Document Type : Basic Sciences
Authors
1 Graduated from the Faculty of Central Tehran Branch, Islamic Azad Univercity, Tehran, Iran
2 Departmant of Biology, Central Tehran Branch, Islamic Azad Univercity, Tehran, Iran
Abstract
Keywords
Main Subjects
عفونت باکتریایی یکی از تهدیدات اصلی برای انسان و حیوانات است که سالانه باعث افزایش نگرانیهای زیادی در حوزه بهداشت عمومی، سلامت و درمانهای پزشکی میشود. بسیاری از باکتریهای مهاجم میتوانند به عفونتهای سیستمیک و عوارض جدی منجر شوند. در سالهای اخیر، شواهدی نشان دادهاند عوارض عفونتهای باکتریایی و تظاهرات عصبی مرتبط با آنها در حال افزایش است. این عفونتها میتوانند سیستمهای انتقالدهنده عصبی و مرکزی را فعال کنند و باعث اختلال عملکرد مغز، اختلالات رفتاری و بیماریهای روانی شوند. بهعنوانمثال، عفونت با کمپیلوباکتر ژژونی، سیتروباکتر رودنتیوم، استافیلوکوکوس اورئوس و سالمونلا میتواند باعث ایجاد رفتارهای اضطرابی، اختلال حافظه، افزایش نفوذپذیری مغز و التهاب شود. در سالهای اخیر، عفونتهای ناشی از باکتری سالمونلا که پاتوژن دستگاه گوارش است، به یک نگرانی جدی بهداشتی در بسیاری از کشورها تبدیل شده است. دامها و محصولات دامی اصلیترین منبع غذایی عفونت سالمونلایی میباشند، بهطوریکه این بیماری ازطریق موادی مانند گوشت، تخم مرغ و دیگر محصولات طیور آلوده به انسان منتقل میشود (1). سالمونلا میتواند به داخل سلولهای اپیتلیال یا فاگوسیتهای تکهستهای ضعیفشده نفوذ کند و در برابر مکانیسمهای دفاعی بدن مقاومت نشان دهد (2).
شایعترین عفونت سالمونلایی در انسان، گاستروانتریت است که توسط سالمونلا تیفیموریوم ایجاد میشود. تب رودهای، عفونتهای خارج رودهای و عفونت ماکروفاژهای سیستم رتیکولواندوتلیال از دیگر عوارض بالینی سالمونلوزیس میباشند. طولانی بودن دوره بیماری و مقاومت زودهنگام سویههای سالمونلا به آنتیبیوتیکها، کنترل و درمان آن را دشوار میسازد. بنابراین استفاده از روشهای جایگزین برای مقابله با این بیماری و جلوگیری از رشد و تکثیر باکتری ضروری است. با افزایش سویههای مقاوم سالمونلا به آنتیبیوتیک و تأثیر منفی آنتیبیوتیکها بر فلور طبیعی روده، استفاده از پروبیوتیکها بهدلیل خواص ضدباکتریایی آنها در مقابل سالمونلا و سایر باکتریهای بیماریزا و همچنین بهعنوان یکی از روشهای جدید و جایگزین برای پیشگیری و درمان بیماریهای عفونی، ازجمله عفونتهای دستگاه گوارش، مورد توجه قرار گرفته است (3).
در سالهای اخیر، محققین توجه زیادی به غذاهای فراسودمند با ترکیبات زیستی، مانند پروبیوتیکها، پریبیوتیکها و پستبیوتیکها داشتهاند. این ترکیبات میتوانند عملکرد سیستم گوارشی و ایمنی را ازطریق اصلاح ترکیب میکروبیوتای روده و توسعه متابولیتهای مشتقشده بهبود بخشند که بهنوبهخود به بهبود روشهای درمانی معمول و کاهش اثرات نامطلوب آنها منجر میشود. پروبیوتیکها میتوانند سیستم ایمنی بدن را تقویت کنند و سیستم آنتیاکسیدانی را با تولید اجزای میکروبی و متابولیتها بهبود بخشند. همچنین ازطریق حفظ تعادل میکروبی روده، نقش مهمی در افزایش توان دفاعی میزبان در برابر عوامل بیماریزا ایفا میکنند (4-7). توانایی پروبیوتیکها در ارتقای سلامت بهدلیل اثرات مفید متعددی است که این میکروارگانیسمها بر میزبان دارند، ازجمله بهبود متابولیسم لاکتوز و هضم غذا، تولید پپتیدهای ضدمیکروبی و کنترل عفونتهای روده، افزایش تولید اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه و سنتز مواد ضروری، مانند ویتامینها و اسیدهای آمینه. پروبیوتیکها نهتنها از کلونیزه شدن پاتوژنها جلوگیری میکنند، بلکه باعث افزایش مهار مستقیم آنها نیز میشوند، بنابراین در کاهش مدتزمان التهاب و اثرات هیستوپاتولوژیکی نیز اهمیت دارند (8).
پروبیوتیکها بهدلیل تواناییشان در بهینهسازی میکروبیوتای روده و کاهش سایتوکینهای التهابی و استرس اکسیداتیو در کاهش اضطراب و مشکلات عصبی نقش دارند. مطالعات نشان دادهاند پروبیوتیکها میتوانند اختلالات عملکرد عصبی را معکوس کنند و بنابراین اصطلاح روانبیوتیکها برای پروبیوتیکهایی به کار میرود که در صورت مصرف در مقادیر کافی، تأثیر مثبتی بر سلامت روان دارند (8). بهعنوانمثال، تجویز لاکتوباسیلوس رامنوسوس علائم اضطراب و افسردگی را در موشها کاهش داده است. لاکتوباسیلوس پلانتاروم اختلالات شناختی را بهبود داده و سطوح کاهشیافته انتقالدهندههای عصبی را در موشها در طول استرس مزمن کاهش داده است (9). لاکتوباسیلوس کازئی نیز رفتار شبهافسردگی را در موشهای مبتلا به استرس خفیف بهبود بخشیده است (10). گزارش شده است پروبیوتیکها عملکرد دستگاه عصبی مرکزی را عمدتاً با تغییر ترکیب و متابولیسم میکروبیوتای روده هدایت میکنند. اجزای میکروبی و متابولیتها از سد خونی مغز عبور میکنند تا عملکرد مغز و سطوح انتقالدهندههای عصبی را تعدیل کنند. باتوجهبه ارتباط دوطرفه بین دستگاه عصبی مرکزی و دستگاه گوارش، این ارتباط بهعنوان محور روده ـ مغز شناخته میشود که شامل سیستم عصبی مرکزی، غدد درونریز، سیستم عصبی خودمختار و میکروبیوتای روده است (11). شواهد رو به رشد نشان میدهد تعدیل میکروبیوتای روده میتواند بهعنوان یک استراتژی مؤثر برای حفظ رشد عصبی و عملکردهای مغز و درمان اختلالات روانی پیشنهاد شود. این محور ممکن است در درمان بیماریها، بهویژه بیماریهای عصبی، اهمیت زیادی داشته باشد (12). ازآنجاییکه القای استرس اکسیداتیو پیامدی از عفونت سالمونلوزیس است و بدن با ورود باکتریها واسطههای فعال اکسیژن را افزایش میدهد و استرس اکسیداتیو را تجربه میکند، تقویت سیستم دفاعی آنتیاکسیدانی بدن یکی از مؤثرترین راهها برای مقابله با این مشکل است (13). بنابراین باتوجهبه عملکرد پروبیوتیکها در کاهش التهاب، تنظیم سیستم آنتیاکسیدانی و تقویت سیستم ایمنی، هدف از مطالعه حاضر بررسی تأثیر ترکیبی از پروبیوتیکهای لاکتوباسیلوس پلانتاروم، لاکتوباسیلوس پاراکازئی و لاکتوباسیلوس برویس بر بافت مغز و روده موشهای صحرایی نر آلوده به سالمونلا تیفیموریوم بود. مطالعه حاضر برای اولینبار تأثیر این مخلوط پروبیوتیکها را بر محور مغز ـ روده، فاکتورهای التهابی، آنزیمهای آنتیاکسیدانی و سطوح سرمی انتقالدهندههای عصبی در موشهای آلوده به سالمونلا بررسی میکند.
روش انجام مطالعه و شرایط نگهداری حیوانات: در مطالعه حاضر، ۲۱ موش صحرایی نر بالغ از نژاد ویستار با وزن متوسط
250-200 گرم تهیه شد. حیوانات بهصورت آزاد به آب و غذا دسترسی داشتند و در اتاق مخصوص حیوانات با شرایط نوری ۱۲ ساعت روشنایی و ۱۲ ساعت تاریکی، دمای ۲۲ درجه سانتیگراد و رطوبت ۷۰ درصد نگهداری شدند. یک هفته بعد از سازگاری موشها با محیط جدید، آزمایشها شروع شد. در تمام مراحل، اصول اخلاقی با کد ثبتی IR.IAU.CTB.REC.1402.040 در کمیته اخلاق دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی رعایت گردید.
تیماربندی: موشها بهصورت تصادفی به ۳ گروه ۷تایی تقسیم شدند. گروه اول: بهعنوان گروه کنترل در نظر گرفته شد و دریافت کننده آب و مواد غذایی بهصورت روزانه بود. گروه دوم: دریافتکننده باکتری سالمونلا تیفیموریوم با غلظت 9 10 کلنی در میلیلیتر بود. گروه سوم: علاوه بر دریافت باکتری سالمونلا تیفیموریوم با همان غلظت، مخلوط پروبیوتیک شامل لاکتوباسیلوس پلانتاروم، لاکتوباسیلوس پاراکازئی و لاکتوباسیلوس برویس با غلظت 9 10 کلنی در میلیلیتر را نیز دریافت کرد.
تهیه باکتری سالمونلا تیفیموریوم: بهمنظور آلوده کردن موشهای صحرایی نر به سویه سالمونلا تیفیموریوم (ATTCC14028)، این باکتری با استفاده از محیطMRS براث فعال شد. برای اطمینان بیشتر از سویه باکتری (تعدادی تست تأییدی، رنگآمیزی و آزمایشهای بیوشیمیایی) انجام شد. جهت تهیه سوسپانسیون میکروبی، باکتری در محیط با دمای 37 درجه سانتیگراد بهمدت 88 ساعت کشت و سپس کدورت سوسپانسیون میکروبی به کمک دستگاه اسپکتروفتومتر تنظیم شد. موشها با رعایت پروتکلهای بهداشتی و ایمنی، طی 3 روز متوالی و هر روز با یک میلیلیتر با غلظت 109 کلنی در میلیلیتر از سوسپانسیون سالمونلا بهصورت خوراکی، با استفاده از لوله گاواژ به باکتری سالمونلا تیفیموریوم آلوده شدند.
کشت باکتری سالمونلا و آزمایشهای تأییدی: سوش سالمونلا تیفی موریوم در محیط کشت مککانکی آگار (MacConkey agar) کشت داده شد و پس از 24 ساعت با انتقال به انکوباتور با دمای 37 درجه سانتیگراد، کلونیهای باکتریایی ازنظر میکروسکوپی و ماکروسکوپی و بیوشیمیایی بررسی شدند. جهت انجام آزمایشهای تأییدی سالمونلا از گالری ایمویک (IMVIC) استفاده شد.
روش آمادهسازی و تجویز پروبیوتیک، فرایند بیهوشی و نمونهگیری: برای بررسی تأثیر مخلوط پروبیوتیک شامل لاکتوباسیلوس پلانتاروم، لاکتوباسیلوس پاراکازئی و لاکتوباسیلوس برویس بر موشها، آزمایشی بهمدت 30 روز انجام شد. مخلوط پروبیوتیک با غلظت 109 کلنی در میلیلیتر از شرکت تکژن زیست تهیه گردید. 1 گرم از این ترکیب پروبیوتیک در 9 میلیلیتر آب مقطر حل و با استفاده از شیکر بهصورت سوسپانسیون درآمد. هر روز بهمدت 30 روز، 1 میلیلیتر از این سوسپانسیون به روش گاواژ به هرکدام از موشها خورانده شد. 35 روز پس از اولین اندازهگیری وزن و گاواژ، موشها با استفاده از کتامین ـ زایلازین 1 درصد بیهوش شدند. سپس خونگیری مستقیم از قلب انجام شد و بافتهای مغز و روده جهت مطالعات هیستولوژیکی، فاکتورهای آنتیاکسیدانی و بیان ژنها جدا شد. تمام دستکاریها و مراحل آزمایش با رعایت اصول کمیته اخلاقی نحوه کار با حیوانات آزمایشگاهی انجام شد.
خونگیری و سنجش فاکتورهای خونی: پس از بیهوشی موشها و اندازهگیری وزن آنها، بلافاصله خونگیری از قلب حیوانات با استفاده از سرنگ انجام شد. نمونههای خونی در دمای آزمایشگاه با سرعت 4000 دور در دقیقه و بهمدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شده و سرم خون جدا گردید. سپس غلظت کورتیزول، دوپامین و سروتونین در بافت مغز و روده با استفاده از کیتهای بیوشیمیایی شرکت ADit و دستگاه اتوآنالایزر هیتاچی اندازهگیری شد.
بافتشناسی مغز و روده: بافتهای مغز و روده جداسازیشده از موشها ابتدا با استفاده از سرم فیزیولوژی شستوشو داده شد و نمونههای بافتی جهت مطالعات آسیبشناسی با محلول فرمالین سالین 10 درصد (100 سیسی فرمالین + 5/8 گرم کلرید سدیم + 900 سیسی آب مقطر) بهمدت 24 تا 72 ساعت نگهداری و تثبیت شدند. بعد از مرحله تثبیتسازی، مراحل مختلف پاساژ شامل آبگیری، شفافسازی و آغشتگی با پارافین انجام شد. سپس نمونهها قالبگیری شدند و با استفاده از میکروتوم دورانی برشهایی با ضخامت ۵ تا ۶ میکرومتر تهیه گردید. نمونهها با استفاده از روش هماتوکسیلین ـ ائوزین (H&E) رنگآمیزی شدند. درنهایت با استفاده از میکروسکوپ نوری بافتها ازنظر ساختار بافتشناسی در گروههای مختلف آزمایشی بررسی و مقایسه گردیدند. مقاطع آسیبشناسی بافتهای مغز و روده بهصورت کیفی و براساس درجهبندی شدت آسیب بررسی شدند. شدت آسیب بهصورت عدم وجود تغییرات هیستولوژیک (درجه صفر)، تغییرات هیستولوژیک جزئی (درجه 1 تغییرات هیستولوژیک متوسط (درجه 2) و تغییرات هیستولوژیک شدید (درجه 3) ارزیابی گردید. تصاویر مناسب با استفاده از دوربینی که روی میکروسکوپ نصب شده بود گرفته شد. تصاویر در فضای نرمافزار ImageJ مشاهده و سپس با گروه شاهد مقایسه و تحلیل شدند.
فاکتورهای بیوشیمیایی بافتهای مغز و روده (فعالیت آنتیاکسیدانی تام TAC))): برای سنجش ظرفیت آنتیاکسیدانی تام (TAC) از کیتهای بیوشیمیایی شرکت Naxifer و دستگاه اتوآنالایزر هیتاچی استفاده شد. بافتهای مغز و روده استخراج و در دمای 70- درجه سانتیگراد نگهداری و سپس آزمایشات مربوطه انجام شد. از هر نمونه بافتی حدود 50 تا 100 میلیگرم وزن شده و 10 برابر وزن آن Buffer Lysing اضافه شد. نمونه با هموژنایزر شیشهای هموژن و در 10000 دور بهمدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شد. مایع رویی جداشده بهعنوان نمونه استفاده شد. ابتدا 5 میکرولیتر از نمونه / استاندارد آمادهشده در چاهکهای پلیت 96 خانه ریخته شد (هر نمونه 2 بار تکرار و میانگین گرفته شد). سپس 250 میکرولیتر از محلول کار آمادهشده به همه خانهها اضافه شد. جذب نوری نمونهها پس از 5 دقیقه در طول موج 593 نانومتر (بین 570 تا 630) خوانده شد. استاندارد موجود در کیت (10 میلیمولار) موقع استفاده با نسبت 10:1 با آب مقطر دیونیزه رقیق شد (1 میلیلیتر از استاندارد با 9 میلیلیتر آب مقطر) تا غلظت 1 میلیمول از استاندارد حاصل گردید. سپس رقتهای مختلف برای رسم منحنی استاندارد استفاده شد.
سنجش میزان مالوندیآلدهید: غلظت مالوندیآلدهید بافتهای مغز و روده براساس پروتکل کیتهای خریداریشده انجام شد. کیت سنجش مالوندیآلدهید از شرکت نوند سلامت برند ((Zellbio-GmbH خریداری شد. جهت سنجش این متابولیت، 300 میکرولیتر بافر لیزکننده و ۳ میکرولیتر هیدروکسی تولوئن بوتیله (BHT) به ۱۰ میلیگرم از بافت موردنظر اضافه و سپس هموژن گردید. برای حذف مواد نامحلول، سوسپانسیون بهدستآمده بهمدت ۳ دقیقه در ۱۳۰۰۰ دور سانتریفیوژ شد و از مایع رویی بهعنوان نمونه استفاده گردید. آمادهسازی محلول کار براساس دستورالعمل کیتهای خریداریشده انجام شد. سپس ۲۰۰ میکرولیتر از نمونه استاندارد با ۸۰۰ میکرولیتر از نمونههای آزمایش مخلوط و درون بن ماری با دمای ۹۵ درجه سانتیگراد بهمدت ۴۵ دقیقه قرار داده شد. در مرحله بعد، نمونهها بهمدت ۱۰ دقیقه درون ظرف حاوی آب یخ قرار داده شدند تا سریع سرد شوند. نمونهها با دور ۳۰۰۰ بهمدت ۱۵ دقیقه سانتریفیوژ گردیدند و سپس ۲۵۰ میکرولیتر از مایع رویی به چاهکهای پلیت ۹۶ خانه انتقال داده شد. جذب مایع رویی در طول موج ۵۵۰ نانومتر قرائت گردید.
بررسی بیان ژنهای التهابی NLRP، ٦-IL و TNFα: بیان ژنها با روش Real-time PCR که برای کمیتسنجی نسبی استفاده میشود، بررسی شد. این روش، تغییرات در بیان ژن را نسبت به یک ژن استاندارد که بهعنوان کنترل داخلی استفاده میشود، ارزیابی میکند. ژن استاندارد معمولاً یک ژن خانهدار، مانند GAPDH است. برای استخراج RNA، ابتدا 50 تا 70 میلیگرم از نمونهها در میکروتیوبهای استریل قرار داده شد و 500 میکرولیتر محلول BME به هر نمونه اضافه شد. سپس مخلوط بهمدت 5 دقیقه در دمای اتاق انکوبه و همگن شد. پس از سانتریفیوژ در 13000 دور در دقیقه بهمدت 5 دقیقه، مایع رویی به ستون استریل منتقل و 500 میکرولیتر ایزوپروپانول سرد اضافه شد. پس از انکوباسیون روی یخ، نمونهها دوباره سانتریفیوژ و محلولهای شستوشو اضافه شدند. پس از استخراج RNA و سنتز cDNA، بیان ژنها با واکنش Real-time PCR ارزیابی گردید. دادههای خام بهصورت Ct از دستگاه استخراج گردیدند و میزان بیان ژن با روش 2-ΔΔCt و استفاده از نرمافزار Rest محاسبه شد. قبل از انجام واکنش PCR، غلظتهای cDNA با نانودراپ اندازهگیری و یکسانسازی شدند. در مطالعه حاضر از Master Mix (Amplicon, Denmark) و cDNA سنتزشده با پرایمرهای ژنهای مختلف (جدول 1) حاصل از RNA استخراجشده از سلولها، در دو واکنش مجزا و بهصورت duplicate استفاده شد. سنتز cDNA از RNA استخراجشده طبق پروتکل کیت پارس طوس انجام شد. به هر نمونه، بافر و آنزیمهای مربوطه اضافه و در دمای مناسب انکوبه گردید. پس از مراحل انکوباسیون و افزودن مواد لازم، واکنش سنتز cDNA در ترموسایکلر انجام شد. برای ارزیابی کاهش یا افزایش بیان ژن هدف، بیان آن با ژن کنترل داخلی (GAPDH) مقایسه شد. توالی ژنها از سایت NCBI به دست آمد و پرایمرهای اختصاصی با برنامه Primer Express طراحی و بررسی شدند.
تحلیل آماری: محاسبات آماری مطالعه حاضر با استفاده از نرمافزار SPSS نسخه 23 انجام شد. نتایج با استفاده از آنالیز واریانس یکطرفه (One-way ANOVA) بررسی و تفاوت بیان ژنهای هدف بین نمونههای کنترل و تیمارشده با آزمون توکی تحلیل گردید. توزیع نرمال دادهها با استفاده از آزمون کولموگروف اسمیرنف (Kolmogorov-Smirnov) بررسی شد (05/0>P). نتایج نهایی براساس میانگین و انحرافمعیار و تفاوتهای معنیدار بین گروهها (05/0>P) گزارش شدند.
تأییدیه باکتری سالمونلا: نتایج تستهای تأییدی در تصویر 1 نشان داده شده است. باکتری بر روی محیط TSI agar که یک محیط نارنجیرنگ است در قسمت پایین به رنگ زرد و بهعلت تولید سولفید هیدروژن (H2S) به رنگ سیاه دیده شد. قسمت بالا نارنجی تا قرمز رنگ بود که نشاندهنده تخمیر گلوکز و عدم توانایی مصرف لاکتوز در این باکتری بود. در محیط سیمون سیترات آگار که یک محیط افتراقی جامد و مورب است، محیط در ابتدای کار سبز رنگ بود که پس از کشت باکتری و انکوباسیون در ۳۷ درجه سانتیگراد، محیط به رنگ آبی تغییر کرد که نشاندهنده استفاده باکتری از سیترات بهعنوان منبع کربن بود. یکی دیگر از محیطهای گالری ایمویک محیط اوره بود که در این باکتری محیط نیز به رنگ صورتی دیده شد. باکتری در محیط کشت گزیلولیزین دزوکسی کولات آگار (XLD) کلنیها، به شکل صورتی تا قرمز رنگ با مرکز سیاه دیده شد. در تصویر 1 تستهای تأییدی باکتری سالمونلا تیفیموریوم نشان داده شده است. تست کاتالاز و اکسیداز باکتری سالمونلا نیز منفی بود.
هیستوپاتولوژی بافت مغز و روده: مقاطعی از بافت مغز موش صحرایی است که با استفاده از رنگهای هماتوکسیلین و ائوزین رنگآمیزیشده در تصویر 2 نشان داده شده است. بررسی تصاویر مربوط به بافت مغز در گروه بیمار (B)، نشان میدهد پدیدههایی ازجمله پرخونی، چندهستهای شدن، واکوئله شدن و نکروز بافت در مقایسه با گروه کنترل (A) مشاهده میشود. نتایج بهدستآمده در گروه تیمار (C) نشان میدهد در این گروه، انسجام بافتها بیشتر شده و تعداد سلولهای چندهستهای، پرخونی و واکوئله شدن کاهش یافته است. این نتایج نشاندهنده بهبود نسبی در وضعیت بافت در مقایسه با گروه بیمار با باکتری است.
تصویر 3 وضعیت بافتشناسی روده موشها را نشان میدهد. بررسی تصاویر مربوط به گروه آلوده به باکتری سالمونلا (B) تیفیموریوم نشان داد در این گروه، چهار لایه بافت روده شامل مخاط، زیرمخاط، لایه عضلانی و لایه سروزی تخریب شده و عدم انسجام و پارگی در بخش اپیتلیوم که عمل جذب را برعهده دارند، در ناحیه پرزها بیشتر مشاهده شد. همچنین پرخونی، تجمع سلولهای التهابی لنفوسیت، واکوئله شدن و نکروز بافت روده در مقایسه با گروه کنترل (A) بیشتر مشاهده شد. براساس نتایج بهدستآمده در گروه آلوده به باکتری همراه با پروبیوتیک (C)، انسجام بافتها بیشتر شده و تجمع سلولهای التهابی، تخریب پرزها، واکوئلهها و نکروز بافت نیز در مقایسه با گروه بیمار کاهش یافته است.
فاکتورهای بیوشیمیایی خون: مقایسه غلظت کورتیزول و دوپامین گروههای مختلف آزمایشی در تصویر 4 ارائه شده است. در مقایسه با گروه کنترل، میزان غلظت هورمون استرس کورتیزول در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم افزایش معنیداری نشان داد (01/0>P) (تصویر 4)، درحالیکه میزان این هورمون در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک در مقایسه با گروه کنترل، کاهش معنیداری داشت (001/0>P). همچنین در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک، در مقایسه با گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم، کاهش معنیداری دیده شد (001/0>P). میزان دوپامین در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم (بیمار) در مقایسه با گروه کنترل کاهش معنیداری داشت (05/0>P). در گروه درمانی که سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک دریافت کرده بود، نسبت به گروه کنترل، افزایش معنیداری مشاهده شد (001/0>P). همچنین در مقایسه با گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم (بیمار)، گروه درمانی که سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک دریافت کرده بود، افزایش معنیداری در میزان دوپامین نشان داد (001/0>P).
باتوجهبه تصویر 5 که مربوط به اندازهگیری میزان سروتونین در خون است، در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم (بیمار)، در مقایسه با گروه کنترل، تغییر معنیداری در میزان سروتونین مشاهده نشد (بیماری احتمالاً بر روی غلظت سروتونین تأثیری ندارد)، اما در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک (درمان)، نسبت به گروه کنترل، افزایش معنیداری در میزان سروتونین مشاهده شد (01/0>P). همچنین در مقایسه با گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم (بیمار)، در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک (درمان)، افزایش معنیداری دیده شد (01/0>P).
فعالیت آنتیاکسیدانی و میزان مالوندیآلدهید در مغز و روده: تصویر 6 میزان ظرفیت آنتیاکسیدانی تام و همچنین غلظت مالوندیآلدهید را در مغز و روده گروههای آزمایشی نشان میدهد. ظرفیت آنتیاکسیدانی تام (TAC) مغز در گروهی که سالمونلا تیفیموریوم دریافت کرده بودند، در مقایسه با گروه کنترل کاهش قابلتوجهی نشان داد (01/0>P). در مقابل، گروهی که ترکیب پروبیوتیک همراه با سالمونلا تیفیموریوم دریافت کرده بودند، در مقایسه با گروه کنترل افزایش معنیداری نشان دادند (01/0>P). علاوهبراین گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم همراه با پروبیوتیک نیز نسبت به گروه دریافتکننده تنها سالمونلا تیفیموریوم، افزایش قابلتوجهی در ظرفیت آنتیاکسیدانی تام داشتند (01/0>P).
همچنین نتایج نشان داد ظرفیت آنتیاکسیدانی تام در بافت روده گروهی که سالمونلا تیفیموریوم دریافت کردهاند، در مقایسه با گروه کنترل بهطور قابلتوجهی افزایش یافت (001/0>P). در گروهی که ترکیب سالمونلا تیفیموریوم و مخلوط پروبیوتیک دریافت کردند نیز نسبت به گروه کنترل افزایش معنیداری مشاهده شد (01/0>P). ازسویدیگر در گروهی که سالمونلا تیفیموریوم و مخلوط پروبیوتیک دریافت کردهاند، در مقایسه با گروهی که تنها سالمونلا تیفیموریوم دریافت کردهاند، کاهش معنیداری دیده شد (001/0>P). این نتایج نشان داد مخلوط پروبیوتیک تأثیر مثبتی در کاهش ظرفیت آنتیاکسیدانی افزایشیافته ناشی از عفونت سالمونلا تیفیموریوم دارد.
نتایج نشان داد پراکسیداسیون لیپیدی در بافت مغز گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم در مقایسه با گروه کنترل بهطور معنیداری افزایش یافته است (001/0>P). همچنین در گروهی که سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک دریافت کردند، در مقایسه با گروه کنترل افزایش معنیداری مشاهده شد (01/0>P). ازسویدیگر در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک در مقایسه با گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم، کاهش معنیداری دیده شد (001/0>P). این نتایج نشاندهنده تأثیر مثبت مخلوط پروبیوتیک در کاهش پراکسیداسیون لیپیدی افزایشیافته ناشی از عفونت سالمونلا تیفیموریوم است. همچنین نتایج نشان داد پراکسیداسیون لیپیدی رودهای در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم در مقایسه با گروه کنترل بهطور معنیداری افزایش یافته است (001/0>P). در گروهی که سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک دریافت کردند، نسبت به گروه کنترل افزایش معنیداری مشاهده شد (001/0>P). ازسویدیگر در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک در مقایسه با گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم، کاهش معنیداری دیده شد (01/0>P). این نتایج نشاندهنده تأثیر مثبت مخلوط پروبیوتیک در کاهش پراکسیداسیون لیپیدی افزایشیافته ناشی از عفونت سالمونلا تیفیموریوم است.
بیان ژن: مقایسه میزان بیان ژنهای التهابی TNFα، IL-6 و NLRP در بافت مغز (تصویر7-A و 7-C) گروههای موردآزمایش نشان داد گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم در مقایسه با گروه کنترل افزایش معنیداری در بیان این ژنها داشت ) 001/0>P= TNFα و IL-6) (01/0>P =NLRP). همچنین در گروهی که سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک دریافت کردند، نسبت به گروه کنترل افزایش معنیداری مشاهده شد) 001/0>P= TNFα و IL-6) (01/0>P =NLRP).
ازسویدیگر، در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک، در مقایسه با گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم، کاهش معنیداری در بیان این ژنها دیده شد ) 01/0>P= TNFα و IL-6) (05/0>P =NLRP). این نتایج نشاندهنده تأثیر مثبت مخلوط پروبیوتیک در کاهش بیان ژنهای التهابی ناشی از عفونت سالمونلا تیفیموریوم است.
مقایسه نتایج بیان ژنهای التهابی TNFα و IL-6 در بافت روده در گروههای مختلف نشان داد گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم در مقایسه با گروه کنترل افزایش معنیداری داشت (001/0>P) (تصویر7-B). همچنین، در گروهی که سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک دریافت کرده بودند، نسبت به گروه کنترل افزایش معنیداری مشاهده شد (001/0>P). ازسویدیگر در گروهی که همزمان با سالمونلا تیفیموریوم، مخلوط پروبیوتیک دریافت کرده بودند، کاهش معنیداری در بیان این ژنها نسبت به گروهی که تنها سالمونلا تیفیموریوم دریافت کرده بودند، مشاهده شد (01/0>P). همچنین مقایسه میزان بیان ژن NLRP در بافت روده نشان داد (تصویر7-D) گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم افزایش معنیداری در بیان این ژن نسبت به گروه کنترل داشت (001/0>P). در گروهی که سالمونلا تیفیموریوم همراه با مخلوط پروبیوتیک را دریافت کرده بودند، افزایش معنیداری مشاهده شد (001/0>P). بهعلاوه در این گروه، کاهش معنیداری در بیان ژن NLRP نسبت به گروهی که تنها سالمونلا تیفیموریوم دریافت کرده بودند، مشاهده شد (05/0>P). این نتایج نشان داد مخلوط پروبیوتیک توانایی کاهش بیان ژنهای التهابی TNFα، IL-6 و NLRP ناشی از عفونت سالمونلا تیفیموریوم را دارد.
یکی از متداولترین علل مرگومیر در کشورهای درحالتوسعه و کشورهای توسعهیافته، عفونتهای باکتریایی است که مشکلات بزرگی را برای صنایع غذایی و سلامت و بهداشت انسانها ایجاد میکند. در سالهای اخیر، مسمومیتهای گوارشی ناشی از سالمونلا بهصورت وسیع مشاهده شده است. مقاومت به فاگوسیتها، داشتن غشای خارجی مقاوم در برابر آنتیبیوتیکها، تکثیر در دستگاه گوارش و حمل این باکتری توسط میزبان بهمدت طولانی، از عوامل شیوع و بیماریزایی سالمونلا به شمار میرود. راه اصلی انتقال بیماری سالمونلا ازطریق گوارش است و ناقلین باکتری را ازطریق ترشحات بدن و مدفوع دفع میکنند. ازطرفی، مصرف بیرویه آنتیبیوتیکها، بیماریها و عفونتهای گوارشی ناشی از این باکتری میتواند موجب تغییر در فراوانی باکتریهای مفید و برهم خوردن تعادل این جوامع میکروبی ساکن دستگاه گوارش که نقش مهمی در ارتباط بین مغز و روده دارند، شود و سلامتی فرد را تحت تأثیر قرار دهد. در این راستا، مطالعه حاضر بهمنظور بررسی تأثیر مخلوط پروبیوتیک (لاکتوباسیلوس پلانتاروم، لاکتوباسیلوس پاراکازئی و لاکتوباسیلوس برویس) بر محور مغز ـ رودهای موشهای صحرایی نر آلوده به سالمونلا تیفیموریوم انجام شد. نتایج حاصل از بررسی پاتولوژیکی بافت مغز گروهی که باکتری دریافت کرده بودند، نشان داد باکتری سبب کاهش حجم هیپوکامپ و بروز ناهنجاریهای کاورنوس یا غارمانند در ساختار عروق خونی مغز میشود، دستهای از عروق خونی با دیواره نازک مشاهده شد که نشاندهنده ورود عفونت به جریان خون و نشت خون به بافت مغزی و مرگ جمعیت خاصی از سلولهای مغزی بود. در بافت روده باریک، گروه دریافتکننده باکتری سالمونلا تیفیموریوم، خونریزی در سطوح سروزی و مخاطی مشاهده شد و تعداد سلولهای ترشحکننده مخاط، کاهش محسوسی نشان دادند. در قسمت اپیتلیوم روده باریک که عمل جذب را بر عهده دارد، تخریب و عدم پیوستگی مشاهده شد. پارگی در لایههای عضلانی و ناحیه ریز پرزهای روده کوچک و کاهش ارتفاع هر پرز نسبت به عمق هر غده لایبر کوهن از دیگر نتایج بررسی پاتولوژیکی بافت روده باریک این گروه بود. ازطرفی، در روده باریک گروه درمان با مخلوط پروبیوتیک، نتایج بیانگر بافت روده منسجم با لایههای مختلف قابلتفکیک از هم بود.
پس از انجام سنجش فاکتورهای خونی، شامل سروتونین، دوپامین و کورتیزول، مشاهده شد در گروه بیمار نسبت به گروه کنترل، تیتر کورتیزول بهطور معنیدار افزایش یافت. همچنین تیتر سروتونین و دوپامین نیز در گروه درمان نسبت به گروهی که باکتری را دریافت کرده بودند، بهطور معنیداری افزایش یافت. نتایج مطالعه حاضر نشان داد باکتری سالمونلا تیفیموریوم بهطور معنیداری باعث کاهش میزان آنزیمهای ظرفیت آنتیاکسیدانی تام (TAC) نسبت به نمونه کنترل در بافت مغز و بافت روده باریک میشود. همچنین بعد از انجام سنجش پراکسیداسیون لیپیدی (MAD) در بافت مغز و روده، مشخص شد تیتر این آنزیم در گروه دریافتکننده سالمونلا تیفیموریوم نسبت به گروه شاهد افزایش معنیداری داشته است. ازسویدیگر، افزایش معنیدار در بیان ژنهای TNFα، IL6 و NLRP در بافت مغز و روده باریک گروه دریافتکننده باکتری نسبت به گروه کنترل مشاهده شد. همچنین بیان ژن NLRP در گروه تیمار نسبت به نمونه شاهد کاهش معنیداری داشت. درنتیجه مکان لوکالیزاسیون اصلی باکتری سالمونلا در رودهها قرار دارد و درحقیقت موجب تهاجم ماکروفاژهای مخاطی میشود. این باکتری در روده باریک، کولون، غدد لنفاوی و کیسه صفرا جایگزین میشود و با تولید انتروتوکسین، سیتوتوکسین بیماری ایجاد میکند.
در مطالعهای که Haghighi و همکاران در سال 2022 بر روی یک گروه اسب انجام دادهاند، نشان داده شد باکتری انتروکولیت سالمونلا باعث تغییرات هیستولوژیکی در بافت روده باریک این حیوانات میشود. ازسویدیگر، در مطالعهای دیگر در سال 2021، تأثیر ترکیبی اسپورهای برخی از باسیلوسها بر عفونت سالمونلایی بررسی شده است و نتایج نشان داد استفاده از این باسیلوسها (سوبتیلیس و کواگولنس) میتواند ورود پاتوژنها ازطریق دهان را کاهش دهد و با حفظ میکروفلور روده، بدن را برای مقابله با باکتری سالمونلا آماده کند. در مطالعه دیگری که Wan و همکاران در سال 2020 انجام دادهاند نشان داده شد لاکتوباسیلوس پلانتاروم، بهویژه متابولیتهای آن، بهطور مؤثری از عفونت سالمونلا تیفیموریوم در موشها جلوگیری و آسیبهای مغزی و التهاب عصبی را کنترل میکند. این مطالعه نشان داد لاکتوباسیلوس پلانتاروم باعث کاهش سطوح اینترلوکینهای IL-6 و IL-1β و افزایش IL-10 و IL-4 میشود (14). در مطالعه Wotzka و همکاران در سال 2017 که برروی سالمونلا تیفی موریوم تمرکز داشت، نشان داد که التهاب ناشی از این باکتری میتواند انتقال پلاسمیدها و فاژها را تسریع و انتقال مقاومت آنتیبیوتیکی را تقویت کند. همچنین ظهور پاتوبیونتها و پاتوژنها را با حدت افزایشیافته تسهیل میکند (15) و این نتایج با نتایج مطالعات قبلی همسو است.
در مطالعه Fatemi و همکاران در سال 2019، اثر لاکتوباسیلوس کازئی بر روی فاکتورهای هماتولوژیک در رتهای آلوده به سالمونلا تیفیموریوم بررسی شد و نتایج این مطالعه نشان داد لاکتوباسیلوس کازئی قادر به مقابله با سالمونلا تیفیموریوم بوده و بدون اثر مخربی بر فاکتورهای هیستولوژیک و هماتولوژیک تا حدودی از پیشرفت بیماری جلوگیری میکند (16). در مطالعهای که Ehrhardt و همکاران در سال 2022 انجام دادهاند، عفونت رودهای سالمونلا در موشها بررسی شدند. نتایج نشان دادهاند سالمونلا بهطور مؤثر سکوم و کولون موش را کلونیزه کرده و در آنجا التهاب ایجاد میکند که به کولیت منجر میشود. با مصرف آنتیبیوتیک قبل از عفونت با سالمونلا، مقاومت کلونیزاسیون روده با کاهش میکروبیوتای روده برطرف شد (17). Nazari و همکاران در سال 2017 گزارش کردهاند آلودگی سالمونلایی در شتر آلوده سبب تخریب بافت روده باریک و بخشهای مختلف دستگاه گوارش میشود (18). باتوجهبه بررسی نتایج و مقایسه آمار مطالعات انجامشده در این زمینه با نتایج و آمار مطالعه حاضر، مشخص شد مطالعه حاضر با مطالعات گذشته همخوانی دارد.
پروبیوتیکها بهعنوان میکروارگانیسمهای زنده، نقش مهمی در حفظ سلامت روده و ایجاد تعادل در جمعیت باکتریهای مفید و مضر دارند. این تعادل به نفع افزایش جمعیت باکتریهای مفید در روده تغییر میکند و ازطریق تأثیر بر محور مغز ـ روده، اثرات سلامتبخش خود را در بدن القا میکند. باکتریهای پروبیوتیک ازطریق تعامل با سلولهای اپیتلیال روده و گیرندههای TLR و سلولهای ایمنی، سیگنالهایی به سایر سلولهای ایمنی ارسال میکنند که با افزایش سلولهای ایمونوگلوبولین روده، برونش و غدد پستانی باعث میشوند سلولهایT فعال شوند. بهویژه، پروبیوتیکها سلولهای T تنظیمی را فعال میکنند که به آزادی IL-10 منجر میشود. همچنین با افزایش موسین، پروتئینهای اتصال محکم و سلولهای گابلت یا جامی و پانت، سد روده تقویت میشوند. مکانیسمهای پیشنهادی پروبیوتیکها شامل تعدیل میکروبیوتای روده با حفظ تعادل و سرکوب رشد باکتریهای بیماریزای بالقوه در روده است. علاوهبراین، دُز پروبیوتیک مصرفشده نقش مهمی در تراکم میکروارگانیسمهای موجود در بخشهای مختلف دستگاه گوارش دارد. پروبیوتیکها همچنین قادر به تصحیح اختلالات میکروبیوتای روده پس از درمان آنتیبیوتیکی میباشند. آنها با سلولهای اپیتلیال روده تعامل دارند و بر بیان عوامل رونویسی درگیر در متابولیسم سلولی تأثیر میگذارند و درنتیجه عملکرد آن را بهبود میبخشند. همچنین اثرات پروبیوتیکها شامل بهبود التهاب مخاطی با بازگرداندن یکپارچگی اپیتلیال، ساختارهای کریپت و اندازه پرز و تقویت سلامت سیستم ایمنی در بیماری نیز میشود (19).
Mulaw و همکاران در سال ۲۰۲۲ در مطالعهای اثر سویههای پروبیوتیک بالقوه (لاکتوباسیلوس پلانتاروم و لاکتوباسیلوس پاراکازئی) بر روی موشها در برابر سالمونلا تیفیموریوم را بررسی و مشاهده کردهاند ترکیبی از این سویههای پروبیوتیک بالقوه قادر به محافظت از موشها در برابر عفونت سالمونلا تیفیموریوم است. این نتایج نشان میدهند این سویههای پروبیوتیک بالقوه میتوانند بهعنوان فرهنگ پروبیوتیک برای تولید محصولات تخمیری عملکردی استفاده شوند (20). Wieërs و همکاران در سال ۲۰۲۲ در مطالعاتی نشان دادهاند پروبیوتیکها میتوانند در جلوگیری از کلونیزاسیون میکروبیوتای روده با باکتریهای مقاوم به چند دارو در طول درمان با داروهای آنتیبیوتیکی مؤثر باشند (21). Rode و همکاران در سال ۲۰۱۸ در یک مطالعه نشان دادهاند پروبیوتیک L. plantarum میتواند محور روده ـ مغز را تحریک و بهطور بالقوه رشد و عملکرد مغز را تقویت کند (22). Milner و همکاران در سال ۲۰۲۱، اثر پروبیوتیکها در پیشگیری و درمان بیماریهای گوارشی را بررسی کردهاند و نشان دادند میتوان از پروبیوتیکها بهعنوان درمان کمکی در این بیماریها استفاده کرد (23). Dias و همکاران در سال ۲۰۲۳ مطالعهای را انجام دادهاند که براساس آن پروبیوتیکها اثرات مثبتی در پیشگیری از انواع مختلف عفونتهای باکتریایی دارند. آنها بهدلیل تعامل با مکانیسمهای مختلف سیستم ایمنی، موفق به محافظت از بدن در برابر این نوع عفونتها شدند (24). در مطالعه دیگری که Shadnoush و همکاران در سال ۲۰۲۱ انجام دادهاند، مشاهده شد مصرف پروبیوتیکها ازطریق رژیم غذایی میتواند بهبود آسیبهای گوارشی را تسریع و ترمیم کند (25). در مطالعاتی که Yeşilova و همکاران در سال ۲۰۱۲ انجام دادهاند، به اثرات مثبت مخلوط پروبیوتیکها بر شاخصهای التهابی بیماران مبتلا به سرطان کولون پرداختهاند و نتایج نشان داد سطح سرمی 6 -IL این بیماران با مصرف مخلوط پروبیوتیک کاهش یافت (26).
در مطالعه Horvat و همکاران در سال 2023، نشان داده شد پروبیوتیکها چگونه میتوانند بهبود علائم سندرم روده تحریکپذیر را تسهیل کنند (27). همچنین Ghadaksaz و همکاران در سال 2022، مکانیسمهایی را بررسی کردهاند که باکتریهای پروبیوتیک برای از بین بردن و تخریب سموم میکروبی، مانند مایکوتوکسینها و سموم جلبکی به بافت میزبان و سیستم ایمنی آسیب میرساند و باعث عفونتهای موضعی و سیستمیک میشود (28).
نتایج مطالعه حاضر همسو با نتایج تحقیقات پیشین است. در مطالعه حاضر، تأثیر مخلوطی از پروبیوتیکها بر محور مغز ـ رودهای موشهای صحرایی نر آلوده به سالمونلا تیفیموریوم بررسی شد. احتمالاً در مطالعه حاضر نیز پروبیوتیکها باتوجهبه نقش حفاظتی بر روی سلولهای اپیتلیوم، اثر آنتاگونیستی در برابر پاتوژنها، خاصیت آنتیاکسیدانی و تقویت سیستم ایمنی، یک پیشآگاهی شده و سیستم ایمنی را در حالت آمادهباش قرار داده است. بنابراین با ورود باکتری سالمونلا تیفیموریوم به روده موشهای صحرایی نر، مکانیسمهای احتمالی در بدن حیوان فعال شده و سطح ایمونوگلوبولینهای مخاطی، سایتوکاینها و فعالیت سلولهای طبیعی کشنده افزایش یافته و ماکروفاژها فعال شده و تحریک ایمنی در برابر باکتری سالمونلا تیفیموریوم افزایش یافته است. همچنین آسیبهای احتمالی مغزی و رودهای ناشی از باکتری سالمونلا تیفیموریوم نسبت به نمونه شاهد کاهش معنیداری داشتهاند. بررسیها نشان داده است استفاده از چند پروبیوتیک باعث تأثیر بیشتر در پاسخ ایمنی نیز میشود.
نتیجهگیری نهایی: با در نظر گرفتن بررسیهای انجامشده و نتایج حاصل از مطالعات، احتمالات اثرات سلامتبخش مخلوط پروبیوتیک (لاکتوباسیلوس پلانتاروم، لاکتوباسیلوس پاراکازئی و لاکتوباسیلوس برویس) در آسیبهای القایی بر بافت مغز و روده موشهای صحرایی نر آلوده به سالمونلا تیفیموریوم بهدلیل عملکردهای مختلف آنها، همچون بهبود و تقویت سیستم ایمنی، بهبود عملکرد مغز، مهار پاتوژنها، ترکیبات مضر و رادیکالهای آزاد، فعالیتهای آنتیاکسیدانی و تأثیر بر فاکتورهای التهابی، واضح است. بهعلاوه، ممکن است بهعنوان یک درمان احتمالی برای کاهش عوارض جانبی مصرف آنتیبیوتیکها و ترکیبات مضر همراه با سایر درمانهای رایج بیماریهای گوارشی استفاده شود. باتوجهبه تأثیرات درمانی متفاوت باکتریهای مختلف پروبیوتیک، لازم است سویهها و دُز مؤثر در درمان هر بیماری، مدتزمان لازم برای اثرگذاری و مکانیسم عمل گونهها و سویههای مختلف پروبیوتیک مشخص شود. بنابراین به مطالعات بیشتر درمورد مکانیسمهای بالقوه، اثربخشی و نحوه انتقال پروبیوتیکها در عفونتهای گوارشی و سالمونلایی نیاز است. مطالعه حاضر آسیبهای القایی باکتری سالمونلا تیفیموریوم بر محور مغز ـ روده و درمان با استفاده از مخلوط پروبیوتیک را بحث و بررسی کرده است.
نویسندگان از همکاران آزمایشگاه زیستشناسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی قدردانی مینمایند.
بین نویسندگان تعارض در منافع گزارش نشده است.