Ученые обнаружили, что доля лактобацилл в микробиоме носоглотки здоровых людей значительно выше, чем у людей с хроническим риносинуситом. Один из штаммов лактобацилл, выделенных из носоглотки здоровых людей, ингибировал рост патобионтов и снижал воспалительный ответ эпителиальных клеток in vitro. Это позволяет рассматривать его в качестве основы для специализированного пробиотика.
Большинство исследований микробиома верхних дыхательных путей человека имеет описательный характер. Роль отдельных компонентов микробного сообщества в подержании гомеостаза или в развитии заболеваний верхнего отдела респираторного тракта изучена недостаточно хорошо. Лактобациллы — это грамположительные микроаэрофильные бактерии, обнаруженные в различных нишах человеческого организма и использующиеся в качестве пробиотиков при расстройствах желудочно-кишечного тракта. Группа ученых из Бельгии проверила, оказывают ли лактобациллы положительный эффект также и на верхние дыхательные пути.
С помощью анализа гена 16S рРНК ученые проанализировали бактериальные сообщества носоглотки 100 здоровых добровольцев и 225 пациентов с хроническим риносинуситом. Оказалось, что в микробиоме ноздрей и носоглотки здоровых людей значительно выше доля бактериальных групп Carnobacteriaceae и лактобацилл. Лактобациллы были обнаружены в ноздрях 87% здоровых участников и только у 60% пациентов с хроническим риносинуситом. Для носоглотки эти показатели составили 80% и 55% соответственно. Медианное значение относительного обилия лактобацилл в носоглотке здоровых людей было в 10 раз выше, чем у больных.
Затем ученые культивировали несколько изолятов лактобацилл, полученных из образцов от здоровых индивидов, и проанализировали их геномы. Геномные последовательности большинства изолятов имели высокое сходство с геномами коммерчески доступных пробиотиков. Ученые предположили, что эти бактерии могли попасть в носоглотку из ротовой полости, например, при чихании. Однако геномы двух изолятов — Lactobacillus casei AMBR2 и Lactobacillus sakei AMBR8 — отличались от публично доступных сиквенсов. Авторы предположили, что это свидетельствует об адаптации микроаэрофильных бактерий к насыщенным кислородом верхним дыхательным путям.
Ученые проверили изоляты на наличие генов, ответственных за толерантность к кислородному стрессу, в том числе генов каталаз. Каталазы у лактобацилл, как правило, не встречаются, однако у нескольких изолятов присутствовали соответствующие гены. В частности, для L. casei AMBR2 была подтверждена экспериментально каталазная активность в аэробных и респираторных условиях.
Для бактерий, обитающих в носоглотке, важно уметь как следует закрепляться на поверхности клеток. Микроскопический анализ и эксперименты с клеточными культурами показали наличие у L. casei AMBR2 фимбрий, за счет которых этот штамм эффективно связывался с клетками назального эпителия. В ходе проверки антимикробных свойств in vitro выяснилось, что L. casei AMBR2 ингибирует рост патобионтов верхних дыхательных путей Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae и Moraxella catarrhalis. При этом сами лактобациллы, в отличие от патобионтов, не вызывали воспалительного ответа — в их присутствии продукция клетками назального эпителия IL-1β, TNF и IL-8 не увеличивалась. Более того, L. casei AMBR2 способствовал снижению экспрессии IL-8 и IL-1β L, индуцированной патобионтами, то есть демонстрировал противовоспалительные свойства.
Наконец, ученые проверили способность L. casei AMBR2 колонизировать носоглотку 20 здоровых добровольцев, предварительно подтвердив отсутствие у этого штамма резистентности к антибиотикам. Бактериальная суспензия вводилась в носовую полость испытуемых в виде спрея в течение двух недель. Через две недели после последнего введения штамм L. casei AMBR2 уже не высевался из образцов участников, однако было отмечено увеличение относительного обилия других лактобацилл и снижение доли потенциальных патобионтов верхних дыхательных путей. Ни у одного из участников не было серьезных побочных эффектов.
Таким образом, ученые показали значимость лактобацилл в поддержании нормального состояния верхнего отдела респираторного тракта. Толерантность к окислительному стрессу, противомикробное и противовоспалительное действие L. casei AMBR2, а его хорошая переносимость у людей позволяют рассматривать этот штамм как потенциальную основу для специализированного пробиотика.