IT201800020425A1 - Lattobacilli con attività antimicrobica - Google Patents

Lattobacilli con attività antimicrobica Download PDF

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Carla Sabia
Ramona Iseppi
Patrizia Messi
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Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “LATTOBACILLI CON ATTIVITÀ ANTIMICROBICA”
La presente invenzione riguarda due ceppi di Lattobacilli (Lactobacillus paracasei ssp. paracasei LP5, depositato presso DSMZ con numero di deposito DSM 32958 e Lactobacillus brevis LP9 depositato presso DSMZ con numero di deposito DSM 32959) aventi attività antimicrobica sia contro Listeria monocytogenes che contro Streptococcus agalactiae ed il loro uso, da soli o in combinazione nel campo farmaceutico e nutraceutico, in particolare come probiotici e per la prevenzione di infezioni del feto e/o neonato da parte della gestante.
Sfondo dell’invenzione
Numerose sono le sostanze peptidiche ad azione antimicrobica proprie dei lattobacilli: la lactolina, l’acidolina, la lactocidina, la lattobacillina e l’acidofillina del L. acidophilus; la lactobrevina del L. brevis, la bulgarichina del L. bulgaricus. Alcuni autori hanno potuto isolare da un ceppo di L. rhamnosus (Pascual et al, 2008) una sostanza con un potente effetto inibitore su alcuni ceppi di Escherichia coli e Candida albicans; altri autori hanno isolato da un ceppo di L. fermentum una batteriocina che inibisce la crescita di Streptococcus agalactiae (Ruiz et al, 2012, Sabia et al., 2014).
È noto che i lattobacilli sono in grado di favorire l’equilibrio intestinale, ambiente che nella maggior parte dei casi rappresenta la principale sorgente di infezioni a livello uro-genitale. Numerosi studi dimostrano anche che la presenza di batteri lattici è anche in grado di supportare l’efficacia terapeutica di farmaci specifici in episodi acuti (Witkin, 2015). Tutti gli aspetti oggi conosciuti sulle numerose proprietà dei lattobacilli, orali e/o vaginali, portano a sostenere la validità di un approccio “naturale”, sia per la terapia, sia per la prevenzione. Ciò è soprattutto vero nella vaginosi batterica (VB) che va considerata come una sindrome in cui è necessario ristabilire l’equilibrio microbico a livello locale, ripristinando la presenza di lattobacilli e quindi il fisiologico ecosistema vaginale.
Più recentemente numerosi autori (Reid G., 2001 Cribby et al., 2008., Macklaim et al., 2015, Vujic et al, 2013, Marschalek et al., 2017) si sono pronunciati in merito ai potenziali vantaggi che una terapia probiotica può esercitare in ambito vaginale. I probiotici infatti sono di aiuto nel ripristinare la microflora a livello vaginale e possono essere utili nel trattamento di disturbi quali vaginosi batteriche, vaginiti micotiche, infezioni conseguenti a disturbo vaginale su base atrofica, infezioni da protozoi, cistiti e infezioni del tratto urinario.
Tali vantaggi possono giocarsi sia in sede vaginale con un’applicazione “locale” del probiotico, ma anche perseguendo un utilizzo orale. La terapia probiotica può avere infatti evidenti ricadute sul benessere delle vie vaginali, riequilibrando le varie popolazioni intestinali a favore dei batteri lattici, limitando così il passaggio intestino/vagina di patogeni di interesse nell’ambito delle VB (ma anche quello più semplice perineo/vagina), che possono essere presenti soprattutto in condizioni di elevato dismicrobismo intestinale.
Streptococcus agalactiae e Listeria monocytogenes sono due microrganismi che, pur non determinando sempre una sintomatologia a livello vaginale, rappresentano importanti agenti patogeni ad elevata letalità. S. agalactiae è presente nella mucosa genitale e nel basso tratto intestinale come commensale, cioè come parte della flora batterica. Non si comporta come un agente patogeno e raramente provoca sintomi evidenti a livello vaginale. Il batterio non attraversa la barriera della placenta, dunque se le membrane sono integre il feto non può essere infettato. In caso di rottura precoce delle membrane, invece, questa possibilità esiste. Il picco del rischio è al momento del parto, quando il bambino entra in contatto diretto con la mucosa vaginale. In presenza del batterio, la probabilità di contagio del nascituro è del 70% circa. Tra i contagiati, solo l’1-2% manifesta sintomi di rilievo clinico e i più vulnerabili sono i nati prematuri. L’infezione del neonato può avere gravi conseguenze come meningite, setticemia, polmoniti, o altre malattie, che si possono manifestare precocemente o, più raramente, a distanza di diverse settimane dalla nascita (Hansen et al., 2004; Puopolo et al., 2005). Sebbene la profilassi antibiotica abbia diminuito l'incidenza di queste infezioni, segnalazioni di casi di malattia causate da S. agalactiae continuano a verificarsi in neonati con significativa morbilità e mortalità. Pertanto, sono necessari nuovi approcci alternativi, poiché gli attuali metodi per prevenire le infezioni genitali non sono sempre efficaci contro quelle causate da patogeni primari o microrganismi commensali trasmessi durante la nascita.
Al contrario Listeria monocytogenes, una volta contratta soprattutto attraverso l’ingestione di alimenti contaminati, è in grado di attraversare la placenta e infettare il feto, associandosi ad un elevato rischio di aborto o di parto pretermine. La malattia può anche essere trasmessa al neonato durante il parto, se la Listeria è presente nella mucosa vaginale, determinando seri problemi di salute per il bambino, quali polmonite, lesioni cutanee, congiuntivite purulenta, ascessi e meningite (Lamont et al., 2011).
Stato dell’Arte
CN101496821 descrive un ceppo di Lactobacillus brevis, attivo nei confronti di Streptococcus agalactiae ed altri batteri, in una preparazione farmaceutica ad uso vaginale.
EP0956858 descrive l’associazione di Lactobacillus brevis e di Lactobacillus salivarius per il trattamento locale di vaginosi e vaginiti.
WO2017196006 descrive composizioni farmaceutiche per la prevenzione di vaginosi contenenti lattobacilli, uno dei quali può essere un Lactobacillus brevis e menziona la loro possibile azione in vaginosi causate da Streptococcus agalactiae.
WO2012101500 descrive vari ceppi di lattobacilli da somministrare per via vaginale in forma effervescente, inclusi ceppi di Lactobacillus paracasei e menziona la loro utilità nel contrastare condizioni vaginali causate da vari ceppi di candida, Gardnerella vaginalis, Trichomonas vaginalis, Neisseria gonorrhoeae, Escherichia coli, Herpes simplex ed Haemophilus ducreyi.
Ruiz et al., 2012 descrive due ceppi di Lactobacillus (Lactobacillus rhamnosus L60 and Lactobacillus fermentum L23) per combattere infezioni da Streptococcus agalactiae, da soli o in combinazione.
Vicariotto et al., 2012 descrive come la combinazione di due ceppi di Lactobacillus (Lactobacillus fermentum LF10 -DSM 19187 e Lactobacillus acidophilus LA02 -DSM 21717) sia utile per vulvovaginiti da candida.
Vujic et al., 2012 descrive la combinazione Lactobacillus rhamnosus GR-1 e Lactobacillus reuteri come utile per via orale per vaginosi batterica.
Marschalek et al., 2017 descrive una terapia orale a base di Lactobacillus crispatus LbV 88, Lactobacillus rhamnosus LbV 96, Lactobacillus jensenii LbV 116 e Lactobacillus gasseri LbV 150N sia benefica al microbiota vaginale.
Breve descrizione delle figure
Figura 1: Percentuale di sopravvivenza di L. paracasei ssp. paracasei LP5 e L. brevis LP9 dopo varie ore di esposizione a succhi gastrici (A) e intestinali (B) simulati.
Figura 2: “Deferred antagonism test” (test di antagonismo differito) di L. paracasei ssp. paracasei LP5 e di L. brevis LP9 nei confronti di L. monocytogenes (A) e di S. agalactiae (B).
Figura 3: “Agar Well-Diffusion test” (test di diffusione in pozzetto di agar) di L. paracasei ssp. paracasei LP5 (A) e L. brevis LP9 (B)
Figura 4: Conservazione dell’attività antimicrobica delle due batteriocine dopo esposizione a 60°C (A) ed a 100°C e 121°C (B)
Figura 5: Azione della proteasi
Figura 6: Rappresentazione elettroforetica in SDS-PAGE delle batteriocine Figura 7: Cinetiche di produzione di LP5 (A) e di LP9 (B)
Descrizione dell’invenzione
Gli inventori hanno isolato due ceppi di Lattobacilli aventi sorprendente attività antimicrobica sia contro Listeria monocytogenes che contro Streptococcus agalactiae.
L’invenzione riguarda quindi un ceppo isolato di Lactobacillus avente attività antimicrobica sia contro Listeria monocytogenes che contro Streptococcus agalactiae, detto ceppo essendo selezionato dalla lista composta da Lactobacillus paracasei ssp. paracasei LP5, depositato presso DSMZ con numero di deposito DSM 32958 e Lactobacillus brevis LP9, depositato presso DSMZ con numero di deposito DSM 32959.
In una forma di realizzazione, uno dei due ceppi dell’invenzione è formulato in una composizione farmaceutica.
In una forma di realizzazione, entrambi i ceppi dell’invenzione sono formulati in una composizione farmaceutica.
In una forma di realizzazione, uno dei due ceppi dell’invenzione è formulato in una composizione nutraceutica.
In una forma di realizzazione, entrambi i ceppi dell’invenzione sono formulati in una composizione nutraceutica.
In una forma di realizzazione, i ceppi dell’invenzione o le loro sopracitate formulazioni sono per uso nella prevenzione dell’infezione del feto e/o del neonato da parte della sua gestante.
Le proprietà dei due ceppi dell’invenzione come la resistenza gastrointestinale, l’adesività cellulare e l’antibiogramma rendono possibile il loro utilizzo come probiotici.
In una forma di realizzazione, si prevede pertanto l’uso dei due ceppi dell’invenzione come probiotici.
In una forma di realizzazione, i ceppi dell’invenzione o le loro sopracitate formulazioni sono per uso nel trattamento di malattie, disturbi o condizioni, qui genericamente indicate come “affezioni” dell’apparato uro-genitale femminile.
L’affezione dell’apparato uro-genitale femminile può essere scelta dalla lista composta da vaginiti, vaginosi, vulvovaginiti, cistiti, infezioni conseguenti a disturbo vaginale su base atrofica, infezioni da protozoi, infezioni del tratto urinario.
L’affezione dell’apparato uro-genitale femminile può inoltre essere scelta tra quelle di origine batterica e quelle di origine micotica.
In una forma di realizzazione, le sopracitate formulazioni sono somministrate per una via scelta tra la via orale, la via rettale, la via vaginale e la via transdermale.
L’esperto del settore saprà determinare, sulla base delle sue conoscenze e quelle accumulate da altri esperti del settore, il dosaggio da somministrare, nonché la via e la forma di somministrazione più idonee.
Tutte le forme di realizzazione possono essere combinate fra loro.
L’invenzione viene ulteriormente descritta dai seguenti esempi.
ESEMPI
Esempio 1- Isolamento ceppi di Lactobacillus paracasei ssp. paracasei LP5 e Lactobacillus brevis LP9
Tamponi rettali sono stati seminati in De Man Rogosa and Sharpe Broth (MRS brodo) e incubati per 24 ore a 37°C, al termine del periodo d’incubazione un’aliquota dei rispettivi brodi è stata seminata su piastre De Man Rogosa and Sharpe Agar (MRS agar) e incubate a 35-37°C per 48h in anaerobiosi. Successivamente è stato effettuato l’isolamento su piastre di MRS agar di 4 colonie, rappresentanti i principali tipi morfologici sviluppatesi.
Gli isolati sono stati identificati inizialmente sulla base delle loro proprietà biochimiche mediante il sistema API® 50 CHL (bioMerieux) e con ulteriore conferma mediante sequenziamento rRNA 16S. (Piotrowska et al., 2016).
Esempio 2- Resistenza dei ceppi dell’invenzione a digestione gastrointestinale.
La resistenza alla digestione gastrointestinale simulata è stata svolta secondo la tecnica di Zarate et al. 2000. I risultati, evidenziati in Fig. 1 indicano una alta resistenza a succhi gastrici e intestinali. Questa resistenza a pH molto bassi rappresenta un notevole vantaggio anche in ambito vaginale, dove notoriamente l’ambiente in condizioni di normalità microbica viene mantenuto a pH acido dai batteri lattici residenti. In questa situazione i due Lattobacilli, L. brevis LP9 e L. paracasei ssp. Paracasei LP5, troverebbero un ambiente adatto alla loro colonizzazione e sviluppo.
Esempio 3- Adesione dei ceppi dell’invenzione alle mucose A dimostrazione della capacità di inserimento nel microbiota vaginale lo studio della capacità di aderire alle cellule della mucosa viene evidenziato dal test di adesività effettuato su linee cellulari HEp-2 di derivazione umana, secondo la metodica di Grey e Kirov (1993). Il test ha evidenziato mediamente la presenza di 5/10 batteri aderenti per cellula, che corrisponde ad una buona capacità adesiva.
Esempio 4- Attività antibatterica in test di deferred antagonism
Lo screening dell’attività antibatterica dei ceppi dell’invenzione contro L. monocytogenes NCTC 10890 e S. agalactiae ATCC 2795 è stata effettuata seguendo la tecnica del “deferred antagonism” (Kekessy e Piguet, 1970) impiegando indicatori ceppi di batteri Gram positivi e Gram negativi e lieviti ((S. aureus ATCC6538, S. aureus ATCC29213, S. agalactiae 1, S. agalactiae 2, S. agalactiae 3, L. monocytogenes NCTC 10888, L. monocytogenes IM1, L monocytogenes IM2, L. monocytogenes IM3, L. monocytogenes IM4, L .monocytogenes IM5, L. monocytogenes IM6, L. monocytogenes NCTC 10890, L. monocytogenes NCTC 05105, L. monocytogenes NCTC10528, E. coli ATCC25922, Candida albicans ATCC 10231. Candida albicans IM1, Candida albicans IM2, dove gli isolati “IM” sono dalla nostra collezione.)
L’attività antibatterica viene evidenziata dalla comparsa di un alone di inibizione della crescita dei ceppi indicatori in prossimità degli spot dei batteri produttori.
Come evidenziato in Fig. 2, i ceppi dell’invenzione dimostrano notevole attività antibatterica in questo test.
Esempio 5 - Agar well diffusion
Per valutare il rilascio di composti ad attività antibatterica nel terreno colturale, i ceppi dell’invenzione, sono stati testati con la tecnica dell’agar well diffusion (Rogers e Montville, 1991).
Come evidenziato in Fig. 3, L. paracasei ssp. paracasei LP5 e Lactobacillus brevis LP9 dimostrano attività inibitoria nei confronti di Streptococcus agalactiae, Listeria monocytogenes, come evidenziato dagli aloni d’inibizioni.
Esempio 6 - Resistenza agli antibiotici
I due ceppi di Lattobacilli dell’invenzione sono stati sottoposti al saggio di sensibilità agli antibiotici tramite la tecnica della microbrodiluizione secondo le indicative del CLSI (Clinical Laboratory Standards Institute guidelines) nei confronti di 9 antibiotici (ampicillina (AMP), gentamicina (GE), clindamicina (CL), erithromicina (E), kanamicina (K), tetraciclina (TE), streptomicina (STR), vancomicina (V) e chloramphenicolo (VL). La resistenza e la sensibilità agli antibiotici sono state definite dai breakpoint secondo l'Autorità europea per la sicurezza alimentare (EFSA 2012).
I risultati, riassunti nella tabella 1 sottostante, dove sono riportati i valori di MIC (Minimum Inhibitory Concentration in �g/mL) i due ceppi dell’invenzione sono risultati sensibili rispetto a tutti gli antibiotici testati, confermando così la loro innocuità rispetto alla crescente problematica dell’antibiotico resistenza.
Tabella 1
Esempio 7 – Sensibilità a parametri chimico-fisici.
pH: La stabilità delle batteriocine dei due ceppi dell’invenzione in ambienti a differenti pH è stata valutata portando il “crude filtrate supernatant fluid” (CFSF) a valori crescenti di pH (da 2 a 9); dopo una incubazione a 30°C per 4 ore il pH era neutralizzato e sui campioni così trattati è stata determinata l’attività residua mediante la tecnica dell’agar well diffusion. La batteriocine sono risultate stabili a tutti i valori di pH saggiati.
Calore: 5ml di CFSF posti in una provetta di vetro sono stati incubati a tempi prestabiliti (10’, 20’, 30’, 40’, 50’, 60’) in un bagno termostatato a 60°C, a 100°C (per 10’, 20’, 40’,60’) e posti in autoclave per 15’ a 121°C.
Tutti i campioni così trattati sono stati saggiati per la presenza/assenza di attività, con la tecnica dell’“agar well diffusion”, dimostrando la stabilità al calore. (La Fig.4 mostra un tipico risultato ottenuto).
La stabilità alla temperatura di refrigerazione è stata testata mantenendo il CFSF a 4°C per 6 mesi e controllandone settimanalmente l'attività antibatterica con la metodica dell’agar well diffusion. La batteriocine hanno mantenuto inalterata l’attività nei sei mesi di conservazione a 4°C.
Proteasi: 100µl di CFSF e 100µl di proteinasi K (20 mg/ml) sono stati inoculati in pozzetti adiacenti, di 5 mm di diametro, praticati in piastre di Tryptic Soy Agar (TSA); la sensibilità della batteriocina alle proteasi è stata valutata in base alla perdita dell’attività antibatterica nei confronti di due ceppi indicatori (S. agalactiae ATCC 27956 e L. monocytogenes NCTC 10888) dimostrando così la loro natura proteica (un risultato tipico è riportato in Fig.5).
Esempio 8 - Purificazione delle batteriocine, loro peso molecolare e caratteristiche biochimiche.
Purificazione: I ceppi dell’invenzione sono stati fatti crescere in 100 ml di MRS brodo a 37°C per 24h. Le cellule sono state rimosse per centrifugazione (10.000x g, 20 minuti a 4°C). Le batteriocine sono state precipitate con ammonio solfato ad una concentrazione finale del 80%, lasciando in agitazione il surnatante per 4h. Il precipitato è stato raccolto per centrifugazione (12.000xg 30 minuti,4°C), sospeso in 1 ml di tampone fosfato (pH 6.5) e 100 µl di ciascun estratto proteico sono stati testati con la tecnica dell’”agar well diffusion” utilizzando come indicatori L. monocytogenes NCTC 10888 e S. agalactiae ATCC 27956, confermando l’attività antibatterica.
Per stimare le dimensioni delle molecole delle batteriocine sono state separate in SDS-PAGE in gels precast al 12% di poliacrilamide a 200V per 35 minuti, utilizzando un marcatore di peso molecolare standard da 13 to 188 kDa (Invitrogen). Il gel di poliacrilamide ottenuto è stato colorato con Simply Blue Safstain (Invitrogen-Life Technologies) per 1 h e decolorato con acqua per 4 h. I risultati, evidenziati in Fig. 6, dimostrano che il peso molecolare di entrambe le batteriocine è risultato di circa 3KDa.
Esempio 9 - Classificazione delle batteriocine.
I risultati ottenuti sulle caratteristiche fondamentali delle due batteriocine dei ceppi dell’invenzione riguardanti la loro attività antibatterica, la natura proteica, la stabilità al calore e il basso peso molecolare (3KDa), hanno evidenziato l’appartenenza alla classe II di Klaenhammer (Klaenhammer,1988) definite come un gruppo di piccoli non-lantibiotici termostabili e a basso peso molecolare con potenzialità antibatteriche riconosciute.
Esempio 10 - Cinetica di produzione.
Due brodocolture dei ceppi dell’invenzione sono state ottenute inoculando 1 ml di colture di ciascun ceppo in 250ml di terreno MRS, ad una concentrazione iniziale di 10<5 >UFC ml<-1 >ed incubate a 30°C. Ad intervalli regolari (ogni 2 ore) aliquote di 1 ml sono state prelevate per valutare la carica microbica, la densità della biomassa (A630), e la produzione di batteriocina. (Ivanova et al. 1998).
Nella Fig. 7A viene mostrata la cinetica di produzione della batteriocina di L. paracasei ssp. paracasei LP5: questa viene prodotta (circa 40 A.U. ml <-1>) già a partire dalla 4° ora, corrispondente alla fase iniziale della crescita logaritmica, ad una conta batterica di 3,8 x 10<6 >CFU/ml<-1>, un’assorbanza di 0,07 (A630). La concentrazione della batteriocina di LP5 raggiunge il picco massimo (320 AU ml <-1>) dopo 16 ore di incubazione, ad un’assorbanza di 1,8 nm, ad una conta batterica di 6,3 x 10<9 >CFU/ml<-1 >e ad un pH di 5. Il titolo della batteriocina è rimasto costante fino al termine delle osservazioni (24 ore di incubazione), con una conta batterica di 6,3 x 10<9 >CFU/ml<-1 >ed un’assorbanza di 2,6 nm.
Nella Fig. 7B viene mostrata la cinetica di produzione della batteriocina di L. brevis LP9: questa viene prodotta ad una concentrazione di circa 80° A.U, ml-1, già a partire dalla 4° ora, con una conta batterica di 3,8 x 10<6 >CFU/ml<-1>, ad un ‘assorbanza di 0,05 La concentrazione della batteriocina LP9 raggiunge il picco massimo (640 AU ml<-1>) dopo 16 ore di incubazione con una conta di cellule vitali 6,5 10<9 >CFU/ml<-1 >ad un’assorbanza di 1,8 nm e ad un pH di 5. Anche in questo caso, il titolo della batteriocina, la conta batterica e l’assorbanza sono rimasti costanti fino al termine delle osservazioni (conta batterica di 6,3x10<9 >CFU/ml-1 e assorbanza di 1,8 nm di 2.6).
BIBLIOGRAFIA
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Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Ceppo isolato di Lactobacillus avente attività antimicrobica sia contro Listeria monocytogenes che contro Streptococcus agalactiae, detto ceppo essendo selezionato dalla lista composta da Lactobacillus paracasei ssp. paracasei LP5, depositato presso DSMZ con numero di deposito DSM 32958 e Lactobacillus brevis LP9, depositato presso DSMZ con numero di deposito DSM 32959.
  2. 2. Composizione farmaceutica o nutraceutica comprendente almeno un ceppo di Lactobacillus secondo la rivendicazione 1.
  3. 3. Composizione farmaceutica o nutraceutica comprendente entrambi i ceppi di Lactobacillus secondo la rivendicazione 1.
  4. 4. Ceppo secondo la rivendicazione 1 o composizione secondo le rivendicazioni 2 o 3 per uso nella prevenzione dell’infezione del feto e/o del neonato da parte della sua gestante.
  5. 5. Uso del ceppo secondo la rivendicazione 1 come probiotico.
  6. 6. Ceppo secondo la rivendicazione 1 o composizione secondo le rivendicazioni 2 o 3 per uso nel trattamento di un’affezione dell’apparato uro-genitale femminile.
  7. 7. Ceppo o composizione secondo la rivendicazione 6, dove l’affezione è scelta tra un’affezione batterica e un’affezione micotica.
  8. 8. Ceppo o composizione secondo la rivendicazione 6, dove l’affezione dell’apparato uro-genitale femminile è scelta dalla lista composta da vaginiti, vaginosi, vulvovaginiti, cistiti, infezioni conseguenti a disturbo vaginale su base atrofica, infezioni da protozoi e infezioni del tratto urinario.
  9. 9. Composizione secondo le rivendicazioni 2-4 e 6-8 per somministrazione vaginale.
  10. 10. Composizione secondo le rivendicazioni 2-4 e 6-8 per somministrazione orale. Milano, 20 dicembre 2018
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