| Einleitung: Postbiotika als Alternativen zu Probiotika zur unterstützenden Behandlung einer Dysbiose können für bestimmte Risikopatient*Innen, wie zum Beispiel Immunsupprimierte, Frühgeborene oder sehr alte Patient*Innen, von Interesse sein. Unser Ziel war es, Einblicke in die Produktion, Zusammensetzung, antimikrobielle Aktivität und den Effekt auf das fäkale Mikrobiom von verschiedenen Postbiotika zu erlangen.
Methoden: Als Postbiotika wurde ein Kulturüberstand von OMNi BiOTiC® AAD10, das Reuterin System als Kulturüberstand von Lentilactobacillus diolivorans und kommerziell bezogenes (S)-Reuterizyklin gewählt. Die Charakterisierung der Überstände erfolgte mittels HPLC (Reuterin) beziehungsweise Shotgun Analyse, Flüssigchromatographie-Massenspektroskopie und Gaschromatographie-Massenspektroskopie (OMNi BiOTiC® AAD10). Der antimikrobielle Effekt aller 3 Postbiotika wurde in Kulturen Gram positiver und Gram negativer Bakterien sowie Candida albicans untersucht. Zur Bestimmung des Effektes auf das fäkale Mikrobiom wurden die 3 verschiedenen Postbiotika im Vergleich zu Kontrollmedien bei BALB/c Mäusen gavagiert. Nach einem Zeitraum von 4-8 Wochen (je nach Postbiotikum) wurden der Stuhl gewonnen und die Mäuse euthanasiert. Aus dem Stuhl wurden eine Mikrobiombestimmung sowie eine Analyse der volatilen organischen Substanzen durchgeführt.
Ergebnisse: Charakterisierung der 3 Supernatants: Die 10 probiotischen Stämme von OMNi BiOTiC® AAD10 zeigten ein sehr heterogenes Wachstum: die relative Abundanz (RA) von L. salivarius, L. paracasei, E. faecium und B. longum/lactis nahm über die Kulturzeit ab. Die RA von L. plantarum nahm zu, während L. rhamnosus nach initialer Zunahme bis 96h Kulturzeit im weiteren Verlauf wieder abfiel. Die Analyse der Genexpressionen zeigte eine Dominanz von Genen der Nucleotid und Aminosäuren Biosynthese, vereinbar mit dem Bakterienwachstum, wobei die Zeitpunkte der maximalen Genaktivität der verschiedenen Stämme mit dem Peak ihrer RA zusammenfielen. Die Metabolomics Analyse des Kulturüberstandes zeigte vorwiegend Veränderungen in den Gruppen Aminosäuren/Peptide und Nukleotiden, was den Ergebnissen der Genanalyse entspricht. Fumar-, Pantothen-, Apfel-, 9,3-Methyl-2-oxovalerian- und Asparaginsäure, Cytidinmonophosphat, Kreatin, Tryptophan, Orotidin und Phosphoserin korrelierten dabei mit der Kulturzeit. Für die Resistenztestung und die murine Applikation wurde zellfreier Kulturüberstand nach 48h und nach 196h gewonnen. Bei der Fermenterkultur von L. diolivorans konnte ein Supernatant mit 13,4g/l HPA (Reuterin) und 6.9g/l Glycerol produziert werden. Aufgrund des potentiellen kommerziellen Interesses in diese Substanz wurden auch Lagerungstests bei -20°C durchgeführt und zeigte eine gute Stabilität über 35 Tage.
(S)-Reuterizyklin wurde als Reinsubstanz bezogen und deshalb nicht weiter charakterisiert. Bei der Resistenztestung zeigte der AAD10 Überstand abhängig von der Kulturzeit des Überstandes Aktivität gegen S. epidermidis, L. monocytogenes, P. aeruginosae, E. faecium und C. albicans (48h), beziehungsweise gegen Str. agalactiae und S. epidermidis (196h). Das Reuterin System zeigte Aktivität gegen S. aureus, S. agalactiae und S. epidermidis und (S)-Reuterizyklin nur gegen S. epidermidis. Bei der in vivo Applikation zeigten sich bei der alpha- und beta-Diversität lediglich bei (S)-Reuterizyklin eine reduzierte Betadiversität. Auf Spezieslevel führte der AAD10 Überstand zu einer Zunahme von Faecalibacterium prausnitzii und Anaeroplasma. Reuterin verursachte einen Anstieg von Ruminococcae und Eubacterium xylanophilum und einen Abfall von Lachnospiraceae und Ruminoclostridium. (S)-Reuterizyklin führte zu einer Zunahme von Muribaculum und Streptococcus sowie einer Abnahme von Butyrat produzierenden Roseburia, Ruminoclostridium und Eubacterium. Die volatilen organischen Substanzen im Stuhl wurden nur für die Versuchsgruppen mit Reuterin und (S)-Reuterizyklin Applikation gemessen. Bei Reuterin konnte eine signifikante Abnahme von Heptan und eine Zunahme von 3-Methylbutanal nachgewiesen werden. Bei (S)-Reuterizyklin zeigten sich signifikante Anstiege von Heptan und Pentan und Abfall von 2-Heptanon und 2,3-Butandion.
Schlussfolgerungen: Alle 3 postbiotischen Kulturüberstände zeigten unterschiedliche antimikrobielle Aktivitäten im aeroben Bereich. Dieser Wirkung könnte in Zukunft eine Bedeutung als selektives Antibiotikum zum Beispiel in der Therapie von atopischen Hautkrankheiten, Nahrungsmittelstabilisator oder gezieltes Antibiotikum zukommen. Während (S)-Reuterizyklin mit reduzierter Betadiversität und Rückgang der relativen Abundanz von Butyratproduzenten eher negative Effekte auf das murine fäkale Mikrobiom hatte, war die Wirkung vom Reuterin und AAD10 Überstand unspezifisch. Die Bedeutung der beobachteten Veränderungen der volatilen Stuhlgase als Marker des bakteriellen Stoffwechsels bedarf noch weiterer Forschung.
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