Badanie wpływu Lactobacillus plantarum ATCC14917 na gospodarkę żelaza u szczurów na diecie wysokotłuszczowej
Type
Project
Date Issued
2020
Author
Discipline
food and nutrition technology
Abstract (PL)
Współcześnie otyłość stała się jednym z najważniejszych problemów zdrowotnych świata. Połowa
ludzkości ma nadmierną masę ciała, a otyłość dotyka aż 500 milionów mieszkańców naszej planety. Otyłych
jest około 25% Polaków. Szacuje się, że w dzisiejszych czasach więcej ludzi umiera z powodu otyłości i jej
powikłań, takich jak zawał serca, udar mózgu czy cukrzyca, niż z powodu głodu. Jedną z głównych
przyczyn otyłości jest dieta o wysokiej zawartości tłuszczu. Do licznych komplikacji nadmiernej masy ciała
należą nie tylko choroby serca i naczyń krwionośnych, ale również nieprawidłowa gospodarka żelaza w
organizmie. Niedawno wykazano, że zaburzony metabolizm tego pierwiastka przyczynia się do
przewlekłego stanu zapalnego oraz zwiększa tzw. stres oksydacyjny. Stres oksydacyjny to szereg
niekorzystnych przemian biochemicznych, który może doprowadzić do dalszego uszkodzenia serca, mózgu i
innych narządów, a nawet do choroby nowotworowej.
W świetle powyższych danych leczenie powikłań otyłości, w tym nieprawidłowego wchłaniania i
nieprawidłowej gospodarki żelaza, stało się jednym z najważniejszych wyzwań współczesnej medycyny.
Najczęstszym sposobem uzupełniania niedoboru żelaza jest podawanie go w formie preparatów doustnych.
Poważną wadą tej metody jest niska przyswajalność żelaza. Z kolei podaż żelaza w formie domięśniowej i
dożylnej niesie ze sobą ryzyko przedawkowania tego pierwiastka i uszkodzenia organów wewnętrznych, w
tym zwłaszcza wątroby oraz mózgu i nerek. Uszkodzenia te są spowodowane głównie stanem zapalnym i
stresem oksydacyjnym. Bardzo ważne zatem stało się opracowanie bezpiecznej i zarazem skutecznej metody
podaży preparatów żelaza. Dotychczasowe badania w tym zakresie skupiały się głównie wokół
poszukiwania coraz nowszych związków chemicznych żelaza, jednak żaden z nich nie zaspokaja w pełni
potrzeb pacjenta otyłego z niedoborem żelaza.
Najnowsze badania naukowe wykazują, że organizmy probiotyczne wpływają korzystnie na
przemiany żelaza w organizmie zwiększając jego dostępność i zmniejszając ryzyko niedokrwistości. Co
więcej, część badań wykazała, że probiotyki wpływają korzystnie na przewlekły stan zapalny i stres
oksydacyjny. Stwarza to potencjalną możliwość zastosowania probiotyków w prewencji i wspomaganiu
terapii powikłań otyłości, w tym niedokrwistości. Dotychczas jednak nie przeprowadzono wystarczającej
ilości badań naukowych umożliwiających rozwianie wszystkich wątpliwości w tym zakresie.
Celem naszego projektu jest zbadanie efektu doustnej podaży preparatu Lactobacillus plantarum
ATCC 14917, jednego z probiotycznych szczepów bakterii Lactobacillus, na wchłanianie i metabolizm
żelaza, oraz zbadanie wpływu tych probiotycznych bakterii na stan zapalny i stres oksydacyjny u szczurów
na diecie wysokotłuszczowej.
Nasze badanie przeprowadzimy na populacji 96 szczurów szczepu Wistar. Zwierzęta te są często
stosowanym modelem procesów metabolicznych zachodzących w organizmach ludzkich. Zostaną one
podzielone na podgrupy i będą spożywały, zależnie od podgrupy w której się znajdą, dietę standardową,
wysokotłuszczową, wysokotłuszczową niedoborową w żelazo, bakterie probiotyczne Lactobacillus
plantarum ATCC 14917 lub Lactobacillus curvatus oraz preparat żelaza w różnych kombinacjach. Preparat
bakterii Lactobacillus curvatus będzie służył jako model porównawczy dla probiotycznych bakterii
Lactobacillus plantarum ATCC 14917. Szczury poddane zostaną licznym badaniom. W ich krwi, kale, treści
jelitowej oraz tkankach oznaczone zostaną parametry gospodarki żelazowej, parametry związane ze stanem
zapalnym, stresem oksydacyjnym i funkcją wątroby. Dodatkowo określona zostanie zawartość badanych
bakterii probiotycznych w kale szczurów. Ponadto zbadany zostanie skład ciała zwierząt.
Wyniki naszych badań pozwolą lepiej zrozumieć wpływ doustnej podaży probiotycznych bakterii
Lactobacillus plantarum na wchłanianie i metabolizm żelaza oraz mechanizmy oddziaływania probiotyków
na stan zapalny i stres oksydacyjny. Jest to główna przyczyna podjęcia tego tematu w niniejszym projekcie
badawczym. Co więcej, uzyskane wyniki badań na zwierzętach pozwolą w przyszłości zaprojektować
podobne badania u ludzi. Potencjalne wyniki tych przyszłych badań u pacjentów pozwolą poprawić
skuteczność i bezpieczeństwo suplementacji żelaza oraz zmniejszyć koszty opieki zdrowotnej związane z
leczeniem zaburzeń gospodarki żelaza spowodowanych otyłością.
ludzkości ma nadmierną masę ciała, a otyłość dotyka aż 500 milionów mieszkańców naszej planety. Otyłych
jest około 25% Polaków. Szacuje się, że w dzisiejszych czasach więcej ludzi umiera z powodu otyłości i jej
powikłań, takich jak zawał serca, udar mózgu czy cukrzyca, niż z powodu głodu. Jedną z głównych
przyczyn otyłości jest dieta o wysokiej zawartości tłuszczu. Do licznych komplikacji nadmiernej masy ciała
należą nie tylko choroby serca i naczyń krwionośnych, ale również nieprawidłowa gospodarka żelaza w
organizmie. Niedawno wykazano, że zaburzony metabolizm tego pierwiastka przyczynia się do
przewlekłego stanu zapalnego oraz zwiększa tzw. stres oksydacyjny. Stres oksydacyjny to szereg
niekorzystnych przemian biochemicznych, który może doprowadzić do dalszego uszkodzenia serca, mózgu i
innych narządów, a nawet do choroby nowotworowej.
W świetle powyższych danych leczenie powikłań otyłości, w tym nieprawidłowego wchłaniania i
nieprawidłowej gospodarki żelaza, stało się jednym z najważniejszych wyzwań współczesnej medycyny.
Najczęstszym sposobem uzupełniania niedoboru żelaza jest podawanie go w formie preparatów doustnych.
Poważną wadą tej metody jest niska przyswajalność żelaza. Z kolei podaż żelaza w formie domięśniowej i
dożylnej niesie ze sobą ryzyko przedawkowania tego pierwiastka i uszkodzenia organów wewnętrznych, w
tym zwłaszcza wątroby oraz mózgu i nerek. Uszkodzenia te są spowodowane głównie stanem zapalnym i
stresem oksydacyjnym. Bardzo ważne zatem stało się opracowanie bezpiecznej i zarazem skutecznej metody
podaży preparatów żelaza. Dotychczasowe badania w tym zakresie skupiały się głównie wokół
poszukiwania coraz nowszych związków chemicznych żelaza, jednak żaden z nich nie zaspokaja w pełni
potrzeb pacjenta otyłego z niedoborem żelaza.
Najnowsze badania naukowe wykazują, że organizmy probiotyczne wpływają korzystnie na
przemiany żelaza w organizmie zwiększając jego dostępność i zmniejszając ryzyko niedokrwistości. Co
więcej, część badań wykazała, że probiotyki wpływają korzystnie na przewlekły stan zapalny i stres
oksydacyjny. Stwarza to potencjalną możliwość zastosowania probiotyków w prewencji i wspomaganiu
terapii powikłań otyłości, w tym niedokrwistości. Dotychczas jednak nie przeprowadzono wystarczającej
ilości badań naukowych umożliwiających rozwianie wszystkich wątpliwości w tym zakresie.
Celem naszego projektu jest zbadanie efektu doustnej podaży preparatu Lactobacillus plantarum
ATCC 14917, jednego z probiotycznych szczepów bakterii Lactobacillus, na wchłanianie i metabolizm
żelaza, oraz zbadanie wpływu tych probiotycznych bakterii na stan zapalny i stres oksydacyjny u szczurów
na diecie wysokotłuszczowej.
Nasze badanie przeprowadzimy na populacji 96 szczurów szczepu Wistar. Zwierzęta te są często
stosowanym modelem procesów metabolicznych zachodzących w organizmach ludzkich. Zostaną one
podzielone na podgrupy i będą spożywały, zależnie od podgrupy w której się znajdą, dietę standardową,
wysokotłuszczową, wysokotłuszczową niedoborową w żelazo, bakterie probiotyczne Lactobacillus
plantarum ATCC 14917 lub Lactobacillus curvatus oraz preparat żelaza w różnych kombinacjach. Preparat
bakterii Lactobacillus curvatus będzie służył jako model porównawczy dla probiotycznych bakterii
Lactobacillus plantarum ATCC 14917. Szczury poddane zostaną licznym badaniom. W ich krwi, kale, treści
jelitowej oraz tkankach oznaczone zostaną parametry gospodarki żelazowej, parametry związane ze stanem
zapalnym, stresem oksydacyjnym i funkcją wątroby. Dodatkowo określona zostanie zawartość badanych
bakterii probiotycznych w kale szczurów. Ponadto zbadany zostanie skład ciała zwierząt.
Wyniki naszych badań pozwolą lepiej zrozumieć wpływ doustnej podaży probiotycznych bakterii
Lactobacillus plantarum na wchłanianie i metabolizm żelaza oraz mechanizmy oddziaływania probiotyków
na stan zapalny i stres oksydacyjny. Jest to główna przyczyna podjęcia tego tematu w niniejszym projekcie
badawczym. Co więcej, uzyskane wyniki badań na zwierzętach pozwolą w przyszłości zaprojektować
podobne badania u ludzi. Potencjalne wyniki tych przyszłych badań u pacjentów pozwolą poprawić
skuteczność i bezpieczeństwo suplementacji żelaza oraz zmniejszyć koszty opieki zdrowotnej związane z
leczeniem zaburzeń gospodarki żelaza spowodowanych otyłością.
Abstract (EN)
Research project objectives/Research hypothesis
The aim of the study is to determine the in vivo ability of p-hydroxyphenyllactic acid (HPLA) synthesized by
Lactobacillus plantarum ATCC 14917 to increase iron bioavailability in rats on high fat diet and to evaluate
the effect of simultaneous oral supplementation with L. plantarum ATCC 14917 and iron on iron metabolism.
Main research hypothesis: HPLA synthesized by L. plantarum ATCC 14917 has in vivo ability to increase
iron bioavailability in rats on high fat diet.
Research project methodology
The study will be performed on 96 Wistar rats, 8-weeks old. In the first stage of the experiment (lasting 8
weeks), the rats will be divided into three groups (control group – C and two study groups – HF and
HFDEF). In group C (12 rats) rats will be fed with the standard diet, in the HF group (12 rats) - with high fat
diet, in the HFDEF group (72 rats) - with high fat iron deficient diet. In the second stage of the experiment
(lasting 8 weeks), rats in group C will continue to receive standard diet, in HF group will continue to receive
high-fat diet, rats from the HFDEF group will be randomized to 6 subgroups of 12 rats each. Rats in the
HFDEF-1 subgroup will continue to take a high fat iron deficient diet. Rats in the HFDEFL subgroup will be
fed with a high fat iron deficient diet supplemented with Lactobacillus plantarum ATCC 14917, in the
HFDEFFe subgroup will be fed with a high fat iron deficient diet supplemented with iron, in the HFDEFLFe
subgroup will be fed with high fat iron deficient diet with iron and L. plantarum ATCC 14917
supplementation, in the HFDEFL-C subgroup will be fed a high-fat iron-deficient diet supplemented with
Lactobacillus curvatus, in the HFDEFLFe-C subgroup will be fed a high-fat iron-deficient diet with iron and
L. curvatus supplementation. L. curvatus is a strain of Lactobacillus which does not produce HPLA. Thus
HFDEFL-C and HFDEFLFe-C subgroups will constitute a control groups. The daily dose of probiotic will
be 5 x 109
CFU, and iron - 120 mg of iron / kg of diet. Before the first and before the second stage of the
experiment, blood and feces will be collected. In addition, the rats will be weighed, nose-to-anus length will
be measured, Lee index will be calculated and a body composition assessment will be performed. After 8
weeks of the second stage, the rats from all groups will be weighed, nose-to-anus length will be measured,
Lee index will be calculated, the body composition will be examined and feces will be collected. After the
animals termination the blood samples and intestinal content samples will be collected
The aim of the study is to determine the in vivo ability of p-hydroxyphenyllactic acid (HPLA) synthesized by
Lactobacillus plantarum ATCC 14917 to increase iron bioavailability in rats on high fat diet and to evaluate
the effect of simultaneous oral supplementation with L. plantarum ATCC 14917 and iron on iron metabolism.
Main research hypothesis: HPLA synthesized by L. plantarum ATCC 14917 has in vivo ability to increase
iron bioavailability in rats on high fat diet.
Research project methodology
The study will be performed on 96 Wistar rats, 8-weeks old. In the first stage of the experiment (lasting 8
weeks), the rats will be divided into three groups (control group – C and two study groups – HF and
HFDEF). In group C (12 rats) rats will be fed with the standard diet, in the HF group (12 rats) - with high fat
diet, in the HFDEF group (72 rats) - with high fat iron deficient diet. In the second stage of the experiment
(lasting 8 weeks), rats in group C will continue to receive standard diet, in HF group will continue to receive
high-fat diet, rats from the HFDEF group will be randomized to 6 subgroups of 12 rats each. Rats in the
HFDEF-1 subgroup will continue to take a high fat iron deficient diet. Rats in the HFDEFL subgroup will be
fed with a high fat iron deficient diet supplemented with Lactobacillus plantarum ATCC 14917, in the
HFDEFFe subgroup will be fed with a high fat iron deficient diet supplemented with iron, in the HFDEFLFe
subgroup will be fed with high fat iron deficient diet with iron and L. plantarum ATCC 14917
supplementation, in the HFDEFL-C subgroup will be fed a high-fat iron-deficient diet supplemented with
Lactobacillus curvatus, in the HFDEFLFe-C subgroup will be fed a high-fat iron-deficient diet with iron and
L. curvatus supplementation. L. curvatus is a strain of Lactobacillus which does not produce HPLA. Thus
HFDEFL-C and HFDEFLFe-C subgroups will constitute a control groups. The daily dose of probiotic will
be 5 x 109
CFU, and iron - 120 mg of iron / kg of diet. Before the first and before the second stage of the
experiment, blood and feces will be collected. In addition, the rats will be weighed, nose-to-anus length will
be measured, Lee index will be calculated and a body composition assessment will be performed. After 8
weeks of the second stage, the rats from all groups will be weighed, nose-to-anus length will be measured,
Lee index will be calculated, the body composition will be examined and feces will be collected. After the
animals termination the blood samples and intestinal content samples will be collected
also organs will be
dissected and weighed: duodenum, small and large intestines, liver, heart, spleen, kidneys, pancreas and
subcutaneous and peri-organ fat tissue. In the collected blood the following parameters will be determined:
morphological analysis, concentration of iron metabolism parameters: iron, ferritin, transferrin, ferroportin-1,
hepcidin
dissected and weighed: duodenum, small and large intestines, liver, heart, spleen, kidneys, pancreas and
subcutaneous and peri-organ fat tissue. In the collected blood the following parameters will be determined:
morphological analysis, concentration of iron metabolism parameters: iron, ferritin, transferrin, ferroportin-1,
hepcidin
total iron binding capacity (TIBC) and unsaturated iron binding capacity (UIBC)
concentration of
inflammation parameters: C-reactive protein (CRP), tumor necrosis factor-alfa (TNF-alfa), interleukin-6 (IL_x0002_6)
inflammation parameters: C-reactive protein (CRP), tumor necrosis factor-alfa (TNF-alfa), interleukin-6 (IL_x0002_6)
concentration of oxidative stress parameters: total antioxidant status (TAS). In the collected feces iron and
HPLA contents, L. plantarum and L. curvatus contents, iron chelation ability of bacterial strains will be
determined. In the collected tissues iron will be measured. In duodenum divalent metal transporter-1 (DMT_x0002_1) content and ferroportin-1 content will be estimated. In small and large intestine DMT-1 content will be
determined. In intestinal content HPLA and lactoferrin content will be measured.
Expected impact of the research project on the development of science
In the scientific field, the results of the study will help to better understand the effects of L. plantarum ATCC
14917 on the mechanisms of iron absorption and metabolism, and mechanisms which trigger and aggravate
chronic inflammation and oxidative stress in subjects on high fat diet. The results of this animal study would
indicate directions of future human trials in this rapidly developing scientific area. Potential results of these
future trials on obese iron deficient patients could increase the effectiveness and safety of iron
supplementation in this group and reduce the costs of healthcare incurred due to obesity-related iron
disturbances
HPLA contents, L. plantarum and L. curvatus contents, iron chelation ability of bacterial strains will be
determined. In the collected tissues iron will be measured. In duodenum divalent metal transporter-1 (DMT_x0002_1) content and ferroportin-1 content will be estimated. In small and large intestine DMT-1 content will be
determined. In intestinal content HPLA and lactoferrin content will be measured.
Expected impact of the research project on the development of science
In the scientific field, the results of the study will help to better understand the effects of L. plantarum ATCC
14917 on the mechanisms of iron absorption and metabolism, and mechanisms which trigger and aggravate
chronic inflammation and oxidative stress in subjects on high fat diet. The results of this animal study would
indicate directions of future human trials in this rapidly developing scientific area. Potential results of these
future trials on obese iron deficient patients could increase the effectiveness and safety of iron
supplementation in this group and reduce the costs of healthcare incurred due to obesity-related iron
disturbances
Subject (pl)