DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1721987
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602772
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Abinash Ravi وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروبيوتيك والأطعمة المخمرة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور Lactiplantibacillus pentosus C82، المعزولة من الكرنب المخمر، في معالجة اختلال ميكروبات الأمعاء وآثاره على محور الأمعاء-الدماغ. تحدد الدراسة C82 كعامل مضاد للميكروبات قوي ضد Escherichia coli وSerratia marcescens، حيث تظهر مناطق تثبيط كبيرة تبلغ 1.2 سم و1.4 سم، على التوالي. من خلال التحليل المورفولوجي، والبيوكيميائي، وتسلسل 16S rDNA، تم تأكيد السلالة وتم تحسين إنتاج البكتيريوسين. أظهرت التجارب الوظيفية في نموذج اليرقات من سمكة الزرد أن البكتيريوسين لم يقلل فقط من الالتهاب ويحسن سلامة حاجز الأمعاء، بل أيضًا يعدل الجينات الرئيسية المتعلقة بالالتهاب والحاجز، بما في ذلك زيادة التعبير عن IL-10 وClaudin-5a، وتقليل التعبير عن TNF-α.
تشير النتائج إلى أن L. pentosus C82 تمتلك خصائص قوية مضادة للأكسدة وواقية للأمعاء، مما يجعلها مرشحًا واعدًا للتطبيقات البروبيوتيك. أظهر بكتيريوسينها استقرارًا تحت ظروف ضغط مختلفة واعتُبر آمنًا حتى 20 ميكروغرام/مل في تقييمات السمية. علاوة على ذلك، كشفت الدراسات الحية عن قدرتها على استعادة أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة وتخفيف الإجهاد التأكسدي في نماذج الاختلال. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات C82 كمنتج بروبيوتيك من الجيل التالي لإدارة الاختلال وتعزيز صحة الأمعاء، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من الدراسات طويلة الأمد في نماذج حيوانية أكثر تعقيدًا لتوضيح إمكاناتها العلاجية بالكامل.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث محور الأمعاء-الدماغ (GBA)، وهو شبكة معقدة من الاتصالات تربط الجهاز الهضمي بالجهاز العصبي المركزي، والتي تعتبر ضرورية لتنظيم الوظائف العصبية والتمثيل الغذائي والمناعية (Carabotti et al., 2015; Lu et al., 2024). يمكن أن تؤدي الاضطرابات في GBA، التي غالبًا ما تنتج عن اختلال ميكروبات الأمعاء، إلى تحفيز استجابات التهابية، وزيادة نفاذية الأمعاء، وتغيير الإشارات العصبية، مما يساهم في تطوير مجموعة متنوعة من الاضطرابات العصبية والجهاز الهضمي (Ashique et al., 2024; Shen et al., 2025).
عامل مهم في اختلال ميكروبات الأمعاء هو تشكيل الأغشية الحيوية بواسطة الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض. تحمي هذه الأغشية الحيوية البكتيريا من دفاعات المضيف والعلاجات المضادة للميكروبات، مما يؤدي إلى عدوى والتهابات مستمرة (Vestby et al., 2020; Montanari et al., 2025). تتكون الأغشية الحيوية من مصفوفة خارج خلوية غنية بالسكريات المتعددة الخارجية (EPS)، والبروتينات، وDNA خارج الخلية، مما يسهل الالتصاق، والاستعمار، والبقاء للكائنات المسببة للأمراض الانتهازية مثل *Escherichia coli* و*Serratia marcescens* داخل بيئة الأمعاء (Saharan et al., 2024; Sharma and Rajpurohit, 2024). تظهر هذه الكائنات المسببة للأمراض تكيفات متخصصة تمكنها من الاستقرار في أمعاء المضيف.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام أجنة سمكة الزرد (Danio rerio) للتحقيق في تأثيرات علاج البكتيريوسين على اختلال ميكروبات الأمعاء الناتج عن مسببات الأمراض المحددة. تم تقسيم ما مجموعه 150 جنينًا إلى خمس مجموعات تجريبية، تحتوي كل منها على 30 جنينًا. كانت المجموعة 1 بمثابة التحكم غير المعالج، بينما تعرضت المجموعتان 2 و3 لاختلال ميكروبات الأمعاء الناتج عن Escherichia coli وSerratia marcescens، على التوالي. تلقت المجموعتان 4 و5 علاج البكتيريوسين (20 ميكروغرام/مل) المستمد من Lactiplantibacillus pentosus C82 بعد التعرض لمسببات الأمراض، حيث تم إعطاء العلاج عن طريق الغمر لمدة سبعة أيام متتالية.
بعد العلاج، تم تجميع الأجنة وهرسها في محلول مبرّد من 100 مليمول Tris-HCl (pH 7.8) يحتوي على 150 مليمول KCl و1 مليمول EDTA. تم طرد المعلقات في جهاز الطرد المركزي بسرعة 10,000 دورة في الدقيقة لمدة 15 دقيقة عند 4 °م لجمع السائل الطافي لإجراء اختبارات مضادات الأكسدة الإنزيمية اللاحقة. تم قياس تركيزات البروتين في العينات باستخدام طريقة برادفورد، وتم إجراء جميع التحليلات البيوكيميائية ثلاث مرات لضمان موثوقية النتائج.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد فرضية العدم.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المقترح يتنبأ بدقة بالظواهر الملاحظة، مع معامل تحديد ($R^2$) يتجاوز 0.85، مما يشير إلى توافق قوي مع البيانات. علاوة على ذلك، تؤكد تحليل التباين (ANOVA) أن الفروق بين متوسطات المجموعات ذات دلالة إحصائية، مما يعزز صحة التصميم التجريبي وموثوقية النتائج التي تم الحصول عليها.
بشكل عام، تساهم هذه النتائج في الجسم المعرفي القائم من خلال تقديم دعم تجريبي للإطار النظري المقترح في الدراسة، مما يشير إلى تطبيقات محتملة في المجالات ذات الصلة.
مناقشة
تسلط المناقشة الضوء على الديناميات التنافسية بين البكتيريا المسببة للأمراض، مثل *Escherichia coli* و*Serratia marcescens*، والميكروبات المفيدة في الأمعاء. تستخدم هذه الكائنات المسببة للأمراض هياكل الالتصاق وتشكيل الأغشية الحيوية لتأسيس نفسها، مما يؤدي إلى تعطيل توازن الأمعاء والمساهمة في الاختلال. يشكل هذا الاختلال تحديات علاجية كبيرة، حيث تؤدي العلاجات التقليدية مثل المضادات الحيوية وزرع ميكروبات البراز غالبًا إلى تقليل تنوع الميكروبات وإمكانية انتقال مسببات الأمراض. بالمقابل، تظهر بكتيريا حمض اللبنيك (LAB)، وخاصة السلالات مثل *Lactiplantibacillus pentosus* C82، وعدًا كبديل طبيعي بسبب قدرتها على إنتاج ببتيدات مضادة للميكروبات (بكتيريوسينات) التي تثبط نمو مسببات الأمراض وتستعيد التوازن الميكروبي.
تؤكد الدراسة على عزل وتوصيف LAB من الكرنب المخمر، الذي يعد مصدرًا غنيًا للميكروبات المفيدة. تعزز عملية التخمر نمو LAB وإنتاج المستقلبات، بما في ذلك البكتيريوسينات والأحماض الدهنية قصيرة السلسلة، التي تساهم في صحة الأمعاء من خلال تعديل الاستجابات المناعية وتعزيز الحاجز الظهاري. تشير النتائج إلى أن المستقلبات المستمدة من LAB يمكن تطويرها إلى عوامل علاجية حيوية لمكافحة اختلال ميكروبات الأمعاء بفعالية، مما يوفر نهجًا أكثر أمانًا واستدامة مقارنة بالتدخلات التقليدية. تؤكد تحديد *L. pentosus* C82 كمنتج قوي للبكتيريوسين على إمكانياتها العلاجية في إدارة الاضطرابات المتعلقة بالأمعاء.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1721987
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602772
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Abinash Ravi et al.
Primary Topic: Probiotics and Fermented Foods
Overview
The research investigates the role of Lactiplantibacillus pentosus C82, isolated from fermented cabbage, in addressing gut dysbiosis and its implications for the gut-brain axis. The study identifies C82 as a potent antimicrobial agent against Escherichia coli and Serratia marcescens, demonstrating significant inhibition zones of 1.2 cm and 1.4 cm, respectively. Through morphological, biochemical, and 16S rDNA sequencing, the strain was confirmed, and its bacteriocin production was optimized. Functional assays in a zebrafish larval model indicated that the bacteriocin not only reduced inflammation and improved gut barrier integrity but also modulated key inflammatory and barrier-related genes, including upregulation of IL-10 and Claudin-5a, and downregulation of TNF-α.
The findings suggest that L. pentosus C82 possesses strong antioxidative and gut-protective properties, making it a promising candidate for probiotic applications. Its bacteriocin demonstrated stability under various stress conditions and was deemed safe up to 20 μg/mL in toxicity assessments. Furthermore, in vivo studies revealed its capability to restore antioxidant enzyme activities and mitigate oxidative stress in dysbiosis models. Overall, the study highlights the potential of C82 as a next-generation probiotic for managing dysbiosis and enhancing gut health, although further long-term studies in more complex animal models are warranted to fully elucidate its therapeutic potential.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the gut-brain axis (GBA), a complex communication network linking the gastrointestinal tract to the central nervous system, which is crucial for regulating neurological, metabolic, and immune functions (Carabotti et al., 2015; Lu et al., 2024). Disruptions in the GBA, often resulting from gut dysbiosis, can trigger inflammatory responses, increase intestinal permeability, and alter neuronal signaling, thereby contributing to the development of various neurological and gastrointestinal disorders (Ashique et al., 2024; Shen et al., 2025).
A significant factor in gut dysbiosis is the formation of biofilms by pathogenic microorganisms. These biofilms protect bacteria from host defenses and antimicrobial treatments, leading to persistent infections and inflammation (Vestby et al., 2020; Montanari et al., 2025). Composed of an extracellular matrix rich in exopolysaccharides (EPS), proteins, and extracellular DNA, biofilms facilitate the adhesion, colonization, and survival of opportunistic pathogens such as *Escherichia coli* and *Serratia marcescens* within the gut environment (Saharan et al., 2024; Sharma and Rajpurohit, 2024). These pathogens exhibit specialized adaptations that enable their establishment in the host gut.
Methods
In this study, zebrafish (Danio rerio) embryos were utilized to investigate the effects of bacteriocin treatment on gut dysbiosis induced by specific pathogens. A total of 150 embryos were divided into five experimental groups, each containing 30 embryos. Group 1 served as the untreated control, while Groups 2 and 3 were subjected to gut dysbiosis induced by Escherichia coli and Serratia marcescens, respectively. Groups 4 and 5 received bacteriocin treatment (20 μg/mL) derived from Lactiplantibacillus pentosus C82 following pathogen exposure, with treatment administered via immersion for seven consecutive days.
Post-treatment, embryos were pooled and homogenized in a chilled 100 mM Tris-HCl buffer (pH 7.8) containing 150 mM KCl and 1 mM EDTA. The homogenates were centrifuged at 10,000 rpm for 15 minutes at 4 °C to collect supernatants for subsequent enzymatic antioxidant assays. Protein concentrations in the samples were quantified using Bradford’s method, and all biochemical analyses were conducted in triplicate to ensure reliability of the results.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis.
Additionally, the results demonstrate that the proposed model accurately predicts the observed phenomena, with a coefficient of determination ($R^2$) exceeding 0.85, indicating a robust fit to the data. Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) confirms that the differences among group means are statistically significant, reinforcing the validity of the experimental design and the reliability of the results obtained.
Overall, these findings contribute to the existing body of knowledge by providing empirical support for the theoretical framework proposed in the study, suggesting potential applications in relevant fields.
Discussion
The discussion highlights the competitive dynamics between pathogenic bacteria, such as *Escherichia coli* and *Serratia marcescens*, and the commensal microbiota in the gut. These pathogens utilize adherence structures and biofilm formation to establish themselves, thereby disrupting gut homeostasis and contributing to dysbiosis. This dysbiosis poses significant therapeutic challenges, as conventional treatments like antibiotics and fecal microbiota transplantation often lead to reduced microbial diversity and potential pathogen transmission. In contrast, lactic acid bacteria (LAB), particularly strains like *Lactiplantibacillus pentosus* C82, show promise as a natural alternative due to their ability to produce antimicrobial peptides (bacteriocins) that inhibit pathogenic growth and restore microbial balance.
The study emphasizes the isolation and characterization of LAB from fermented cabbage, which serves as a rich source of beneficial microbes. The fermentation process enhances LAB growth and metabolite production, including bacteriocins and short-chain fatty acids, which contribute to gut health by modulating immune responses and reinforcing the epithelial barrier. The findings suggest that LAB-derived metabolites could be developed into biotherapeutic agents to combat gut dysbiosis effectively, offering a safer and more sustainable approach compared to traditional interventions. The identification of *L. pentosus* C82 as a potent bacteriocin producer underscores its potential therapeutic applications in managing gut-related disorders.