1. ábra Az inzerten tenyésztett sejtek transzepithelialis elektromos rezisztencia /TER/ mérése - PDF
Download "1. ábra Az inzerten tenyésztett sejtek transzepithelialis elektromos rezisztencia /TER/ mérése"
1 Az OTKA által támogatott, azonosító számú A bélhámsejtek oxidatív stressz okozta gyulladásának gátlása probiotikus tejsavbaktériumokkal: hatásmechanizmus és alkalmazhatóság antibiotikum-helyettesítő hozamfokozásra választási malacokon című pályázat zárójelentése. Az elmúlt években a kis-dózisú antibiotikumok hozamfokozóként való felhasználását az Európai Közösség betiltotta, mivel bizonyos antibiotikumokkal szemben egyes kórokozó baktériumokban rezisztencia alakult ki. Ebből adódóan egyre növekszik az igény, hogy a kisdózisú antibiotikumokat különféle természetes anyagok, probiotikumok váltsák fel. A probiotikumok olyan élő mikrobiális táp- illetve élelmiszer kiegészítők, amelyek elfogyasztva jótékony hatással vannak a gazdaszervezet egészségi állapotára, jó közérzetére. A probiotikumok pozitív hatásait már számos esetben igazolták a bélrendszer fertőzéseinek, rendellenességeinek illetve betegségeinek megelőzésében és/vagy kezelésében, azonban a jelenségek mögött húzódó mechanizmusok még sok esetben felderítésre várnak. Jelen pályázatban probiotikus baktériumok és anyagcsere termékeik hatását kívántuk tanulmányozni oxidatív stressz okozta citokin-termelődés (IL-6, IL-8, TNF-α) mérséklésére. Előkísérletek. Munkánk során először hidrogén-peroxiddal és a probiotikus baktériummal történő kezelés körülményeit pontosítottuk, hogy modellünk megfelelő legyen a további IPEC-J2 sertés jejunum sejtvonalon végzendő vizsgálatokhoz. Az előkísérletekhez humán vastagbél adenokarcinoma sejtvonalat (CaCo-2) használtunk, amely hasonlóan és spontán módon differenciálódik (transzepithelialis elektromos rezisztencia /TER/ mérés, 1. ábra), mint a további kísérletekhez alkalmazott IPEC-J2 sertés jejunum sejtvonal. 1. ábra Az inzerten tenyésztett sejtek transzepithelialis elektromos rezisztencia /TER/ mérése Vizsgáltuk a tenyésztés (tenyésztőedény felületén /inzert nélkül/, vagy membránon /inzerten/ szaporított sejtek), a H 2 O 2 kezelés (koncentráció és időtartam) és a kereskedelmi forgalomban
2 kapható, bizonyítottan probiotikus törzsek sejtmentes szűrletével történő kezelés körülményeinek (/a/ előkezelés tejsavbaktériumok sejtmentes szűrletével, majd H 2 O 2 kezelés, /b/ tejsavbaktériumok sejtmentes szűrletével és H 2 O 2 -val egy időben történő kezelés, majd végül /c/ H 2 O 2 -val, majd a tejsavbaktériumok sejtmentes szűrletével történő kezelés) hatását a sejtek életképességére (nekrózis, apoptózis) és IL-8 termelésére. Eredményeink szerint az egy órás H 2 O 2 kezelés esetén fellépő oxidatív-stressz következtében 24 óra múlva kialakuló sejthalál az inzert nélkül szaporított sejtek esetén már 1 mmol/l H 2 O 2 kezelés során is fellép. Hasonló koncentrációjú (1 mmol/l H 2 O 2 ) és időtartamú (1 óra) kezelésre az inzerten tenyésztett sejtek jóval ellenállóbbnak bizonyultak. Az inzerten szaporított sejtek esetében a sejthalál (nekrózis) csak 10 mmol/l vagy annál nagyobb koncentrációban alkalmazott H 2 O 2 kezelést követően (már 24 órán belül) jelentkezett. Az inzerten tenyésztett sejtek esetében a TER alakulását az 1 mmol/l H 2 O 2 kezelés nem változtatta meg szignifikánsan. A H 2 O 2 kezelést követően kialakuló sejthalál típusa mind az inzert nélkül (1 mmol/l H 2 O 2 kezelés), mind az inzerten (10 mmol/l H 2 O 2 kezelés) szaporított sejtek esetben nekrózisnak mutatkozott (DAPI festés), apoptózisra utaló jegyeket nem tudtunk kimutatni (Annexin V festés). Mind az inzert nélkül, mind az inzerten tenyésztett sejtek esetében a tápfolyadékban mérhető IL-8 koncentráció emelkedése a H 2 O 2 kezelés koncentrációjával szignifikáns pozitív korrelációt mutatott és időfüggő volt, bár az inzerten az apikális H 2 O 2 kezelést követően az IL-8 apikálisan mérhető koncentrációja szignifikánsan alacsonyabb volt, mint az inzert nélkül tenyésztett sejtek esetében. Az inzerten tenyésztett sejteknél az apikális H 2 O 2 kezelést követően az IL-8 apikálisan mérhető koncentrációja szignifikánsan magasabb volt, mint bazolaterálisan. A probiotikus baktérium szűrletével (Lactobacillus plantarum 2142) történő kezelés legjobban a H 2 O 2 kezeléssel együtt alkalmazva csökkentette szignifikánsan az IL-8 szekréciót az inzert nélkül szaporított sejtek esetében. Vizsgálataink szerint az IL-8 szekréció csökkenés időfüggő volt. Abban az esetben, amikor a probiotikus baktériumok szűrletét a H 2 O 2 kezelés előtt vagy után alkalmaztuk, nem kaptunk szignifikánsan csökkenő változást a sejtek IL-8 termelésében. Előkísérleteink alapján az IPEC-J2 sejtvonallal tervezett vizsgálatainkat a következőképpen végeztük: az oxidatív stressz okozta gyulladásos folyamatok tanulmányozására a sejteket kizárólag membrán inzerten szaporítottuk, az apikális és bazolaterális kompartmentek kialakulását a TER növekedésével kontrolláltuk. Az akut oxidatív stressz kiváltására 1 mmol/l H 2 O 2 kezelést használtuk, mivel az nem okozott nekrózist a kezelést követő 24 órában. A génexpresszióban bekövetkező változásokat a H 2 O 2 kezelést követően 0,5; 1, 2, 4 órával vizsgáltuk. A H 2 O 2 hozzáadását a sejtekhez apikálisan végeztük és az IL-8 szekréciót mind az
3 apikális, mind a bazolaterális kompartmentből meghatároztuk. Megállapítottuk, hogy a tejsavbaktériumok sejtmentes szűrletével történő kezelést a H 2 O 2 kezeléssel együtt szükséges alkalmazni. A 2009-es kutatási évben beszereztük az IPEC-J2 sejteket, amelyek optimális szaporodását ellenőriztük. Az IPEC-J2 sejtvonalat újszülött (12 órásnál fiatalabb) sertés jejunumból izolálták. A sejtek fenntartásához és szaporításához DMEM/F12 (Mediatech) tápfolyadékot használtunk, amelyet kiegészítünk 5% hőinaktivált (56 C, 30 perc) FBS-sel (Hyclone). A sejtek optimális életkörülményeinek biztosítása érdekében a médiumhoz 5 μg/ml inzulint, 5 μg/ml transzferrint és 5 ng/ml szelént (ITS premix, BD Biosciences), valamint epidermális növekedési faktort (EGF, Fisher 5ng/ml) adtunk. Az alkalmazott antibiotikum penicillin/streptomycin keverék (500 I.U. penicillin/ml és/500 μg/ml streptomicin) volt. A sejtek növekedése lassú (osztódási idő kb. 48 óra), ezért a passzálás 7-10 naponta történt. A passzálást 0,05% tripszin/0,02% EDTA oldattal végeztük, mely a sejteket nem károsította. A sejtek lefagyasztásához szükséges médium megegyezett a fenntartásukhoz alkalmazott tápfolyadékkal, kiegészítve 10% DMSO-val. A lefagyasztást a következő protokoll szerint végeztük: 4 óra -80 C-on ultramélyhűtőben izopropil-alkoholt tartalmazó fagyasztóedényben (Cryo 1 Degree C Freezing Container, NALGENE), majd 4 óra elteltével a sejteket folyékony nitrogénbe tettük és ott tároltuk a további felhasználásig (az eddig lefagyasztott sejttenyészetek száma 34 cső). A fagyasztási eljárás sikerességét többször ellenőriztük (letapadás 10-15%, konfluenssé válás 1-2 nap). A további kísérletekhez a folyékony nitrogénben tárolt sejteket használtuk és minden kísérlet sorozathoz újabb nitrogénben tárolt sejttenyészeteket indítunk, hogy elkerüljük a hosszú távú fenntartás során fellépő változásokat, amelyek során a sejtek fokozottan érzékennyé válnak az oxidatív stresszel szemben, ami Caco-2 sejtek esetében is kialakul. A sejtek Mycoplasma mentességét szintén ellenőriztük (PCR vizsgálat). I. KÜLÖNBÖZŐ TÍPUSÚ MEMBRÁN INZERTEKEN TENYÉSZTETT IPEC-J2 HÁMSEJTEK NÖVEKEDÉSE ÉS H 2 O 2 -KEZELÉST KÖVETŐ GÉNEXPRESSZIÓJA Vizsgálataink során a megfelelő modell kialakítása érdekében összehasonlítottuk a polikarbonát (PC) és a kollagénnel bevont poliészter (PE) inzertek hatását az IPEC-J2 sejtek polarizáltságára, valamint a hidrogén-peroxid kezelés hatását tanulmányoztuk a citokin expresszióra (2. ábra, 1. táblázat). A kollagénnel bevont poliészter (PE) inzerteken
4 TER_Ohmxcm tenyésztett IPEC-J2 sejtek már 1-2 nappal a kiültetés után maximálisan befedték az inzert felületét, ami mikroszkóppal jól megfigyelhető volt. A 8. naptól kezdve a transzepithelialis rezisztencia (TER) gyors növekedést mutatott és a napra elérte a maximumát (~ Ohmxcm 2 ), ami a sejtek maximális polarizáltsági fokát mutatta. A polikarbonát (PC) inzerten a TER alakulása az idő függvényében hasonlóan változott, a sejtek azonban csak a napra érték el a maximális TER-értékeket, ami azonban alacsonyabb volt, mint a kollagénnel bevont (PE) inzerteken tenyésztett sejtek esetében (~ Ohmxcm 2 ) time_days 2. ábra A két különböző típusú inzerten tenyésztett IPEC-J2 sejtek TER értékének alakulása. Üres körök kollagénnel bevont poliészter membrán (PE), telt körök polikarbonát membrán (PC). 1. táblázat A TER értékének jellemzői polikarbonát és kollagénnel bevont poliészter membránon tenyésztett sejteknél. Átlag ± SEM, n=7 TER Polikarbonát membrán (PC) Kollagénnel bevont poliészter membrán (PE) TER növekedés kezdete 8. nap 8. nap TER növekedésének napi 663 Ohmxcm Ohmxcm 2 mértéke Maximális TER 6135 ± 154 Ohmxcm ± 46 Ohmxcm 2 Megállapítottuk, hogy a kollagénnel bevont poliészter membrán inzert alkalmasabb az IPEC- J2 sejtek tenyésztésére, mint a polikarbonát inzert (TER növekedés mértéke és a végső TER magasabb az előbbi esetben). A mm H 2 O 2 -vel való kezelés nem változtatta meg az IPEC-J2 tenyészet TER-jét, 2 mm ~20%-os, 4 mm ~40%-os csökkenést okozott. A mm H 2 O 2 -vel való kezelés nem okozott az IPEC-J2 tenyészetben nekrózist, míg 2 mm a sejtek ~10%-ában, 4 mm ~15%-ában okozott nekrózist (3., 4. ábrák).
5 TER (% of initial values) / Proprtion of necrotic cells (%) a a a b Necrotic cells TER c b b a a a H 2 O 2 concentration (mm) 3. ábra H 2 O 2 kezelés hatása a TER és a nekrotikus sejtek %-os alakulására. A különbözően jelölt csoportok közti eltérés szignifikáns (P<0,05) Átlag ± SEM, n=3 A nagyobb hidrogén-peroxid koncentrációknál mért mérsékeltebb génexpresszió növekedésre a sejttenyészet sérülése adhat magyarázatot; ezt bizonyítja, hogy a hidrogén-peroxid koncentráció emelésével megnőtt a nekrotikus sejtek aránya (DAPI festés). Kontroll 4 mm H 2 O 2 Nomarski felvétel Fluoreszcens felvétel 4. ábra H 2 O 2 kezelés hatása a nekrózis mértékének alakulására kollagénnel bevont poliészter membrán inzerten tenyésztett IPEC-J2 sejttenyészetben. A DAPI festés alapján (kék színben előtűnő fluoreszcencia) megállapítható, hogy a mm H 2 O 2 -dal történő kezelés nem okoz sejtkárosodást. A 2 és 4 mm H 2 O 2 -dal történő kezelés a sejtek ~10 illetve ~15%-ában nekrózist okoz. A vizsgált sejtkapcsoló fehérjék (E-cadherin, claudin-1) eloszlásában nem tapasztaltunk változást a H 2 O 2 kezelés hatására (5. ábra).
6 Relative gene expression level Kontroll 2 mm H 2 O 2 4 mm H 2 O 2 10 μm 10 μm 10 μm 10 μm 10 μm 10 μm 5. ábra Sejtkapcsoló fehérjék kimutatása kollagénnel bevont poliészter membrán inzerten tenyésztett egyrétegű IPECJ-2 sejttenyészetben. A sejteket hidrogén-peroxid eltérő koncentrációival 1 órán át kezeltük. Az E-cadherint (felső sor) és a claudin-1 (alsó sor) kimutatása immunhisztokémiai módszerrel történt. A sejtek közötti barna színreakció az E- cadherin és a claudin-1 pozitivitást mutatja. A membrán pórusai a felvételeken jól kivehetők. A gyulladásos citokinek szintjének változását az alkalmazott peroxid mennyisége és a kezelés után választott regenerálódási idő jelentősen befolyásolja. Az IL-8 és a TNF-α expressziója (qrt-pcr) 1 mm hidrogén-peroxid hatására emelkedett meg a legnagyobb mértékben a PE, inzerten, a koncentráció további növekedésével az up-reguláció mértéke fokozatosan mérséklődött: az IL-8 expressziója már 4 mm hidrogén-peroxiddal való kezelésnél visszatért az alapszintre, míg a TNF-α esetében ez a kezelés az up-reguláció mértékét csökkentette (6. ábra). A H 2 O 2 adása nem változtatta meg az IL-6 szintjét a mm koncentráció tartományban F F E b E a a c IL-8 TNF-α Peroxide conc (mm) 6. ábra Az IL-8 szintje megemelkedett mm H 2 O 2 hatására, a legnagyobb expressziót (~3.5x) az 1 mm H2O2 kezelés esetében tapasztaltuk. A TNF-α szintje mm H 2 O 2
7 IL-8 (pg/ml) Relative gene expression level hatására megnövekedett, a leginkább (5-6x-os növekedés) 1-2 mm H 2 O 2 kezelés esetében. A különbözően jelölt csoportok közti eltérés szignifikáns (P<0,05) Átlag ± SEM. n=3 A H 2 O 2 kezelés mintavételi idő függvényében is befolyásolta az IL-8 és TNF- citokinek génexpresszióját (7. ábra), míg az IL-6-ét nem változtatta meg B B b b b C c D d E Sampling time (hr) IL-8 TNF-α 7. ábra Az IL-8 expressziója növekedést mutatott a kezelés után 4 óráig, majd a transzkripció erőteljesen lecsökkent (~3.5x-ös down-reguláció). A TNF-α szintje megemelkedett a kezelés után 1 óráig, majd szintén erőteljesen lecsökkent (~6x-os down-reguláció). A különbözően jelölt csoportok közti eltérés szignifikáns (P<0,05) Átlag ± SEM. n=3 Az IL-8 citokin mennyisége az apikális médiumban idő-függő módon növekedést mutatott, míg a bazolaterális médiumban nem változott meg (8. ábra). 120 d c Apical 40 b Basolateral a a a a a a a Recovery time (hour) 8. ábra Az IL-8 kimutatása ELISA módszerrel. Az IL-8 mennyisége megnőtt az apikális médiumban 1 mm H 2 O 2 kezelés hatására. A növekedés a kezelés után 4 órával már mérhető volt (60 pg/ml). A kezelés után 24 órával 135 pg/ml IL-8 szint volt mérhető. A bazolaterális médiumban az IL-8 mennyiségének változását nem tapasztaltuk. A hidrogén-peroxid kezelés egyik koncentrációban és egyik inzert esetében sem volt hatással az IL-6 expresszió szintjére. A mért citokinek expressziója bár hasonlóan alakult mindkét
8 inzert esetében, a jobb polarizáltság (differenciáltság) miatt a kollagénnel bevont PE membrán inzert alkalmasabbnak bizonyult az IPEC-J2 sejtek tenyésztésére, mint a PC membrán inzert, továbbá az 1 mm, egy órán keresztül tartó hidrogén-peroxid kezelés tűnt a legmegfelelőbbnek, mivel a TER változást nem mutatott. A bemutatott I. számú munkából a következő publikációnk jelent meg: Erzsebet Paszti-Gere, Edina Csibrik-Nemeth, Krisztina Szeker, Rita Csizinszky, Csaba Jakab, Peter Galfi: Acute Oxidative Stress Affects IL-8 and TNF-α Expression in IPEC-J2 Porcine Epithelial Cells. INFLAMMATION doi: /s p. 11 (2011) II. Hogyan befolyásolja az oxidatív stressz és a probiotikumokkal történő kezelés a sertésbélhámsejtek aktivitását? Kutatási munkánk eredeti célja egy olyan in vitro rendszer létrehozása volt, amely a bélgyulladást előidéző, kísérleti körülmények között hidrogén-peroxid kezeléssel kiváltott, akut oxidatív ingerek modellezésére valamint a védő hatású vegyületek tesztelésére alkalmazható. Vizsgálataink arra irányultak, hogy a probiotikumok sejtmentes felülúszója hogyan befolyásolja a bélhámsejtek oxidatív stresszre adott válaszát, és képes-e megvédeni azokat a károsodásoktól. Célunk volt továbbá, hogy a bakteriális felülúszóból olyan aktív komponenseket azonosítsunk, amelyek szerepet játszhatnak a védőhatásban. Az akut oxidatív stressz és a probiotikumok hatásának vizsgálatához kollagénnel bevont poliészter membrán (PE) inzerten tenyésztett, újszülött sertés jejunum eredetű IPEC-J2 sejtvonalat alkalmaztunk. A peroxiddal kezelt IPEC-J2 sejtekben a gyulladásos citokinek (IL- 8 és TNF-α) és a védő hatású hősokk fehérje 70 (Hsp 70) relatív génexpresszióját kvantitatív real-time PCR-rel határoztuk meg a probiotikus baktériumtörzsek (Lactobacillus plantarum 2142, Lactobacillus casei Shirota, Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12, Bacillus amyloliquefaciens CECT 5940, Enterococcus faecium CECT 4515) felülúszójának (SMSz=SCS), illetve a rövid szénláncú szerves savak hozzáadását követően. O-dianizidin festékképzési módszeren alapuló méréssel vizsgáltuk az általunk használt probiotikum SCSek és a hidrogén-peroxid közötti kémiai interakció jelenlétét. A L. plantarum 2142 sejtmentes felülúszójában lévő anyagcsere termékek koncentrációfüggő változásokat okoztak a citokin génexpresszióban. Az 1mM H 2 O 2 -dal kiváltott citokin
9 Hsp 70 relative gene expression expressziót az alacsonyabb dózisban alkalmazott sejtmentes felülúszó (3,33%v/v és a 6.66%v/v) nem befolyásolta, az indikátor citokinek szintjének emelkedése ugyanolyan mértékűnek adódott a szűrletet is tartalmazó illetve a csak 1 mm hidrogén-peroxiddal kezelt minták esetében. Nagyobb koncentrációban, 13,3%v/v-ban jelenlévő sejtmentes felülúszó azonban szignifikánsan gátolta a hidrogén-peroxiddal kezelt IPEC-J2 sejtekben az IL-8 és a TNF-α expresszió szintjének növekedését. Kísérleti eredményeink alátámasztják, hogy a L. plantarum 2142 anyagcseretermékei IPEC-J2 bélhámsejteken oxidatív stressz körülményei között a gyulladásos citokin génexpresszió upregulációját hatékonyan csökkentik. A Lactobacillus plantarum 2142 SMSz nemcsak hatékonyan csökkentette az IL-8 és a TNF-α szintjét, hanem növelte a Hsp70 génexpresszióját (9., 10. ábra). 9. ábra A L. plantarum 2142 SCS hatása az IL-8 és TNF-α expresszióra. Az IPEC-J2 sejteket 1mM H 2 O 2 -val, illetve felülúszóval/ tápoldattal való kombinációban (H 2 O 2 +13,3 v/v% SCS, H 2 O 2 +13,3 v/v% MRS (baktérium tenyésztésre használt tápfolyadék) kezeltük. A különböző betűkkel jelölt csoportok közti eltérés szignifikáns (P<0,05) Átlag ± SEM. n=3 10 * 9 8 d a c c 1 b 0 H2O2 MRS H2O2+MRS SCS H2O2+SCS 10. ábra A L. plantarum 2142 SCS hatása a Hsp70 expresszióra. Az IPEC-J2 sejteket 1mM H 2 O 2 -val, illetve felülúszóval/ tápoldattal való kombinációban (H 2 O 2 +13,3 v/v% SCS,
10 H 2 O 2 +13,3 v/v% MRS (baktérium tenyésztésre használt tápfolyadék) kezeltük. A különböző betűkkel jelölt csoportok közti eltérés szignifikáns (P<0,05) Átlag ± SEM. n=3 Kimutattuk, hogy a gyulladáscsökkentő hatás alapja nem a felülúszó és a hidrogén-peroxid közötti kölcsönhatás (2. táblázat). Nincs kémiai reakció (p> 0.05) a L. plantarum 2142, E. faecium, L. casei Shirota felülúszója és a H 2 O 2 között. A B. amyloliquefaciens felülúszójában lévő termékek esetében szignifikáns peroxidbontás detektálható. A BB-12 tápoldata cisztein tartalma miatt önmagában is elősegítheti a peroxid bomlását 2. táblázat Kémiai interakció vizsgálata a kiválasztott probiotikumok anyagcseretermékei és a hidrogén-peroxid között o-da alapú spektrofotometriás módszerrel. A vizsgált oldatok összetétele H 2 O 2 koncentráció (mm) Reakcióidő 0 h 1 h %-ban kifejezett csökkenési mérték H 2 O 2 1,04 ± 0,09 0,86 ± 0,05 17,3 H 2 O 2 + MRS 0,96 ± 0,10 0,83 ± 0,08 13,5 H 2 O 2 + SCS (L. plantarum 2142) 1,02 ± 0,02 0,88 ± 0,04 13,7 H 2 O 2 + SCS (L. casei Shirota) 1,00 ± 0,03 0,86 ± 0,02 14,0 H 2 O 2 + SCS (E. faecium) 0,91 ± 0,07 0,84 ± 0,06 7,7 H 2 O 2 + TPY 0,86 0,04 0,54 0,07 37,2 H 2 O 2 + SCS (BB-12) 0,96 0,01 0,54 0,11 43,7 H 2 O 2 + TSB 0,72 0,06 0,50 0,05 30,5 H 2 O 2 + SCS (B. amyloliquefaciens) 0,48 0,04 0,03 0,001 93,7 A probiotikumok jótékony hatásának kiszűrésére vizsgáltuk az akut oxidatív stressznek kitett IPEC-J2 sejtek gyulladásos citokin génexpressziójának módosulását felülúszók jelenlétében qrt-pcr módszerrel. Vizsgálatok alapján az Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12, Enterococcus faecium CECT 4515 védőhatással nem rendelkezik. A Bacillus amyloliquefaciens CECT 5940 felülúszója pedig szignifikánsan fokozta a TNF-α génexpressziót (11. ábra).
11 11. ábra A peroxid által indukált IL-8 and TNF-α upreguláció további növelése (immunstimuláns hatás) (p<0.05) figyelhető meg, TSB-ben tenyésztett, az IPEC-J2 sejtekhez 13.3 v/v%-ban hozzáadott Bacillus amyloliquefaciens felülúszó hatására. Nincs szignifikáns különbség a peroxiddal és tápoldattal illetve a peroxiddal és BB-12-vel (Bifidobacterium animalis subsp. lactis) kezelt sejtek gyulladásos citokin génexpressziójában. A peroxid által előidézett gyulladásos citokin génexpresszió növekedését IPEC-J2 sejtekben az E. faecium felülúszója sem mérsékelte (p>0.05). A kísérleteket három párhuzamos méréssel végeztük, az eltérő betűk szignifikáns különbségeket jeleznek, a kisbetűk az IL-8, a nagybetűk a TNF-α értékekre vonatkoznak. A 12. ábrán a kísérletek előtti és a kezelések utáni TER értékek láthatók. Mindegyik kiindulási sejttenyészeten mért TER érték meghaladta a kísérletek elkezdésének feltételéül szabott 8000 Ohm/cm 2 értéket, és egymástól szignifikánsan nem különböztek. A H 2 O 2, illetve az SMSz vagy MRS hozzáadása sem változtatta meg markánsan a TER-t, ami arra utal, hogy egyik kezelés sem károsította súlyosan az enterocyta-monolayerek integritását.
12 Tejsav koncentráció (mm) TER (Ohm*cm2) TER értékek kezelés előtt és után Kezelés előtt Kezelés után Kontroll H2O2 MRS SMSz H2O2+MRS H2O2+SMSz 12. ábra Az IPEC-J2 sejteken mért TER értékek H 2 O 2, SMSz (L. plantarum 2142 felülúszó), MRS kezelések előtt és után. Az adatok TER érték ± S. E. M-ként kerültek feltüntetésre (n=3). A kiválasztott baktériumtörzsek által termelt szerves savak gyulladáscsökkentésben betöltött szerepének Probiotikumok meghatározásához által termelt végeztük tejsav el a enantiomerek tejsav mennyiségi analízise meghatározását (13. ábra) D-tejsav L-tejsav Lp 2142 Shirota 299v E.faecium 13. ábra A vizsgált baktériumtörzsek tejsav termelésének meghatározása enantiomer kimutatására alkalmas laktát dehidrogenáz enzim alapú méréssel (n=3). A tejsav koncentrációk (D- és L-tejsav) mmol/liter egységben kerültek feltüntetésre. BB 12 B. amyloliquefaciens A racém-, D-, és L-tejsav szerepét a H 2 O 2 kiváltotta oxidatív stresszben a gyulladásos citokinek és a Hsp70 hősokkfehérje termelődésének mértékére a 14. ábra mutatja be. Megállapítható, hogy nincs jelentős különbség a tejsav három módosulatának hatása között:
13 Statisztikailag nem bizonyítható, hogy bármelyik tejsav optikai izomer a felülúszóban jelenlévő koncentrációban szignifikáns védőhatást gyakorolna az oxidatív stresszel szemben ábra Az IPEC-J2 sejteken mért IL-8, TNF-α, és Hsp70 relatív génexpresszió változásai H 2 O 2 és tejsav (LA) kezelések hatására. Eredményeink szerint a Lactobacillus plantarum 2142 által termelt tejsav (racém, L-és D- tejsav) nem csökkentette szignifikánsan a gyulladásos citokinek expresszióját Fehérjeanalitikai módszerek segítségével sikerült kimutatni a Lactobacillus plantarum 2142 által termelt eltérő molekulatömegű fehérje jellegű anyagok jelenlétét. A L. plantarum 2142 gyulladáscsökkentő hatásának hátterében jelentőségük lehet a peptid és fehérje termékeknek. A kda molekulasúlyú fehérjék kimutatásához használt 15% SDS- PAGE elválasztás (festési eljárás: Coomassie Brillant Blue R-250 és ezüst-nitrátos festés) három párhuzamos minta elemzése során két különböző fehérjét mutatott ki a L. plantarum 2142 SMSz-ben, amelyeket az MRS nem tartalmaz. A nagyobb mennyiségben jelen lévő, erősebb sávot adó fehérje mérete a kda közti tartományban van (kb. 21,5 kda), a halványabb sávot adó másik termék molekulatömege 29 és 37 kda közötti (kb. 31,5 kda). Kapilláris zónaelektroforézis segítségével kis molekulatömegű peptidek (<7 kda) jelenlétét mutattuk ki. A 15. ábrán látható elektroforetogramon egy olyan SMSz-ben jelenlévő anyag csúcsa látható, amely a kontrollként használt tápleves, az MRS görbéjén nem található meg. Ez a L. plantarum specifikus peptid 11,86 perces retenciós idővel volt eluálható a kapillárisról.
14 15. ábra A kapilláris zónaelektroforézis (UV detektálás, 200 nm) során kapott elektroforetogram, amely a Lactobacillus felülúszó (SMSz, kék görbe) és a tápleves (MRS kontroll, piros) kis molekulatömegű peptidjeit mutatja. Nyíl jelzi a Lactobacillus plantarum 2142-specifikus peptidet (t ret =11,86 percnél) A bemutatott II. számú munkából a következő publikációt nyújtottuk be: Erzsebet Paszti-Gere, Krisztina Szeker, Edina Csibrik-Nemeth, Rita Csizinszky, Andras Marosi, Orsolya Palocz, Orsolya Farkas, Peter Galfi: Metabolites of Lactobacillus plantarum 2142 prevent oxidative stress-induced overexpression of proinflammatory cytokines in IPEC-J2 cell line INFLAMMATION (pozitív bírálói visszajelzéssel) (2011) III. IPEC-J2 SERTÉS VÉKONYBÉLHÁM SEJTEK PKC IZOENZIM MINTÁZATA (Jelátviteli mechanizmusok aktiválódása oxidatív stressz esetén) Számos irodalmi adat támasztja alá a protein kináz (PKC) izoenzimek kulcsszerepét oxidatív stressz hátterében meghúzódó jelátviteli folyamatok esetén. A protein kináz C (PKC) izoenzimjei közé tartoznak a PKCα, PKCβI, PKCβII, PKCγ (cpkc), az n PKC-k, mint a PKCδ, PKCε, PKCθ, PKCη és az atípusosak, mint a PKCλ, PKCζ és PKCι. Western-blot módszerrel végzett kísérleteink során azt találtuk, hogy a kollagénnel bevont poliészter inzerteken polarizálodott (differenciálódott) IPEC-J2 sejtek PKCζ szintje magas volt, továbbá kimutathatóak voltak a PKCα, PKCδ, PKCε és PKCη izoenzimek. Ugyanakkor teljesen hiányzott a PKCγ. Ez összhangban van azokkal a tanulmányokkal, amelyek szerint a PKCγ elsősorban a bélhám kripta sejtjeire (nem differenciált) jellemző, míg a villus sejtekből (differenciált) szinte teljesen hiányzik. Az 1 mm hidrogén-peroxid kezelés hatására a PKCα szintje a kezelés után 6 órával megemelkedett, míg a PKCε szintje emelkedő, majd csökkenő tendenciát mutatott. Legjelentősebb változásokat a PKCζ szintjében mutatkozott, ennek tendenciája növekvő volt (16. ábra). A PKCδ és PKCη szintje változatlan maradt.
15 1 óra H 2 O 2 K 0h 6h 24h PKCζ GAPD H PKCζ 10min 1óra H 2 O 2 K H 2 O 2 0h 6h 24h ppkcζ/λ (Thr410/403) GAPDH 16. ábra A kísérletek során a ppkcζ (felső kép) és a ppkcζ/λ (Thr410/403) (alsó kép) foszforilált alakjait is vizsgáltuk. A foszforiláció a molekula aktiválódását, és a további jelátviteli mechanizmusban betöltött szerepét mutatja. A vizsgálatok szerint a p-pkcζ/λ molekulában a 410/403 helyen lévő tirozin foszforiláció a hidrogén-peroxid kezelést követően fokozódik. Feltehetően ezek a mechanizmusok játszanak szerepet a citokinek expressziójának változásában. A PKCζ izoenzim több tanulmányban is szerepel, mint az oxidatív károsodásra reagáló PKC enzim, ezért vizsgálata közelebb vihet majd a probiotikumok gyulladásos folyamatokban betöltött védő hatásának alaposabb megértéséhez. A bemutatott III. számú munka alapjául szolgált a következő publikáció: Dorota Garczarczyk, Krisztina Szeker, Peter Galfi, Adam Csordas, Johann Hofmann: Protein kinase Cγ in colon cancer cells: Expression, Thr 514 phophorylation and sensitivity to butyratemediated upregulation as related to the degree of differentiation CHEMICO-BIOLOGICAL INTERACTION 185(1): (2010)
16 IV/A Tight junction vizsgálatok: Claudin-1, -4 és -7 immunhisztokémiai kimutatása sertésjejunumból A claudin-1, -4, és -7 immunhisztokémiai vizsgálatát újszülött és kifejlett sertések jejunumában is elvégeztük (17. ábra). 17. ábra Bal oldal: A. Az újszülött malac jejunum claudin-1 negatív (nyílak). (IH, 400x, Szakasz: 20 μm). B. Claudin-4 membrán pozitivitás újszülött malac jejunumban (nyilak) (IH, 400x, Szakasz: 20 μm). C. Fals claudin-4 pozitivitás a villus apikális részén a tubulovezikuláris rendszerben (nyilak) (IH, 400x, Szakasz: 20 μm). D. Intenzív diffúz lineáris membrán claudin-7 pozitivitás a formalinnal fixált paraffinba ágyazott jejunum mintákban (nyilak). Jobb oldal: A. Claudin-1 negativitás felnőtt sertés jejunumban (nyilak). B. Claudin-4 membrán pozitivitás felnőtt sertés jejunumban (nyilak). C. Gyenge claudin-7 pozitivitás a kripta sejtekben (nyilak) és erőteljesebb claudin-7 pozitivitás a felnőtt sertés jejunumában található villusok proximális bélhámsejtjeiben. D. Diffúz lineáris claudin-7 pozitivitás a felnőtt sertés jejunumban (nyilak) (IH, 400x, Szakasz: 20 μm). A bemutatott IV.A számú munkából a következő publikációt nyújtjuk be: Csaba Jakab, Erzsebet Paszti-Gere, Gyula Balka, Peter Gálfi: Expression of claudin-1, -4, -7 proteins in small intestine of swine (Immunohistochemical study) (közlésre előkészítve ACTA VETERINARIA HUNGARICA)(2012) IV/B Tight junction vizsgálatok: A gentamicin permeációja IPEC-J2 egyrétegű sejttenyészeten Kísérleteinket teljesen polarizálódott (TER > 8000 Ohmxcm 2 ), inzerten tenyésztett IPEC-J2 sejttenyészeteken végeztük. A sejteket apikálisan kezeltük önmagában 1 mg/ml gentamicinszulfáttal, illetve 1 % DMSO-val kiegészített gentamicin-szulfáttal, majd 0 (kontroll), 1 illetve 6 óra múlva mintát vettünk az apikális és bazolaterális tápfolyadékból a gentamicin mennyiségi meghatározásához. A vizsgálat kontrolljaként IPEC-J2 sejtréteget nem tartalmazó
17 inzertek szolgáltak. A gentamicin-szulfát meghatározását nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás módszerrel végeztük, Merck LaChrome Elite HPLC-s készülékkel. A meghatározás származékképzéssel történt, FMOC reagens segítségével. Kromatográfiás módszerünket a hatályos irányelvek alapján validáltuk. Eredményeink szerint a sejt nélküli inzerteken végzett vizsgálatban 6 óra alatt a gentamicin koncentrációja az apikális és a bazolaterális kompartmentben teljesen megegyezett (3. táblázat). Az egyrétegű sejttenyészeten végzett mérések során azonban a gentamicin sem önmagában, sem 1% DMSO jelenlétében nem jelent meg a bazolaterális kompartmentben, ami igazolja a tight junction kapcsoló struktúra jelenlétét. 3. táblázat A gentamicin koncentrációi (%) az IPEC-J2 sejt egyréteget tartalmazó és a sejtmentes membrán inzertek apikális és bazolaterális kompartmentjeiben. A 100% a kezdeti apikális gentamicin koncentrációt jelenti. Kezelés Idő (h) Inzert sejt nélkül Apikális kompartment (%) Bazolaterális kompartment (%) Egyrétegű sejtvonal Apikális kompartment (%) Bazolaterális kompartment (%) Gentamicin 0 100,00±0,00 0,00±0,00 100,00±0,00 0,00±0, ,38±1,07 26,47±1,52 100,00±0,00 0,00±0, ,13±0,53 46,81±0,32 99,94±0,01 0,05±0,01 Gentamicin + 1% DMSO 0 100,00±0,00 0,00±0,00 100,00±0,00 0,00±0, ,67±1,15 27,12±1,29 100,00±0,01 0,00±0, ,45±1,23 44,98±1,31 99,93±0,02 0,05±0,01 A bemutatott IV. B számú munkából a következő publikációt nyújtottuk be: Akos Jerzsele, Gabor Nagy, Krisztina Szeker, Rita Csizinszky, Csaba Jakab, Peter Galfi: 1% DMSO supplementation does not enhance penetration of gentamicin-sulphate across cell monolayer membranes in vitro (benyújtva JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE) (2011)
18 V. IN VIVO VIZSGÁLATOK A probiotikumok a legígéretesebb antimikrobiális szerek közé tartoznak, amelyeket azért fejlesztettek ki, hogy megóvják az állatok egészségét, és megnöveljék a tápanyag hasznosítás hatékonyságát. A probiotikumokról igazolták, hogy azonos hatásfokkal rendelkeznek, mint a szintetikus antimikrobiális hozamfokozók (többek között antibiotikumok), melyeket korábban profilaktikumként alkalmaztak annak érdekében, hogy visszaszorítsák a káros bélbaktériumok növekedését és aktivitását. Európában, 2006 januárjában azonban teljesen betiltották a szintetikus hozamfokozók használatát. Azonban az antibiotikum hozamfokozók betiltása gazdasági hátrányokhoz vezethet az EU országaiban az együregű gyomrú állatok takarmányozásában, mivel az EU-n kívüli országokban még megengedett a hasmenés és az elhalásos bélgyulladás megelőzésére ilyen anyagok alkalmazása. Következésképpen a takarmányozásban a probiotikummal való takarmánykiegészítés elterjedésének kell a gazdasági hátrányt egyensúlyba hoznia. Az együregű gyomrú állatoknál különösképpen a probiotikumok segíthetnek abban, hogy az antibiotikum hozamfokozók betiltása után jelentősen megnövekedett terápiás célú antibiotikum kezelések visszaszoruljanak. Jelenleg az emésztőcső egészségi állapotának megőrzése a takarmányiparnak is fő kutatási területe, és a probiotikumok takarmány kiegészítőként való kifejlesztése és használata jelenti a legjobb alternatívát a probléma megoldásához A takarmányfelvétel és a takarmányhasznosítás tanulmányozása sertésekben A kísérleteket az Állattenyésztési és Takarmányozási Kutatóintézetben (2053 Herceghalom, Gesztenyés út 1.) végeztük az alábbiakban részletezett metodika szerint. A kísérleti teremben egyedi elhelyezés volt, így egyedi súlygyarapodást és takarmány-felvételt mértünk. A hőmérséklet a kísérlet ideje átlag 20 o C, míg a páratartalom 80% volt. Kísérleti állatok MNFxML állományból származtak, kezelésenként 8 süldőt használtunk, fele-fele ivararányban. A kísérlet során használt takarmány összetételét a 4. táblázat tartalmazza. Mindegyik kezeléshez ezt a takarmányt használtuk, a kontroll és kísérleti kezelések közötti különbség az volt, hogy a kísérleti kezelés során 0,15%-ban (13,6 mm) Na-n-butirát kiegészítést alkalmaztunk. A Na-n-butirát tartalmú táp etetése 28 napig történt. Az állatokat 115 napos korban az Állattenyésztési és Takarmányozási Kutatóintézethez tartozó vágóhídon, engedélyezett körülmények között vágtuk le.
A nátrium-n-butirát hatásának in vivo és in vitro vizsgálata oxidatív stressz okozta bélgyulladásokban
SERTÉS A nátrium-n-butirát hatásának in vivo és in vitro vizsgálata oxidatív stressz okozta bélgyulladásokban 134. 726 732. 2012/12 E. Pásztiné Gere O. Palócz H. Fébel Cs. Jakab P. Gálfi: In vivo and in