DOI: https://doi.org/10.1007/s00284-026-04721-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41524909
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Rodica-Anita Varvara وآخرون
الموضوع الرئيسي: المغنيسيوم في الصحة والمرض
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في قدرة سلالة البروبيوتيك Lacticaseibacillus rhamnosus ATCC 53,103 على امتصاص وتخزين أيونات المغنيسيوم من كبريتات المغنيسيوم (MgSO₄) تحت تركيزات مختلفة. وجدت الدراسة أنه عند تركيز 0.722 جرام/لتر من MgSO₄، بلغت مستويات المغنيسيوم داخل الخلايا ذروتها عند حوالي 0.7 ملغ/ديسيلتر بحلول اليوم الثالث، مما يمثل زيادة بمقدار سبع مرات مقارنةً بالتحكم. كشفت التحليلات الشكلية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح والمجهر الإلكتروني الناقل عن تغييرات كبيرة في هيكل الخلية، بما في ذلك الأسطح المتموجة وزيادة وضوح الريبوسومات، مما يشير إلى أن L. rhamnosus يمكن أن تخزن المغنيسيوم بشكل فعال، مما قد يعزز دورها كحامل ميكروبي للتطبيقات الغذائية.
تسلط النتائج الضوء أيضًا على أهمية المغنيسيوم لنمو ووظائف L. rhamnosus الأيضية، حيث أظهرت ديناميات النمو تكاثرًا مثاليًا عند 0.722 جرام/لتر من MgSO₄، حيث وصلت إلى 2.6 × 10⁹ CFU/مل بحلول اليوم الثالث. تقترح الدراسة أن المغنيسيوم يتم تنظيمه بنشاط داخل البكتيريا، حيث تساهم كل من برك المغنيسيوم المرتبطة بجدار الخلية والمغنيسيوم داخل الخلايا في عملياتها الفسيولوجية. تشير استراتيجية التقسيم المزدوج الملاحظة – حيث يتم ربط المغنيسيوم بإحكام داخل هياكل الريبوسومات والأحماض النووية ويرتبط بشكل فضفاض بجدار الخلية – إلى أن L. rhamnosus يمكن أن تعمل كخزان للمغنيسيوم القابل للاستخدام البيولوجي في الأمعاء. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف آثار هذه النتائج على صحة المضيف وإمكانية توصيل المغنيسيوم بواسطة البروبيوتيك.
مقدمة
المغنيسيوم (Mg²⁺) هو معدن حيوي يشارك في أكثر من 300 تفاعل إنزيمي يدعم وظائف فسيولوجية متنوعة، بما في ذلك نشاط العضلات والأعصاب، وتنظيم ضغط الدم، والصحة العقلية. على الرغم من أهميته، فإن جزءًا كبيرًا من سكان الولايات المتحدة لا يفي بالمدخول اليومي الموصى به من المغنيسيوم، ويرجع ذلك أساسًا إلى العادات الغذائية وبعض الحالات الصحية. يمكن أن يؤدي نقص Mg²⁺ إلى مجموعة من المشكلات الصحية، من التعب وتقلصات العضلات إلى مضاعفات شديدة مثل أمراض القلب والأوعية الدموية وهشاشة العظام. لذلك، فإن ضمان تناول كافٍ من المصادر القابلة للاستخدام البيولوجي أمر ضروري، ومع ذلك، غالبًا ما تواجه المكملات التقليدية تحديات تتعلق بالامتصاص والاحتفاظ.
سلطت الأبحاث الحديثة الضوء على إمكانيات البروبيوتيك، وخاصة سلالات Lacticaseibacillus، كحاملات غذائية لتعزيز التوافر الحيوي للمعادن مثل Mg²⁺. يمكن أن تحسن هذه البروبيوتيك امتصاص المعادن من خلال آليات مثل تبادل الأيونات والتعقيد، وقد تؤثر أيضًا على استقلاب المضيف من خلال إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة التي تعزز قابلية ذوبان المعادن وصحة الأمعاء. تهدف الدراسة الحالية إلى التحقيق في قدرة Lacticaseibacillus rhamnosus على تخزين Mg²⁺ أثناء التخمر مع مكملات كبريتات المغنيسيوم، مما يعزز إمكاناتها الغذائية. تسعى هذه الأبحاث إلى تحسين مسارات امتصاص الميكروبات وتطوير بروبيوتيك متقدمة قادرة على توصيل المغذيات الدقيقة القابلة للاستخدام البيولوجي، مما يعالج المشكلة الواسعة النطاق لنقص المغنيسيوم.
طرق
في قسم الطرق، استخدمت الدراسة مواد ومركبات متنوعة، جميعها من الدرجة التحليلية. تم الحصول على مكونات وسط الثقافة من Sigma-Aldrich (شتاينهايم، ألمانيا)، بينما تم الحصول على الأجار، المستخدم كوسط لزراعة الخلايا، من Applichem (أوماها، نبراسكا، الولايات المتحدة الأمريكية). بالإضافة إلى ذلك، تم شراء مجموعة اختبار المغنيسيوم (BA0045) أيضًا من Sigma-Aldrich (دارمشتات، ألمانيا)، مما يدل على الاعتماد على الموردين الموثوقين لمكونات التجربة. تؤكد هذه الاختيارات الدقيقة للمواد التزام الدراسة بالحفاظ على معايير عالية في نهجها المنهجي.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، تظهر النتائج أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى علاقة خطية قوية.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف الدراسة أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج، كما يتضح من مقارنة ما قبل وما بعد الاختبار. كان حجم التأثير المحسوب $d = 1.2$، مما يشير إلى تأثير كبير. تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للفرضية المقترحة واقتراح آثار محتملة للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية في هذا المجال.
مناقشة
تبحث الدراسة في قدرة *Lacticaseibacillus rhamnosus* (ATCC 53103) على تخزين المغنيسيوم (Mg²⁺) تحت تركيزات مختلفة من كبريتات المغنيسيوم (MgSO₄) وآثارها على وظيفة البروبيوتيك. عند زراعتها في مرق MRS، أظهرت البكتيريا امتصاصًا يعتمد على التركيز والزمن لـ Mg²⁺، حيث وصلت مستويات المغنيسيوم داخل الخلايا إلى حوالي 7 ملغ/جرام من الكتلة الجافة. تشير النتائج إلى أن امتصاص المغنيسيوم ليس مجرد عملية سلبية ولكن يتم تنظيمه بنشاط، كما يتضح من الزيادة الكبيرة في مستويات Mg²⁺ داخل الخلايا بعد الوصول إلى تركيز عتبة من MgSO₄. في ظروف خالية من المغنيسيوم، انخفضت صلاحية الخلايا بشكل حاد، مما يبرز الدور الأساسي لـ Mg²⁺ في العمليات الخلوية مثل تكرار الحمض النووي ونشاط الإنزيمات.
كشفت التحليلات الشكلية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM) عن تعديلات هيكلية في خلايا *L. rhamnosus* المرتبطة بمكملات المغنيسيوم. أظهرت الخلايا المزروعة مع MgSO₄ أسطحًا متموجة وزيادة في وضوح الريبوسومات، مما يشير إلى زيادة النشاط الأيضي وتخزين المغنيسيوم داخل الخلايا. تفترض الدراسة أن *L. rhamnosus* يمكن أن تعمل كبروبيوتيك ذات وظيفة مزدوجة، تعزز صحة الأمعاء بينما تعمل كحامل حيوي للمغنيسيوم، مما قد يحسن من توافر المعادن في المضيف. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف الآليات الجزيئية لنقل المغنيسيوم وآثار توصيل المغنيسيوم بواسطة البروبيوتيك على الفسيولوجيا.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00284-026-04721-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41524909
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Rodica-Anita Varvara et al.
Primary Topic: Magnesium in Health and Disease
Overview
This research investigates the ability of the probiotic strain Lacticaseibacillus rhamnosus ATCC 53,103 to uptake and internalize magnesium ions from magnesium sulfate (MgSO₄) under varying concentrations. The study found that at a concentration of 0.722 g/L MgSO₄, intracellular magnesium levels peaked at approximately 0.7 mg/dL by Day 3, representing a sevenfold increase compared to the control. Morphological analyses using scanning and transmission electron microscopy revealed significant changes in cell structure, including ruffled surfaces and enhanced ribosomal visibility, indicating that L. rhamnosus can effectively internalize magnesium, which may enhance its role as a microbial carrier for nutribiotic applications.
The findings also highlight the importance of magnesium for the growth and metabolic functions of L. rhamnosus, with growth kinetics showing optimal proliferation at 0.722 g/L MgSO₄, reaching 2.6 × 10⁹ CFU/mL by Day 3. The study suggests that magnesium is actively regulated within the bacterium, with both cell wall-associated and intracellular magnesium pools contributing to its physiological processes. The dual compartmentalization strategy observed—where magnesium is tightly bound within ribosomal and nucleic acid structures and loosely associated with the cell wall—indicates that L. rhamnosus could serve as a reservoir for bioaccessible magnesium in the gut. Future research is recommended to explore the implications of these findings for host health and the potential for probiotic-mediated magnesium delivery.
Introduction
Magnesium (Mg²⁺) is a crucial mineral involved in over 300 enzymatic reactions that support various physiological functions, including muscle and nerve activity, blood pressure regulation, and mental health. Despite its significance, a substantial portion of the U.S. population does not meet the recommended daily intake of magnesium, primarily due to dietary habits and certain health conditions. Mg²⁺ deficiency can lead to a range of health issues, from fatigue and muscle cramps to severe complications such as cardiovascular disease and osteoporosis. Therefore, ensuring adequate intake from bioavailable sources is essential, yet conventional supplementation often faces challenges related to absorption and retention.
Recent research has highlighted the potential of probiotics, specifically Lacticaseibacillus strains, as nutribiotic carriers to enhance the bioavailability of minerals like Mg²⁺. These probiotics can improve mineral absorption through mechanisms such as ion exchange and chelation, and they may also influence host metabolism by producing short-chain fatty acids that enhance mineral solubility and intestinal health. The present study aims to investigate the capacity of Lacticaseibacillus rhamnosus to internalize Mg²⁺ during fermentation with magnesium sulfate supplementation, thereby enhancing its nutribiotic potential. This research seeks to optimize microbial uptake pathways and develop advanced probiotics capable of delivering bioavailable micronutrients, addressing the widespread issue of magnesium deficiency.
Methods
In the Methods section, the study utilized various materials and reagents, all of which were of analytical grade. The culture media components were sourced from Sigma-Aldrich (Steinheim, Germany), while agar, used as a cell culture medium, was obtained from Applichem (Omaha, NE, USA). Additionally, the Magnesium assay kit (BA0045) was also procured from Sigma-Aldrich (Darmstadt, Germany), indicating a reliance on reputable suppliers for the experimental components. This careful selection of materials underscores the study’s commitment to maintaining high standards in its methodological approach.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. For instance, the results demonstrate that variable $X$ positively influences variable $Y$, with a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a strong linear relationship.
Additionally, the study reveals that the intervention applied led to a measurable improvement in the outcomes, as evidenced by a pre- and post-test comparison. The effect size calculated was $d = 1.2$, indicating a large effect. These findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the proposed hypothesis and suggesting potential implications for future research and practical applications in the field.
Discussion
The study investigates the capacity of *Lacticaseibacillus rhamnosus* (ATCC 53103) to internalize magnesium (Mg²⁺) under varying concentrations of magnesium sulfate (MgSO₄) and its implications for probiotic functionality. Cultured in MRS broth, the bacterium demonstrated a concentration- and time-dependent uptake of Mg²⁺, with intracellular levels reaching approximately 7 mg/g dry biomass. The findings indicate that magnesium uptake is not merely a passive process but is actively regulated, as evidenced by the significant increase in intracellular Mg²⁺ levels after a threshold concentration of MgSO₄ was reached. In magnesium-free conditions, cell viability sharply declined, underscoring the essential role of Mg²⁺ in cellular processes such as DNA replication and enzyme activity.
Morphological analyses using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) revealed structural modifications in *L. rhamnosus* cells associated with magnesium supplementation. Cells grown with MgSO₄ exhibited ruffled surfaces and increased ribosome prominence, suggesting enhanced metabolic activity and intracellular magnesium sequestration. The study posits that *L. rhamnosus* could serve as a dual-function probiotic, enhancing gut health while acting as a bio-carrier for magnesium, potentially improving mineral bioavailability in the host. Future research is recommended to explore the molecular mechanisms of magnesium transport and the physiological impacts of probiotic-mediated magnesium delivery.