Characterization of Lactic Acid Bacteria from infants gut with antimicrobial activity against Lactobacillus rhamnosus GG

Abstract

There are major individual differences in how the probiotic strain Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) colonizes the intestine of infants. Understanding these differences will be of great importance in relation to the use of probiotics. A potential explanation could be competition from other lactic acid bacteria in the intestines. Therefore, the aim of this master thesis was to identify mechanisms for competition between LGG and other lactic acid bacteria. The study material included a subset of fecal samples from the Prevention of Allergy among Children in Trondheim (ProPACT) cohort. Inhibition of LGG was detected trough cultivation and screening for antimicrobial activity, and the bacteria with antimicrobial activity was isolated and identified as E. faecalis. Furthermore, several putative bacteriocins were detected in the bacterial genomes. Therefore, it is believed that the antimicrobial activity against LGG might be caused by bacteriocin production from E. faecalis. However, a correlation analysis based on a quantitative PCR screening of LGG and Enterococcus revealed a positive correlation of approximately 50 %. This may indicate a form of dependency between these two variables and not only competition. In conclusion, the results presented in current study improved our understanding of potential inhibition mechanisms and supports the hypothesis that the effect of probiotics can be dependent on the intrinsic microbiota.

Det er store individuelle forskjeller i hvordan den probiotiske stammen Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) koloniserer tarmen til spedbarn. Det å forstå disse forskjellene vil ha stor betydning i forhold til bruken av probiotika. En potensiell forklaring kan være konkurranse fra andre melkesyrebakterier i tarmene. Derfor var målet med denne masteroppgaven å identifisere mekanismer for konkurranse mellom LGG og andre melkesyrebakterier. Studiematerialet inkluderte et utvalg av fekalprøver fra studien Prevention of Allergy among Children in Trondheim (ProPACT). Inhibering av LGG ble påvist gjennom dyrkning og skreening for antimikrobiell aktivitet og bakteriene med antimikrobiell aktivitet ble isolert og identifisert som E. faecalis. Videre ble det påvist flere potensielle bakteriosiner i de bakterielle genomene. Det antas derfor at den antimikrobielle aktiviteten mot LGG kan være forårsaket av bakteriosinproduksjon fra E. faecalis. En korrelasjonsanalyse basert på en kvantitativ PCR-skreening av LGG og Enterococcus viste imidlertid en positiv korrelasjon på om lag 50 %. Dette kan indikere en form for avhengighet mellom disse to variablene, og ikke bare konkurranse. Det kan konkluderes med at resultatene presentert i denne studien bedret vår forståelse av potensielle inhiberingsmekanismer. I tillegg støtter resultatene oppunder hypotesen om at effekten av probiotika kan være avhengig av den iboende mikrobiotaen.