Zdrowa mikrobiota jelitowa jest kluczowym elementem ogólnego stanu zdrowia. Jedną z dobrze poznanych grup bakterii wspierających zdrowie jelit są bakterie kwasu mlekowego (LAB), które potrafią hamować rozwój patogenów i wzmacniać funkcje barierowe przewodu pokarmowego. Współczesne produkty probiotyczne dążą do maksymalizacji tych korzyści bez zmienności charakterystycznej dla tradycyjnie fermentowanych produktów. Następnym krokiem w rozwoju probiotyków jest modyfikacja szczepów LAB tak, by ich korzystne właściwości były silniejsze i bardziej przewidywalne.
Zespół z Shinshu University w Japonii, pod kierunkiem prof. Takeshiego Shimosato z Institute for Aqua Regeneration, postawił sobie za cel wzmocnienie właściwości probiotycznych dobrze znanego szczepu Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LGG). W badaniu uczestniczyli także Masami Tsukagoshi, Jamiyanpurev Soyolmaa, Shunsaku Nomoto, Kazuma Inoue, Masahiro Yoda, asystenci Aito Murakami i Fu Namai oraz prof. Takashi Sato ze Shinshu University, a także Tomoyuki Hibi i dr hab. Hideki Kinoshita z Tokai University. Wyniki badań zostały udostępnione online 27 października 2025 r. i opublikowane 2 grudnia 2025 r. w tomie 13 czasopisma Microbiology Spectrum (doi: 10.1128/spectrum.02635-25).
Zespół zastosował metodę inżynierii rybosomów (ribosome engineering, RE), która polega na wywoływaniu spontanicznych mutacji w aparacie syntezy białek komórki. Metoda ta jest relatywnie tania, szybka i niskiego ryzyka w porównaniu z klasyczną inżynierią genetyczną, która w kontekście żywności często napotyka na ograniczenia prawne i regulacyjne. Jak tłumaczy prof. Shimosato, inspiracją była skuteczność RE w farmacji: „Przypuszczaliśmy, że technologia ta, która ‚budzi’ ukryte możliwości bakterii poprzez modyfikację ich rybosomów, może zostać wykorzystana do wzmocnienia działania bakterii kwasu mlekowego.”
Wcześniejsze prace zespołu wykazały, że mutacje w białku rybosomalnym S12 wpływają na ekspresję tzw. białek „moonlightingowych” — czyli białek o pierwotnej funkcji wewnątrzkomórkowej, które po pojawieniu się na powierzchni komórki bakterii pełnią dodatkowe role. Szczególnie interesujący okazał się wariant K56N: „Mutant K56N wykazywał zwiększoną ekspresję na powierzchni białka gliceraldehydowego-3-fosforanowego dehydrogenazy (GAPDH) i wykazywał lepszą adhezję do ludzkiego mucyny jelitowego za pośrednictwem wiązania przy udziale GAPDH” — mówi prof. Shimosato. W obecnym badaniu zespół rozszerzył analizę, badając, jak mutacja K56N wpływa na skład pozakomórkowych pęcherzyków (extracellular vesicles, EV) oraz modulację odpowiedzi immunologicznej gospodarza.
Badania ujawniły istotne różnice między mutantem K56N a szczepem dzikiego typu (WT). Na powierzchni komórek K56N wykryto 23 różne białka powierzchniowe, podczas gdy WT prezentował ich jedynie pięć. Mutant K56N zawierał istotnie większe ilości GAPDH na powierzchni niż szczep dziki. W doświadczeniach z linią komórkową HT-29 (nieśmiertelna linia komórek ludzkiego jelita grubego) dwukrotnie więcej bakterii K56N przyczepiło się do komórek w porównaniu z WT. W praktyce oznacza to, że K56N mógłby dłużej utrzymywać się w przewodzie pokarmowym i skuteczniej wypierać patogeny z powierzchni jelita.
Zespół porównał też działanie immunostymulujące powierzchniowych białek i pęcherzyków EV pochodzących od K56N i WT. Pęcherzyki EV z mutanta K56N wywołały w hodowlach makrofagów RAW 264.7 znacznie wyższą sekrecję czynnika martwicy nowotworów alfa (TNF-α) niż EV z WT; TNF-α jest kluczowym komunikatorem pobudzającym reakcje odpornościowe. Ponadto cztery białka powierzchniowe pochodzące od K56N zwiększały wydzielanie TNF-α, podczas gdy w przypadku WT taką aktywność wykazywało tylko jedno białko — GAPDH. Wyniki sugerują, że mutant K56N może silniej pobudzać odpowiedź immunologiczną w jelicie i potencjalnie przyspieszać usuwanie patogenów.
Z powyższych obserwacji wynika, że mutacje K56N tworzą kandydatów na tzw. „super-probiotyki”: szczepy zdolne do efektywniejszej kolonizacji jelita i wywoływania silniejszych efektów immunomodulacyjnych niż szczep dziki. Takie cechy mogą być szczególnie przydatne u osób, u których metabolizm jelitowy szybko usuwa wprowadzane probiotyki. Potencjalne zastosowania obejmują produkcję bardziej skutecznych żywności probiotycznych, suplementów wzmacniających odporność oraz dodatków paszowych dla zwierząt gospodarskich i akwakultury. Dodatkowo immunostymulujące właściwości samych pęcherzyków EV otwierają możliwość ich wykorzystania jako nieożywionych adiuwantów szczepionkowych.
Autorzy podkreślają, że potrzebne są dalsze badania mające na celu dokładne zidentyfikowanie, które białka odpowiadają za zwiększoną adhezję i aktywność immunologiczną K56N. Jednocześnie wyniki potwierdzają użyteczność inżynierii rybosomów jako skutecznej metody wzmacniania cech probiotycznych bakterii kwasu mlekowego: „Ponieważ rybosomalnie zmodyfikowane mutanty LGG można uzyskać łatwo i w sposób bezpieczny, wykazują one zwiększoną odporność i funkcjonalność, co czyni je obiecującymi kandydatami na probiotyki” — konkluduje prof. Shimosato.
Źródła: komunikat Shinshu University; Tsukagoshi M., et al. (2025). Ribosome-engineered Lacticaseibacillus rhamnosus GG with enhanced adhesion and immune activation via surface moonlighting proteins. Microbiology Spectrum, tom 13. doi: 10.1128/spectrum.02635-25.