Modulação do microbioma intestinal com nisina

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7899 (2023) Citar este artigo

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A nisina é uma bacteriocina de amplo espectro usada extensivamente como conservante de alimentos que foi identificada no Lactococcus lactis há quase um século. Mostramos que a nisina ingerida por via oral sobrevive intacta ao trânsito pelo trato gastrointestinal suíno (conforme evidenciado pela atividade e determinação do peso molecular), onde afeta tanto a composição quanto o funcionamento da microbiota. Especificamente, o tratamento com nisina causou uma diminuição reversível nas bactérias Gram positivas, resultando em uma remodelação das Firmicutes e um correspondente aumento relativo nas Proteobactérias Gram negativas. Essas alterações foram refletidas pela modificação na abundância relativa das vias envolvidas na síntese de acetato, butirato (diminuída) e propionato (aumentada), que se correlacionaram com reduções gerais nos níveis de ácidos graxos de cadeia curta nas fezes. Essas mudanças reversíveis que ocorrem como resultado da ingestão de nisina demonstram o potencial de bacteriocinas como a nisina para moldar microbiomas de mamíferos e impactar na funcionalidade da comunidade.

Bacteriocinas são peptídeos antimicrobianos produzidos por muitas espécies bacterianas1. A nisina é uma bacteriocina produzida pelo Lactococcus lactis que possui amplo espectro de ação contra bactérias Gram-positivas2,3. A nisina A foi aprovada para uso como conservante de alimentos pela Food and Drug Administration (FDA) dos EUA (US Food and Drug Administration, 1988) e pela European Food Safety Authority (EFSA; número E E234) e, portanto, é consumida por humanos4. A nisina (na forma de Nisaplin disponível comercialmente) foi fornecida a ratos sem efeitos adversos, em doses de até 239 mg por kg de peso corporal5. A nisina tem eficácia in vitro contra patógenos intestinais Gram positivos, como Clostridioides difficile6 e, em combinação com cinamaldeído e ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA), demonstrou controlar o crescimento de Escherichia coli enterotoxigênica Gram negativa (ETEC)7. A nisina também demonstrou ter eficácia in vivo nos microbiomas murinos8,9 e de frango10, bem como eficácia ex-vivo no microbioma humano11. No entanto, nenhum estudo mostrou sua eficácia in vivo em grandes mamíferos até o momento. Devido à sua natureza proteica, assumiu-se que a nisina seria degradada no intestino superior devido à exposição a enzimas proteolíticas, como mostramos anteriormente para outras bacteriocinas, a saber, lacticina 314712 e turicina CD13. Se a nisina não atingir intacto o TGI inferior14,15, ela não deve afetar a microbiota intestinal quando ingerida por via oral. Neste estudo, alimentamos leitões pós-desmame com alta concentração de nisina para determinar seu impacto na microbiota intestinal usando sequenciamento 16S, metagenômica (shotgun), GC-MS e Maldi-Tof MS. Também incluímos uma preparação à base de etilcelulose para proteger (encapsular) a nisina contra possível degradação no GIT16 superior e compará-la com a nisina não encapsulada, algo que não foi testado em estudos anteriores.

Aqui, demonstramos que a nisina não encapsulada intacta é entregue ao GIT inferior dos porcos e causa mudanças significativas, mas reversíveis, na composição microbiana, nos níveis de ácidos graxos de cadeia curta (SCFA) e nas vias metabólicas específicas durante o período de tratamento.

O objetivo deste estudo foi avaliar se a nisina ingerida oralmente poderia atingir o intestino intacta e modular o microbioma intestinal de suínos (Fig. 1a). Devido à natureza proteica da nisina, usamos tanto a nisina não encapsulada (Nis-pdr) quanto a encapsulada (Nis-en), que foram adicionadas diretamente à ração dos suínos. Este estudo também continha um grupo de controle sem tratamento (Ctl) e um grupo que foi alimentado com o material que foi usado para encapsular a nisina (Encap). Por fim, monitoramos a composição e a funcionalidade da microbiota intestinal após o término do tratamento, para determinar por quanto tempo as alterações persistiram.