A comparison of the effect of selected lactic acid bacteria on cytokine secretion from monocytes and macrophages in vitro

Abstract

Lactic acid bacteria (LAB) are commonly ingested with many types of food. Some strains have been shown to have beneficial health effects when ingested, of which a few have been given the term “probiotic”. Probiotics are defined by the Food and Agriculture Organization and World Health Organization (FAO/WHO) as “live microorganisms which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host”. Previous studies have shown that probiotics may improve human health through immune modulation by inducing cytokine secretion. Therefore, the aim of this thesis was to compare the cytokine secretion from human immune cell lines exposed to the 7 selected LAB: Lactobacillus plantarum MF1298, NC8 and 299v, L. reuteri DSM 20016, DSM 17938 and mm4-1a, and L. rhamnosus GG. Furthermore, the effect of putative bacterial surface proteins on the immune response were also investigated using L. reuteri mutants. The secretion of interleukin (IL-) 6, IL-8, IL-10 and tumor necrosis factor (TNF) α from the human monocytic THP-1 cell line and THP-1 derived macrophages was investigated following 6 h co-culture with LAB. The results showed that L. reuteri strains stimulated a high secretion of cytokines compared to the other strains, while L. plantarum NC8 and L. rhamnosus GG induced low secretion of cytokines compared to the other strains. The tendency to induce cytokine secretion was overall the same for the live LAB as for the UV-inactivated LAB. However, UV-inactivated L. rhamnosus GG induced higher levels of secreted cytokines than the live form. Of the putative bacterial surface proteins tested, a protein essential for adhesion to intestinal epithelial cells (IEC) was not important for the cytokine secretion from THP-1 cells. However, sortase activity showed a possible importance for the induction of IL-8 secretion. Sammendrag Melkesyrebakterier (MSB) blir ofte inntatt i mange typer mat. Noen varianter har vist seg å kunne gi gunstige helseeffekter ved inntak, hvorav noen få har fått betegnelsen "probiotiske". Probiotika er av «Food and Agriculture Organization» og Verdens helseorganisasjon (FAO / WHO) definert som "levende mikroorganismer som ved inntak i tilstrekkelige mengder gir verten en helsegevinst". Tidligere studier har vist at probiotika kan forbedre menneskers helse gjennom immunmodulering, ved å indusere cytokinsekresjon. Målet med denne avhandlingen var derfor å sammenligne cytokinsekresjon fra humane immuncellelinjer inkubert med 7 utvalgte MSB: Lactobacillus plantarum MF1298, NC8 og 299v, L. reuteri DSM 20016, DSM 17938 og mm4-1a, og L. rhamnosus GG. Videre ble effekten av antatte bakterielle overflateproteiner på immunresponsen, undersøkt ved hjelp av L. reuteri-mutanter. Sekresjon av interleukin (IL) 6, ble IL-8, IL-10 og tumor nekrose faktor (TNF) α fra den humane monocytiske cellelinjen THP-1 og makrofager differensiert fra THP-1 celler ble undersøkt etter 6 t inkubasjon med MSB. Resultatene viste at L. reuteri-stammene stimulerte høy sekresjon av cytokiner i forhold til de andre stammene, mens L. plantarum NC8 og L. rhamnosus GG induserte lav sekresjon av cytokiner i forhold til de andre stammene. Tendensen til å indusere cytokinsekresjon var generelt den samme for levende MSB som for UV-inaktiverte MSB. Unntaket var UVinaktiverte L. rhamnosus GG som induserte høyere nivåer av sekrerte cytokiner enn i levende form. Av de antatte bakterielle overflateproteiner testet, var et protein avgjørende for adhesjon til intestinale epitelceller ikke viktig for cytokinsekresjon fra THP-1celler. Imidlertid viste sortase aktivitet en mulig betydning for induksjon av IL-8 sekresjon.