转基因的治疗前景影响益生菌

文摘

益生菌的治疗使用微生物的兴趣增加了在过去的十年里虽然怀疑提升关于益生菌主要是因为他们的有利影响并不完全理解,而且,在许多情况下,其效用没有在临床试验中进行验证。因此,这一概念有一个相当大的兴趣在那些有证明益生菌的菌株可能改进工程有益的功能。基因工程的过程也可以用于益生菌菌株对抗菌素耐药性的逆转和其他更安全、有效的人类应用程序修改。乳酸杆菌主要是相反的,因为他们已经引起了公众的关注由于他们的促进健康的好处和为人类消费安全;因此,他们的使用,尤其是在疫苗和药物投递代理,引起了人们的注意。益生菌菌株的剪裁将不仅提高了数据对这些菌株的潜在益生菌还怀疑关于这些益生菌。本文主要关注生物工程益生菌的方法,论述了潜在的治疗应用前景包括免疫调节、认知健康,和抗癌疗法。

1。介绍

益生菌是一个希腊词;“职业”的意思是“支持”和“生物”的意思是“生活。“益生菌对寄主活微生物窝藏有用的属性主要通过肠道菌群的平衡1- - - - - -3]。益生菌的治疗使用发现有利于人类和动物预防和治疗的目的。虽然有益微生物的摄入量为人类健康、食物、和营养实践从世纪,然而,益生菌细菌的精确要求提供积极健康的影响可能会有所不同从应变应变;10⁶活细菌或每克毫升的食品产品的最低水平,被认为是足够的4]。有许多潜在的益生菌的好处,例如,代谢调制,抑制肠殖民的机会致病菌,减少乳糖在宽容和维护一个平衡的肠道微生物区系。相反,乳酸杆菌负责加工肉类的腐败导致食品生产公司相当大的经济损失(5)以及负责感染包括心内膜炎、菌血症和其他敏感的患者(6]。一些enterococci发现港口毒性因素包括丰富的侵袭素、溶血素以及耐药因素(7- - - - - -9]。

尽管主机应对传染性微生物彻底研究,主要问题是探索安全、新的治疗方法使用有益微生物[10- - - - - -13]。新型生物工程生产益生菌可以通过基因改造将不仅提高传统益生菌的功效也减少这些菌株的致病潜力。此外,这些菌株可用于一些额外的应用,如疫苗或药物输送、模仿表面受体,针对特定的毒素或病原体,和增强宿主免疫反应的14]。以前nonprobiotic的基因工程菌株益生菌特性和增强益生菌的特性建立了益生菌菌株的方法来设计和开发新的转基因益生菌(15,16]。

虽然益生菌主要是用于改善人类健康、特征明显几株的配方如双歧杆菌和乳酸菌(实验室)如今也可以为人类使用降低胃肠道感染的风险。进一步,一个强大的关系建议益生菌和免疫调节反应在人类17]。设计新颖的益生菌与期望的特性,详细研究的局限性传统益生菌是必要的(18,19]。转基因(GM)益生菌的各个方面已经得到了相当大的接受尤其是有关他们可能填补目前空白的频谱活动作为益生菌。因此,预计通用益生菌的精心设计完成注意生物安全的重大潜力改变microbial-based疗法。在目前的研究中,我们已经描述了现状和局限性的传统的益生菌和改造的益生菌菌株的需要。此外,该实用程序设计师益生菌的治疗药物治疗各种非传染性疾病以及传染病通过抗菌肽的生产已经进行了讨论。此外,转基因安全问题和监管问题的益生菌菌株在临床设置。

2。传统的益生菌和其局限性

胃肠道(GIT)微生物群落不同个体之间,包含致病性和友好细菌存在的共生关系。几个因素如饮食、气候老化,药物,生活方式,压力会扰乱微生物物种和之间的平衡状况会导致疾病(20.]。虽然在GIT条件益生菌有很多好处,也有一定的局限性。发布的益生菌的抗菌物质广泛,但研究表明,益生菌的抗菌活动仅限于特定的微生物(21,22]。所以一些益生菌菌株的组合应该是生产增加肠内的对病原体的影响(23]。大多数益生菌作为胶囊或食品管理组件;因此,他们应该有能力抵抗胃肠道和技术的压力。广泛的活动和不同的益生菌菌株之间的差异也视为一个障碍在他们的功效[24]。此外,益生菌的确切成分配方、剂量、给药途径可能不同,他们的潜在益生菌在某些主机可以不同25]。

最主要关心的益生菌食品中益生菌菌株的生存期间暴露在低pH值发酵后,制冷过程中氧浓度和存储及其生存期间在人类胃由于酸性环境。这种生存和生存能力的益生菌毒株特异性;因此,微型胶囊过程被有效地用于保护细菌细胞的损害他们的外部环境引起的26,27]。进一步的挑战包括probiotic-based食品的感官接受虽然描述的研究已经取得相当甚至更好的结果的可能性与probiotic-based产品与传统产品相比。此外,进一步挑战包括接种体大小、可行的评价项特定的益生菌的物种特别是当使用多个菌株,益生菌的起源和多样性,以及生存与内生微生物区系和向主机提供健康福利17]。传统的局限性益生菌强调需要开发一个新的策略产生通用益生菌菌株(28]。

3所示。益生菌的作用机制

建立host-microbial关系必须对宿主健康和GIT的这种相互作用的干扰可能导致许多病理条件(29日,30.]。保持这样的消化道内微生物平衡,益生菌需要竞争性抑制病原体的依从性消化道上皮细胞以及合成或产生新的小说抗菌物质。益生菌已被证明带来直接对病原体通过产生抑制性影响物质如细菌素和酸(30.]。抗菌分子来源于益生菌发挥有用的效果单独或协同控制病原体的生长。此外,乳酸杆菌等益生菌菌株都认识到生产乳酸,乙酸,丙酸,降低pH值,因此抑制大量致病性尤其是革兰氏阴性细菌(31日,32]。此外,益生菌抑制毒素释放以及抑制致病菌的粘附在胃肠道内。双歧杆菌和乳酸杆菌菌株与病原微生物竞争的能力,包括拟杆菌vulgatus,histolyticum梭状芽胞杆菌,单核细胞增多性李斯特氏菌,鼠疫enterocolitica,金黄色葡萄球菌,产肠毒素的E。杆菌,沙门氏菌血清益生菌治疗之前在肠道上皮细胞(33,34]。

肠道屏障的完整性是一个有效的粘膜的先决条件函数最大化潜在吸收能力和维持守势的微生物和化学挑战。建议肠道屏障完整性的破坏通常是伴随着各种GIT障碍包括肠道感染、坏死性小肠结肠炎,和炎性肠道疾病。然而,大多数的研究都支持这一事实益生菌非常有助于恢复肠道屏障功能即使伤害发生时,例如,益生菌菌株E。杆菌Nissle 1917刺激交界的功能障碍引起的中断后的致肠病的应变E。杆菌在T84肠道上皮细胞系(35]。益生菌微生物摄取了microfold (M)细胞与follicle-associated肠道上皮细胞和树突细胞,最终启动响应由T细胞,B细胞,巨噬细胞(36]。另一种免疫调节机制的激活是由益生菌toll样受体(通常)。其他机制包括修复粘膜表面和截留的病原体通过刺激粘液生产。此外,特定的益生菌可以调节局部和全身免疫反应(37]。的总体影响益生菌在肠道功能描述在图1。

4所示。预期的功能,为益生菌

最初的益生菌菌株的选择基因改造包括以下基本标准:分析基因型和表型稳定质粒的稳定性,蛋白质或碳水化合物利用模式,胆汁或酸宽容,增长以及生存、抗生素耐药性模式,肠道上皮细胞粘附特性,生产抗菌素、阻碍已知病原体的能力,和免疫原性38]。此外,益生菌是另外寻找以下特点:耐胃酸、胰酶(PE),阻力殖民能力,坚持肠道粘膜细胞,产生物质对病原体的能力(39]。益生菌封装技术(PET)已成为一个令人兴奋的领域在过去十年中,倾向于稳定细菌细胞,因此提高生存能力在生产和储存。此外,这项技术保证了控制和肠道的细菌菌株的有效交付更大的生存能力和保护胃的酸性环境。因此,益生菌可能发挥更好的主机在可行的状态对身体健康的好处40]。

通常建议益生菌用于人类的起源应该是一个人类的来源,尽管一些通常不局限于人类来源的菌株也可以被认为是非常有效的,例如,双歧杆菌animalis(41]。益生菌与风格相关的属性不是或微生物的物种,但对一个特定的物种,与所选菌株(42]。益生菌菌株的分类是必要的知识菌株及其潜在益生菌(43]。

益生菌的生存压力很大程度上取决于他们的位置;因此,益生菌菌株需要殖民和增殖在特定的网站。的适应宿主肠道益生菌菌株是关键一步处理原生微生物群,在一个特定的利基。此外,益生菌菌株应接受的免疫系统没有针对这种特定的益生菌菌株细胞或体液免疫(44]。

在益生菌的选择,关键特性和功效应该最初评估以及基本的初步描述除了应变身份,分类,使用标准化测试和风险评估两种动物模型在目标主机和控制研究。在体外研究通常尽管他们不预测在活的有机体内功能。此外,技术特性也应该评估了解菌株对大规模增长的能力和同化到最终产品45]。益生菌的选择标准是解释表1。

5。重组益生菌

尽管抗生素治疗是主要的选择微生物攻击的情况下,过度使用,以及滥用抗生素,导致抗菌素耐药性的发展(46]。抗生素治疗可以删除有用的微生物,导致耐药微生物菌株的出现47]。这引起了需要开发独特的抗菌物质,声音无风险,环保,积极对抗生素耐药性微生物(48]。在过去的二十年中,通用汽车益生菌产生粘膜交付的预防和治疗,包括酶、DNA,细胞因子,肽,过敏原(49]。口服工程稳定性等益生菌有一定的优势,降低配送成本,粘膜表面的物质,增加货架寿命。

6。通用的应用益生菌

6.1。通用益生菌产生抗菌肽

抗生素耐药性的出现在细菌病原体需要使用替代感染的管理策略。一个潜在的替代策略控制耐多药病原体包括使用抗菌肽(安培)一直在探索作为有效控制耐多药的替代方法(MDR)病原体50]。几乎没有已知的益生菌生产各种抗菌肽;因此,益生菌可用于生产和提供这些治疗抗菌肽的控制一个特定的病原体在宿主的GIT [14]。到目前为止,这项技术并没有太大的成功由于一些限制包括生产成本高,耗时,抗菌蛋白生产细胞的死亡。此外,安培是退化在到达目标站点之前,即。口服后,小肠。系统性的管理,快速识别和消除这些安培免疫系统(51]。目前,不同的策略被用于使用益生菌菌株产生不同的安培导致联合治疗,益生菌的益生菌菌株可以提供功能伴随着生产的各种安培(50]。

一个Lactococcus lactis应变IL1403是表达和分泌的安培相当大的活动对革兰氏阴性细菌病原体,例如,沙门氏菌和E。杆菌菌株。等安培alyteserin A3APO被克隆到l。lactis这些肽的表达。结果重组l。lactis应变诱导分泌这些肽及其影响的生存和发展沙门氏菌和E。杆菌进行了测试。病原体都成功地抑制,和主持人应变,即,l。lactis仍然是可行的,表明该重组系统有可能被用作替代抗生素抑制革兰氏阴性致病菌(25,52]。

6.2。抗压力能力

益生菌菌株的能力忍受更大的压力的重要因素之一是基因修改益生菌。热休克蛋白的“格”和“GroEL”等报道中发挥关键作用的持久性在任何温度下细菌物种。这些陪伴的过度表达,即。,gro GroEL乳酸菌paracaseiNFBC338进行了研究。这些基因的表达导致增加耐溶剂性和耐热性改善益生菌菌株。此外,亲本菌株(不适应),stress-adapted应变和应变比较重组后的生存接触热应力。的工程益生菌菌株存在54-fold相比nonadopted亲本菌株在10倍而stress-adapted菌株(25]。

三个主要的传输机制或系统已经认可单核细胞增多性李斯特氏菌肉碱相关以及甜菜碱吸收。第一个传输机制是命名为Listerial甜菜碱吸收运输系统(BetL),基因编码甜菜碱相关转运体盐的宽容Listerial物种。BetL的表达系统唾液乳杆菌UCC118益生菌菌株研究通过使用另一个表达系统,即一个nisin-controlled系统。注意到益生菌抵抗许多压力增加了使用BetL表达系统(53]。这些研究显示有前途的方法对于病原体的基因转移到益生菌改善应力的宽容。此外,科学的评价是非常必要的理解这些基因产物的好处通过风险分析的研究54,55]。

6.3。抗癌疗法

传统的抗癌治疗如化疗和抗癌药物耐药性增加强调需要打开搜索替代治疗方法。在这种情况下,工程益生菌可以克服这些限制,正是针对肿瘤细胞。许多像梭状芽胞杆菌细菌物种,当注射肿瘤细胞内部或外部,导致增加复制肿瘤微环境内的细菌,从而有助于应对癌症被发现(56]。鼠伤寒沙门氏菌A1-R (GM)肿瘤变体也可以用作替代之前的策略,即梭菌的运载系统治疗恶性肿瘤(57]。容易获得遗传操纵策略提供了新的机会建立独特的技术在癌症治疗和癌症诊断(58,59]。不致病的病毒像E。杆菌Nissle 1917可以在肿瘤细胞内目标和繁殖以及坏死组织(60]。殖民的整体机制和瘤内搬迁可以影响细菌的代谢物以及肿瘤微环境(61年]。这种原生取向能力对某些癌症的微生物被认为是理想的安全交付创新的新治疗方法可以拯救病人潜在的副作用的药物相关毒性(62年]。这种方法还可以帮助治疗主要以及转移性黑色素瘤用殖民兼性和专性厌氧菌,如癌症志贺氏杆菌,E。杆菌,梭状芽胞杆菌菌株,双歧杆菌属,沙门氏菌和一定的溶瘤细胞的病毒(63年,64年]。由于某些细菌的作用机制尚未完全描述,它可以很容易探索微生物的混合治疗各种类型的癌症(46]。

6.4。认知健康

一个新引入的益生菌组,即。,psychobiotics that are able to produce neuroactive molecules such as serotonin and gamma-aminobutyric acid usually acts upon a gut-brain axis and is helpful for improving cognitive health [65年]。从胃肠道大约1亿个神经细胞(大脑)的基础上通过迷走神经连接;因此,信号发布的肠道微生物可以影响一些由这些神经细胞行为和生理反应。体内和体外分析提出,肠道微生物和代谢物可能影响发展的中枢神经系统(CNS)和调节应激反应和神经系统66年]。感染的小鼠模型研究为理解机制和免疫调节的影响乳杆菌JB-1细菌(67年]。有确凿证据表明,肠道微生物会影响心理健康,因此支持进一步的测试来验证肠道微生物与人类行为的关系以及神经系统疾病在不久的将来68年,69年]。研究肠道microbiota-brain通讯还表明,microbial-based治疗方法可能有助于治疗情绪障碍(66年]。例如,实验室可以减少神经毒性物质的水平如吲哚、胺和氨70年]。一项随机、安慰剂对照试验表明,认知反应悲伤情绪大大减少使用multispecies益生菌一段后4周(71年]。

6.5。女性健康

反复泌尿道感染(尿路感染)在女性中引起尿路的预防和管理策略的重要性。大量的益生菌菌株有很大的效率异性传播病毒感染的预防46,72年]。实验,临床和流行病学研究表明,正常阴道微生物区系起着保护的作用或提供防御收购微生物阴道炎和其它性传播感染(73年,74年]。然而,一些研究不同意的事实,使用益生菌有助于预防细菌性阴道炎,性传播疾病(性病),和尿路感染11,72年]。泌尿和肠道环境通常是最好的,因为他们生产拮抗剂粘膜衬里也在这些领域和发挥非常潜在的自我平衡的影响46,75年]。在这方面,设计师杀菌剂的开发预防hiv - 1可能通过性途径传播的主要目标来控制艾滋病在全球范围内(75年]。建议抗病毒肽产生的益生菌可以提供防御艾滋病毒感染。HIV-gp41溶血素肽工程使用E。杆菌应变,即Nissle 1917 (EcN),这有助于抑制艾滋病毒感染。这些抗病毒肽的分泌和增长表明,转基因益生菌可以抗艾滋病属性(76年]。

6.6。免疫调节和Cytoprotection

减毒的病原体被用作疫苗虽然降级回毒性状态存在的机会尤其是注入免疫功能不全的受试者。这个问题可以使用通用益生菌可有效解决携带粘膜细胞表面的免疫原性物质(77年]。重组益生菌菌株可以作为理想的向量作为他们固有的宿主粘膜表面,从而促进免疫系统之间的联系和抗原。此外,肠道益生菌的入侵不断产生免疫原性分子激活体液和细胞介导免疫反应(78年]。一些益生菌被操纵疫苗交付代理链球菌引起的肺炎,鼠伤寒沙门氏菌,鼠疫的伪感染(79年,80年]。减毒活疫苗疫苗为例对轮状病毒感染产生;然而,他们发现有效由于缺乏强劲mucosal-associated免疫反应。刺激的免疫应答,通用益生菌菌株,即,l。paracasei写明ATCC 393 pLZ15⁻,开发了大大减少病毒载量和减少疾病的严重程度在小鼠模型(81年]。此外,观察到通用汽车Lactococcus lactisNZ9000突起蛋白表达VP8的轮状病毒诱发的形成anti-VP8抗体增加粘膜IgA(系统性和肠水平)在感染的小鼠模型82年]。除了使用不同的抗原,细胞因子的使用也能帮助免疫刺激,例如,il - 10在结肠炎的口服摄入减少了炎症的症状。人类干扰素-β(huIFN -β)被认为是免疫调节,从而导致增加分泌il - 10的表达;huIFN -β分泌l。杆菌的NCIMB8826也显著降低了微生物结肠炎和炎症过程83年,84年]。

6.7。监管的毒性基因的表达

致病性微生物调控病毒基因的表达通过一个专门的现象被称为“群体感应。“这个专业遥感通路中断可以协助疾病预防(作为一个可持续发展的选择85年]。E。杆菌Nissle应变生产autoinducer分子,即。,cholera autoinducer 1 (CAI-1), which was previously shown to stop the production of virulence factors in the presence of other signaling molecules, i.e., autoinducer 2, decreased the expression of virulence genes as well as colonization of霍乱弧菌一个婴儿肠道的小鼠模型(86年]。的在活的有机体内研究利用转基因动物模型研究益生菌菌株在不同临床条件总结表2。

7所示。安全问题关于转基因益生菌

的一个重大关切通用益生菌菌株和他们的使用在临床设置他们的安全问题;因此,它是必要的筛选细菌的毒性特征以及他们的潜在的致病性87年]。益生菌是举世公认的由于他们prohealth方面。尽管许多副作用,如免疫系统hyperactivation、诱变,和不受欢迎的代谢活动也被报道,一些研究也报道一些肠道副作用,增加了刺激易感宿主的免疫系统(88年]。虽然内在抗生素耐药性是一个维护所需的属性在益生菌在肠道微生物平衡,然而,这些耐药基因的传播也可能导致严重的威胁的耐多药致病菌株的发展(89年,90年]。

抗生素耐药基因的排斥是非常重要的改善益生菌的安全性。通用的方法是应用益生菌菌株乳酸菌的重视和广泛应用于工业生产许多有用代谢物(91年]。使用转基因细菌需要严格的安全性和安全措施(90年]。自通用汽车益生菌有额外的基因负责免疫调节和抗原性,也有能力影响的代谢途径,应该精确地进行安全测试(92年,93年]。其他担忧通用益生菌的持久性和增殖相关工程益生菌在外部环境94年]。工程微生物有可能预防和治疗人类病理情况不同;因此,有必要开发一个严格的标准的评估这些菌株的安全性在体外和在活的有机体内。生物密封系统可用于预防遗传内容与其他微生物的分布。由于转基因益生菌的治疗安全,它是必不可少的,评估风险,风险敞口的决心,和安全问题在预防意外事件的人口使用益生菌(95年- - - - - -97年]。

8。益生菌产品的监管问题

很重要一个特殊监管类别益生菌的益生菌产品交付给最终用户通过食物,婴儿配方奶粉,饮食或营养补充剂,自然健康产品、食物和医疗。必须知道现有的安全要求为每个产品类别不同地理区域。最重要的一个事实是,这些营养或膳食补充剂的要求是不同的与传统药物相比。在药物的情况下,上市前的批准的安全是至关重要的;然而,对于营养或膳食补充剂,它仍然不需要;例如,膳食补充剂在美国甚至在胶囊或药片的形式不需要履行相同的标准,实现药物的制造和质量控制测试(98年]。建议益生菌制造商负责"益生菌"产品的安全性和适用性的保证。益生菌产品的生产在美国是由美国食品和药物管理局(FDA)遵循食物和膳食补充剂的良好生产规范(99年]。上市前的审批不需要在美国膳食补充剂;因此,最终用户或医疗服务提供者不确定关于"益生菌"产品的质量标准和产品的安全内容。然而,公司可能会选择第三方验证成品(98年,99年]。

这是一个需要时间来建立的监管地位益生菌产品在全球范围内有效地解决益生菌问题包括安全、功效、索赔,和标签。所示的益生菌配方赋予明确的健康益处主机必须允许描述清楚具体的健康和有效的监测系统来监测和评估这些益生菌配方和相关的不良事件监测他们的长期健康。此外,通用汽车的前景益生菌针对特定临床条件要求严格的安全策略来避免环境中菌株的传播和传播的基因修改。

9。结论和未来前景

公共利益在益生菌上升,和转化医学研究人员引入传统的治疗方法在21^圣世纪。肠道微生物最终影响健康管理的所有主要组件包括药物代谢和识别,毒理学,建立创新疗法。合并后的好处通用益生菌,包括直接对病原菌拮抗反应以及免疫调节势对癌症、致病性细菌,和代谢疾病,可以评价。尽管有关重组细菌及其代谢产物的研究不一致,重组益生菌是预见随着新兴疗法。特别是联合治疗的方法包括曲目的抗菌、免疫调节和抗炎功能重组益生菌可以帮助应对传染病以及代谢紊乱。迄今为止,大多数研究已经记录工程益生菌在动物模型的好处;然而,一些人类临床试验的报告相当鼓舞人心的。然而,这些工程的关键挑战益生菌保持不变,即,the selection of probiotic strains, optimum dose, and horizontal gene transfer from GM probiotics to other bacterial species. In brief, the GM probiotics are potent and innovative alternative therapeutics for the management of infections and metabolic diseases. The engineered probiotics may be helpful to restore the health with ease, efficiency, and site specificity and further research should explore human microbiota for the development of potential engineered strains as alternative therapeutics.

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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