Crucial role of milk proteins on adhesion of intestinal microbes
Résumé
Milk is a complex biological matrix that has evolved as the source of nutrition and natural immunological protection for neonate [1,2]. It is the most popular matrix for the delivery of probiotic bacteria such as Lactobacillus, Bifidobacterium, that are widely known for their beneficial effects on human health. The different dairy components including proteins and fat globules (especially the Milk Fat Globule Membrane, MFGM) were actively studied in relation to their anti-adhesive properties against food pathogens. However, interaction between probiotic bacteria and dairy can also occur thus modulating the bacterial adhesion to intestinal cells which is a crucial step for the expression of health-related positive effects. Mechanisms and biomolecules involved in bacterial adhesive interactions with food components have been studied more recently [3,4,5,6]. These interactions are likely to play a role in bacterial viability, spatial distribution, and behavior during the structuration of food products.
In the present work, interactions between two strains of Lactobacillus rhamnosus GG (i.e. wild-type and mutant pili-depleted), and two intestinal epithelial cells: HT29 CL16E cells producing mucus and Caco-2 TC7 cells with two milk glycoproteins (GPs) (i.e Lactoferrin and Osteopontin) were studied. Lactoferrin (LF) and osteopontin (OPN) are both multi-functional whey proteins. LF is a basic glycoprotein while OPN is an acidic phosphorylated glycoprotein. These two GPs mostly act by binding to surface receptors and they are known to prevent some intestinal diseases and other several chronic intestinal inflammation (Crohn's disease, multiple sclerosis) [3,7].
Differentiated intestinal cells were obtained after a 22 days culture. Bacteria were grown in MRS broth and were recovered by centrifugation (3000 g, 10 min). The cell plate (epithelial cells) was washed several times before the addition of bacterial suspension. After incubation (2h, 37 °C), all wells were inoculated for bacterial counting. The number of bacteria adhered per cell was reported. Two cases were explored: with or without a pre-incubation with the milk GP (OPN or LF). In each case, GPs improved the adhesion of bacteria (piliated or not) to epithelial cells. The difference in adhesion between the wild-type strain and the mutant (pili-depleted strain) without GPs is attributed to the pilus that has a key role in adhesion of LGG to epithelial intestinal cells [5]. In the presence of GPs, the adhesion was improved for bacteria on epithelial cells but this adhesion has much more impact when the epithelial cells produce mucus (i.e HT29). It can be concluded that, the bacterial adhesion to intestinal cells depends on the type of intestinal cells (ability to produce mucus), and the interaction can be modulated by the food matrix as some GPs can improve the adhesion (OPN, LF) while others can decrease it (dairy mucins, β-Lactoglobulin). These results would therefore lead to future manipulations such as the identification of molecules potentially involved in cell adhesions (i.e adhesins, GPs, peptides, surface molecules of intestinal cells).
Le lait est une matrice biologique complexe qui représente une source de nutriments et de protection immunologique naturelle pour les nourrissons [1,2]. Il s’agit de la matrice la plus utilisée et donc la plus populaire pour la vectorisation de bactéries probiotiques telles que Lactobacillus, Bifidobacterium, qui sont notamment connues pour leurs effets bénéfiques sur la santé humaine. Les différents composants laitiers incluant les protéines et les globules gras (et spécifiquement la Membrane des Globules Gras du lait ou MFGM) sont activement étudiés en raison de leurs propriétés anti-adhésives contre les pathogènes alimentaires. Toutefois, des interactions entre bactéries probiotiques et composants laitiers sont également possibles avec pour conséquence la modulation de l’adhésion des bactéries aux cellules intestinales humaines, ce qui est une étape cruciale pour l’expression des effets positifs sur la santé. Les mécanismes et les biomolécules impliqués dans l’adhésion des bactéries aux composants alimentaires ont été reportées plus récemment [3,4,5,6]. Ces interactions peuvent jouer un rôle dans la viabilité bactérienne, la distribution spatiale et le comportement pendant la structuration des produits alimentaires.
Dans ce travail, les interactions entre deux souches de Lactobacillus rhamnosus GG (une souche sauvage et une mutante sans pili), et deux types de cellules intestinales épithéliales, (HT29 CL16E,produisant du mucus et Caco-2 TC-7) ont été évaluées au sein de la plateforme Bio-DA. Dans un second temps, l’impact de la présence de glycoprotéines (GPs) laitières (la lactoferrine et l’ostéopontine) sur la capacité d’adhésion des bactéries aux cellules intestinales a été évaluée. La lactoferrine (LF) et l’ostéopontine (OPN) sont des protéines de lait multi-fonctionnelles. La LF est une glycoprotéine basique tandis que l’OPN est une glycoprotéine phosphorylée acide. Ces deux GPs agissent la plupart du temps en se liant aux récepteurs de surface, elles sont connues et utilisées dans le cadre de la prévention de maladies intestinales (telles que la maladie de Crohn ou de multiples scléroses) [3,7].
Les cellules intestinales différenciées ont été obtenues après 22 jours de culture. Les bactéries, quant à elles, se sont multipliées dans du bouillon MRS et ont été obtenues par centrifugation (3000 g, 10 min). La plaque cellulaire (contenant des cellules épithéliales) a été lavée de nombreuses fois avant l’addition de la suspension bactérienne. Après incubation (2h à 37°C), toutes les cellules ont été inoculées afin de pouvoir procéder au comptage des bactéries et ainsi déterminer le nombre de bactéries adhérentes à ces dernières. Deux cas ont pu être établis : avec ou sans pré-incubation avec les GPs de lait. Dans chaque cas, les GPs entraine une augmentation de l’adhésion des bactéries (piliées ou non) aux cellules épithéliales. La différence dans l’adhésion entre les souches sauvages et les mutantes (sans pili) sans la présence de GPs est attribuée au pilus qui a un rôle clé dans l’adhésion de LGG aux cellules épithéliales intestinales [5]. En présence des GPs, l’adhésion des bactéries est donc améliorée.
Afin d’élucider les mécanismes d’interaction des GPs avec LGG, des mesures de forces d’adhésion par microscopie à force atomique (AFM) sont en cours de réalisation. Elles permettront notamment d’identifier les acteurs moléculaires à la surface des bactéries engagés dans les interactions avec les GPs.
Fichier principal
Crucial role of milk proteins on adhesion of intestinal microbes - 2019 - Sarah BARRAU.pdf (1.19 Mo)
Télécharger le fichier
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|