledikleri gösterilmiştir. ∗ Bu etkilerin probiyotiklerin hücre duvarı bileşenleri, metabolik ürünleri ve proteinlerinin, insan hücreleri ile iletişim kurabilmesinden kaynaklandığı anlaşılmıştır. ∗ Hücrelerin kaderi (hücre ölümü, bölünmesi, dönüşmesi) protein-protein etkileşimlerine dayalı sinyal iletim sistemleri ile kontrol edilir. Sinyal iletiminde kilit mekanizma proteinprotein etkileşimleridir; farklı proteinlerin bir araya gelmesi hücrenin farklı tepkiler vermesine sebep olur. Patojenler ile yapılan çalışmalardan, bakteriyel proteinlerin insan sinyal iletimlerini düzenleyebildikleri bilinmektedir. Probiyotik proteinlerin de insan proteinleri ve bunların görev aldıkları sinyal iletim sistemlerini etkileyebildikleri düşünülmekte ve bu yönde yapılan moleküler çalışmalar giderek artmaktadır. İnsan hücreleri ile iletişim kuran probiyotik proteinlerin belirlenmesi, probiyotiklerin sağlık üzerindeki etkilerini detaylı olarak anlamamızı sağlayacak ve bu proteinlerin hedefe yönelik kullanımının önünü açacaktır. Bu sunumda probiyotik proteinlerin bağırsak epitel hücreleri ve bağışıklık sistemini etkileme mekanizmaları ile ilgili bilinenler özetlenecek ve gelecekte yapılabilecek çalışmalar tartışılacaktır. 1 Giriş ∗ Probiyotiklerin tablet, toz ya da gıda ürünleri içerisinde hastalık önleyici ve tedavi amaçla kullanımı günümüzde giderek yaygınlaşmaktadır. Bununla birlikte probiyotik ürünler her bireyde aynı etkiyi göstermemektedir. ∗ Probiyotik kullanımı ile insan sağlığı arasındaki ilişkinin tam olarak anlaşılması için yapılan çalışmalar son yıllarda hız kazanmış ve probiyotiklerin bağışıklık sistemini ve epitel hücrelerin kararlılığını düzenledikleri gösterilmiştir. ∗ Bu etkilerin probiyotiklerin hücre duvarı bileşenleri, metabolik ürünleri ve proteinlerinin, insan hücreleri ile iletişim kurabilmesinden kaynaklandığı anlaşılmıştır. ∗ Bu sunumda probiyotik proteinlerin bağırsak epitel hücreleri ve bağışıklık sistemini etkileme mekanizmaları ile ilgili bilinenler özetlenecek ve gelecekte yapılabilecek çalışmalar tartışılacaktır. 2 Mide-bağırsak florası ∗ Bakteriler: ∗ iyiler ∗ kötüler ∗ Mayalar ∗ İnsan hücreleri ∗ Epitel ∗ Bağışıklık 3 Mide-bağırsak florası Lümen Mukus tabakası Epitel hücreler Dinamik ve Etkileşim halinde 4 Johnson, B. R., & Klaenhammer, T. R. (2014). Antonie van Leeuwenhoek, 106(1), 141–56. Probiyotikler 5 https://microbewiki.kenyon.edu Probiyotiklerin bilinen faydaları 1. Patojenlere karşı koruma ∗ Mide-bağırsak enfeksiyonlarında koruma/iyileştirme 6 Probiyotik etki mekanizmaları * besin için yarışma * hücre yüzeyine tutunmak için yarışma *bakteriyosin ve diğer antimikrobiyal maddelerin üretimi Patojenlere Patojenlerekarşı karşıkoruma koruma Bermudez-Brito, M., et al., 2012. Annals of Nutrition & Metabolism, 61(2), 160–74. Probiyotiklerin bilinen faydaları 1. Patojenlere karşı koruma 2. Epitel hücreleri koruma ve güçlendirme 3. Bağışıklık sistemini yönlendirme ∗İnflamatuvar (iltihaplı) bağırsak hastalıkları (IBD) ∗üst solunum yolu enfeksiyonları ∗Kanser ∗Metabolik hastalıklar 8 Probiyotik etki mekanizmaları epitel bariyerin kararlılığı Probiyotikler bağırsak epitel ve bağışıklık sistemi hücreleri ile etkileşim halindedir. Bermudez-Brito, M., et al., 2012. Annals of Nutrition & Metabolism, 61(2), 160–74. Bağışıklık sistemini yönlendirme Probiyotik-insan hücre etkileşimleri 1. Hücre yüzeyi/dışı moleküllerin etkileşimleri 2. Hücre içi molekül etkileşimleri 10 Bakteri hücre yüzey molekülleri G(+) bakteri glikoproteinler Hücre yüzeyi ve salgılanan proteinler teikoik asitler polisakkarit peptidoglikan lipoprotein 11 Lebeer, S et al.,2010 Nature Reviews. Microbiology, 8(3), 171–84. Hücre yüzeyi/dışı moleküllerin etkileşimleri ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ Reseptör: insan hücre yüzeyinde bulunan tanıyıcı proteinler Reseptörler bakteri yüzey moleküllerini tanırlar Hücre içi proteinlere haber verirler Proteinler etkileşerek hücrede değişikliğe yol açar Hücre tepki/ cevap verir. 12 Hücre dışı probiyotik proteinlerin etkileri Probiyotik insan hücre kültürü Üstfaz santrifugasyon Hücre dışı proteinler Hücrenin tepkisi 13 saflaştırma mikroskop biyokimyasal testler Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) ve yüzey proteinleri p40 ve p75 LGG’nin hücre dışı proteinleri p40 ve p75 proteinlerinin hücre dışına salgılandığını gösteren ve molekül ağırlıklarının kDa cinsinden tespit edildiği akrilamid jel görüntüsü (Bäuerl ve ark, 2010) İnsan epitel hücreye etkileri p40 ve p75 proteinlerinin sıkı bağlantılar üzerine hidrojen peroksit etkilerini azalttığını gösteren floresan mikroskop görüntüleri a. Kontrol grubu b. Hidrojen peroksit (H2O2) varlığında c. H2O2 ve p40 proteini varlığında d. H2O2 ve p75 proteini varlığında (Seth ve ark., 2008) p40 ve p75 proteinleri epitel hücreler arası bağlantıları koruyor Hücre içi molekül (protein) etkileşimleri 15 Hücre içi protein etkileşimleri ∗ Bakteri proteinleri insan hücrelerinin içine girebiliyor ∗ Sinyal iletimi sırasındaki protein etkileşimlerini bozarak hücrenin tepkisini değiştirebiliyorlar 16 İnsan benzeri bakteriyal proteinler ∗ Patojenler insan protein etkileşim bölgelerine sahip proteinler üretebiliyor. ∗ Bu sayede olması gereken protein etkileşimlerini engelleyerek bağışıklık sistemi tepkisini azaltabiliyor/ durdurabiliyorlar ∗ Probiyotiklerin de benzer proteinlere sahip olduğu düşünülüyor 17 Probiyotikler ve Sinyal iletimi Etken probiyotik proteinler ? ∗ proinflamatuvar (bağışıklık sistemi uyarılıyor) ∗ anti-inflamatuvar ( bağışıklık sistemi baskılanıyor) ∗ anti-apoptatik (hücre ölümünü18 engelleme) Thomas, C. M., & Versalovic, J. (2010). Gut Microbes, 1(3), 148–63 Omik yaklaşımlar ∗ Bakteri genom veritabanları ∗ Genomdan protein tahmini: DNA protein ∗ Protein amino asit dizisi Probiyotik-konak ilişkisinin fonksiyonel karakterizasyonu 19 Johnson, B. R., & Klaenhammer, T. R. (2014) Antonie van Leeuwenhoek, 106(1), 141–56 İnsan benzeri bakteriyal proteinler ∗ Amino asit dizilerinde protein etkileşim bölgelerinin aranması 20 İnsan benzeri bakteriyal proteinler Proteini kodlayan DNA bölgesinin klonlanması Rekombinant protein üretimi ve saflaştırma Test tüpünde insan-probiyotik protein etkileşimleri Hücre kültüründe etkileri 21 Probiyotik etki gösteren moleküller Molekül Mikroorganizma Bilimsel Kanıt Gözlenen Etki Hücre dışı ve gizlenmis proteinler L. rhamnosus GG GG L. Rhamnosus In vitro and L. casei BL23 BL23 L. casei in vivo Lactocepin L. casei L. casei In vivo Bağırsak iltihabına karşı koruma SlpA L. acidophilus L. Acidophilus NCFM NCFM In vitro Hücreye tutunma Flagellin E. coliNissle Nissle1917 1917 E. coli In vitro Fimbriae Bifidobacterium Bifidobacterium sp.sp. In vitro ve in vivo STp, D1 proteininden L. plantarum L. plantarum In vitro p40 ve p75 Hücre ölümünü önleme Epitel hücre kararlılığını sağlama Antimikrobiyal peptit salgısının artması Kolonizasyon faktörleri ve sitokin üretimi Dendiritik hücre (bağışıklık sistemi hücresi) düzenlemesi Çeşitli mikroorganizmalar probiyotik etkiye yol açan moleküller üretebilmekte ve bu farklı moleküller de hücrede değişik etkilere sebep olabilmektedir. Ruiz, L., et al., (2014). FEMS Microbiology Letters, 359(1), 1–11. Sonuç ∗ İnsan hücreleri ile iletişim kuran probiyotik proteinlerin belirlenmesi, probiyotiklerin sağlık üzerindeki etkilerini detaylı olarak anlamamızı sağlayacak ve bu proteinlerin hedefe yönelik kullanımının önünü açacaktır. KAYNAKLAR ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ Bäuerl, C., Pérez-Martínez, G., Yan, F., Polk, D. B., & Monedero, V. (2010). Functional analysis of the p40 and p75 proteins from Lactobacillus casei BL23. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology, 19(4), 231–41. Bermudez-Brito, M., et al., 2012 Probiotic mechanisms of action. Annals of Nutrition & Metabolism, 61(2), 160–74. Bron, P. a, van Baarlen, P., & Kleerebezem, M. (2012). Emerging molecular insights into the interaction between probiotics and the host intestinal mucosa. Nature Reviews. Microbiology, 10(1), 66–78. Johnson, B. R., & Klaenhammer, T. R. (2014). Impact of genomics on the field of probiotic research: historical perspectives to modern paradigms. Antonie van Leeuwenhoek, 106(1), 141–56. Lebeer, S., Vanderleyden, J., & De Keersmaecker, S. C. J. (2010). Host interactions of probiotic bacterial surface molecules: comparison with commensals and pathogens. Nature Reviews. Microbiology, 8(3), 171–84. Ruiz, L., Hevia, A., Bernardo, D., Margolles, A., & Sánchez, B. (2014). Extracellular molecular effectors mediating probiotic attributes. FEMS Microbiology Letters, 359(1), 1–11. Seth, A., Yan, F., Polk, D. B., & Rao, R. K. (2008). Probiotics ameliorate the hydrogen peroxide-induced epithelial barrier disruption by a PKC- and MAP kinase-dependent mechanism. American Journal of Physiology. Gastrointestinal and Liver Physiology, 294(4), G1060-9. Thomas, C. M., & Versalovic, J. (2010). Probiotics-host communication: Modulation of signaling pathways in the intestine. Gut Microbes, 1(3), 148–63. van Baarlen, P., Wells, J. M., & Kleerebezem, M. (2013). Regulation of intestinal homeostasis and immunity with probiotic lactobacilli. Trends Immunol, 34(5), 208–215. 24 TEŞEKKÜRLER Dicle Akpınar (Yüksek lisans) Ecem GÜN, Ayşegül ALTINAY, Fırat Deniz BOZDAĞ (Bitirme Tezi) 25 Johnson, B. R., & Klaenhammer, T. R. (2014). Antonie van Leeuwenhoek, 106(1), 141–56.
