مطالعه هیستوپاتولوژیک اثرات محافظ کنندگی مخلوط پروبیوتیک در مقابل آسیبهای القایی سولفات مس در بافت روده باریک موشهای صحرایی نر
محورهای موضوعی : میکروبیولوژی
زهرا کشتمند
1
,
سمانه صیادی
2
,
سیده معصومه میرنوراللهی
3
1 - گروه‌زیست‌شناسی،دانشکده‌علوم‌پایه،واحد‌تهران‌مرکزی،دانشگاه‌آزاد‌اسلامی،تهران،ایران.
2 - گروه‌زیست‌شناسی،واحد‌تهران‌مرکزی،دانشگاه‌آزاد‌اسلامی،تهران،ایران
3 - گروه‌زیست‌شناسی،واحد‌تهران‌مرکزی،دانشگاه‌آزاد‌اسلامی،تهران،ایران
کلید واژه: موش صحرایی, سولفات مس, بافت روده باریک, پروبیوتیک,
چکیده مقاله :
سموم مختلف محیطی به ویژه فلزات سنگین در خاک، آب و هوا اثرات سمی بر انسان، حیوان وگیاه دارند. این عناصر سمی در محیط گسترده هستند و باعث ایجاد اختلالات مختلف در سیستم‌های بیولوژیکی میشوند. اخیراً استراتژی‌های متعددی برای کاهش آلودگی فلزات سنگین به کار گرفته شده است. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر مخلوط پروبیوتیک لاکتوباسیلوس رامنوسوس، لاکتوباسیلوس کازئی و لاکتوباسیلوس هلوتیکوس ) بر آسیبهای القایی سولفات مس در بافت روده باریک موشهای صحرایی نر می باشد.در این مطالعه تجربی،21 سر موش صحرایی نر بالغ نژاد ویستار به 3 گروه7 تایی: کنترل، دریافت کننده سولفات مس، سولفات مس+ مخلوط پروبیوتیک تقسیم شدند. سولفات مس(200میلیگرم بر کیلوگرم) و پروبیوتیک(CFU /Ml 109) به مدت 35 روز به موش ها گاواژ شد. درپایان آزمایش، موشهای صحرایی یوتانایزشده، سپس از روده باریک مقاطع بافتی تهیه، نمونه ها به روش هماتوکسیلین- ائوزین رنگ آمیزی و توسط میکروسکوپ نوری عکس‌برداری و مورد مطالعه قرار گرفتند.بررسی تغییرات مورفولوژیک بافت روده باریک در گروه تیمار با پروبیوتیک کاهش آسیب بافتی ( تعداد سلول های تکروزه،سلولهای التهابی، پرخونی، تغییر در اندازه پرزها و ضخامت لایه عضلانی)را در مقایسه با گروه سولفات مس نشان داد. با توجه به یافتههای این پژوهش احتمالا پروبیوتیکها را می‌توان به عنوان کاربردی نـوین در طیـف وسـیعی از محصـولات دارویـی جهـت اهـداف پیشگیری یا بهبود روش‌های درمانی به کار گرفت.
مطالعه هیستوپاتولوژیک اثرات محافظ کنندگی مخلوط پروبیوتیک در مقابل آسیبهای القایی سولفات مس در بافت روده باریک موشهای صحرایی نر
چکیده
سموم مختلف محیطی به ویژه فلزات سنگین در خاک، آب و هوا اثرات سمی بر انسان، حیوان وگیاه دارند. این عناصر سمی در محیط گسترده هستند و باعث ایجاد اختلالات مختلف در سیستم‌های بیولوژیکی میشوند. اخیراً استراتژی‌های متعددی برای کاهش آلودگی فلزات سنگین به کار گرفته شده است. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر مخلوط پروبیوتیک لاکتوباسیلوس رامنوسوس، لاکتوباسیلوس کازئی و لاکتوباسیلوس هلوتیکوس ) بر آسیبهای القایی سولفات مس در بافت روده باریک موشهای صحرایی نر می باشد.در این مطالعه تجربی،21 سر موش صحرایی نر بالغ نژاد ویستار به 3 گروه7 تایی: کنترل، دریافت کننده سولفات مس، سولفات مس+ مخلوط پروبیوتیک تقسیم شدند. سولفات مس(200میلیگرم بر کیلوگرم) و پروبیوتیک(CFU /Ml 109) به مدت 35 روز به موش ها گاواژ شد. درپایان آزمایش، موشهای صحرایی یوتانایزشده، سپس از روده باریک مقاطع بافتی تهیه، نمونه ها به روش هماتوکسیلین- ائوزین رنگ آمیزی و توسط میکروسکوپ نوری عکس‌برداری و مورد مطالعه قرار گرفتند.بررسی تغییرات مورفولوژیک بافت روده باریک در گروه تیمار با پروبیوتیک کاهش آسیب بافتی ( تعداد سلول های تکروزه،سلولهای التهابی، پرخونی، تغییر در اندازه پرزها و ضخامت لایه عضلانی)را در مقایسه با گروه سولفات مس نشان داد. با توجه به یافتههای این پژوهش احتمالا پروبیوتیکها را می‌توان به عنوان کاربردی نـوین در طیـف وسـیعی از محصـولات دارویـی جهـت اهـداف پیشگیري یا بهبود روشهاي درمانی به کار گرفت.
کلمات کلیدی: پروبیوتیک، سولفات مس، بافت روده باریک، موش صحرایی
Histopathological study of the protective effects of probiotic mixture against copper sulfate-induced damage in the small intestine tissue of male rats
Abstract:
Various environmental toxins, especially heavy metals in the soil, water and air, have toxic effects on humans, animals and plants. These toxic elements are widespread in the environment and cause various disorders in biological systems. Recently, several strategies have been applied to reduce heavy metal pollution. The purpose of this research is to investigate the effect of the probiotic mixture of Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei and Lactobacillus heloticus on copper sulfate-induced damage in the small intestine tissue of male rats. In this experimental study, 21 adult male Wistar rats were divided in 3 as : control, recipient of copper sulfate,copper sulfate + probiotic mixture.Copper sulfate (200mg/kg) and probiotics (109 CFU/Ml) were gavaged to rat for 35 days. At the end of the experiment, the rats were euthanized, then tissue sections were prepared from the small intestine, the samples were stained with hematoxylin-eosin method and photographed and studied by a light microscope. Investigating the morphological changes of the small intestine tissue in the treatment group with probiotics to reduce damage. tissue (the number of necrotic cells, inflammatory cells, hyperemia, changes in the size of the villi and the thickness of the muscle layer) compared to the copper sulfate group.According to the findings of this research, probiotics can probably be used as a new application in a wide range of medicinal products for the purposes of prevention or improvement of treatment methods.
Key words: probiotics, copper sulfate, small intestine tissue, rat
مقدمه:
امروزه آلودگي به يكي از چالش‌هاي اصلي مديريتي كشورها تبديل شده است؛ به گونه اي كه كشورها علاوه بر سياست‌ها و اقدامات درون مرزهای خود، سامان‌دهي آلودگي را در حوزه بين‌المللي نيز دنبال ميكنند (1). وجود عوامل محیطی نظیر آلودگی محیط زیستی، فلزات سنگین و غیره بر اندامهای مختلف اثرات مخربی دارد. در برخی از مطالعات، فلزات سنگین را به عنوان آلایندههای زیست محیطی معرفی میکنند (2).
زمانی که انسان غذا یا آب آلوده به فلزات سنگین را مصرف میکند این فلزات سنگین، محیط اسیدی معده را اسیدی تر کرده، علاوه بر این فلزات سنگین به حالتهای اکسیداتیو متعدد خود اکسید میشوند، که این رادیکالها میتوانند در بیوسیستم به مولکولهای مختلف مانند پروتئینها و آنزیم‌ها به ویژه گروههای عاملی تیو، گروه SH سیستئین و گروهSCH3 متیونین متصل شوند (3). همچنین، رادیکالهای آزاد به غشای لیپیدی حمله کرده و باعث آسیب مولکولهای لیپید میشوند. مطالعات نشان داده است سولفات مس از طریق پراکسیداسیون لیپیدی در تشکیل گونههای فعال اکسیژن شرکت داشته و از این طریق سبب القا آسیب در سلولها و بافتهای مختلف میشود (4).
فلزات سنگین با هدف قرار دادن پروتئین‌های مسئول آپوپتوز، تنظیم چرخه سلولی وDNA، متیلاسیون، ترمیم DNA، اختلال در رشد سلولی و تمایز، سبب القا آسیب در بافتهای مختلف میشوند (5،6). همچنین برخی از فلزات سنگین از طریق کاهش انتقال دهنده‌های عصبی یا تجمع در میتوکندری باعث ایجاد سمیت عصبی شده و سنتز ATP را مختل میکنند (7).
سولفات مس یکی از مهمترین آلایندههای محیطی است که توانایی تولید رادیکالهای آزاد و ایجاد استرس اکسیداتیو و اثرگذاری بر مسیر آپوپتوز، توانایی القای سمیت ژنتیکی و آسیب به DNA سلولی را دارد (8).
موجودات زنده در طول زندگی خود در معرض مس و مشتقات صنعتی آن از طریق مواد غذایی یا آلودگی‌های زیست محیطی قرار می‌گیرند. تظاهرات بالینی مرتبط با مسمومیت مس در قسمت‌های مختلف بدن شامل کبد، کلیه، طحال، ریه و روده مشاهدهشدهاست (9). جذب مس از طریق دستگاه گوارش تحت تأثیر تعدادی از ترکیبات نظیراکسیدها، هیدروکسیدها، سیترات‌ها و سولفات‌ها انجام میشود. سولفات مس متداولترین نمک مس میباشد؛ با این حال، دیگر نمکهای مس شامل کربنات، سیانید، اکسید و سولفید نیز وجود دارند (10). استراتژی‌های مرسوم مورد استفاده برای سمزدایی یا پاک‌سازی فلزات سنگین معمولاً هزینه زیادی دارند و عوارض جانبی متفاوتی بر سلامتی دارند (11).
یکی از روش‌های نوظهور و ارزان، استفاده از پروبیوتیکها جهت حذف فلزات سنگین به روش بیوشیمیایی است(12،13). پروبیوتیکها باکتریهای غیر بیماری زا، غیر سمی و تخمیری هستند که در بسیاری از محصولات مختلف مانند غذاها، داروها و مکمل‌های غذایی یافت میشوند، از جمله آنها لاکتوباسیلوس و بیفیدوباکتریوم، رایج‌ترین پروبیوتیکها هستند (14). سویههای مختلف پروبیوتیکی که در روده وجود دارند با وعده‌های غذایی مکمل شده و ترکیب میکروبی مضر را تغییر میدهند (16،15). سویههای لاکتوباسیلوس پروبیوتیکها قادر به اتصال با فلزات سنگین هستند و برای سم زدایی فلزات مفید هستند (17). امروزه پروبیوتیکها به عنوان یک نسل امیدوارکننده برای کاهش سمیت فلزات سنگین در نظر گرفته میشوند (18). علاوه بر این، ارتباط متقابل بین قرار گرفتن در معرض فلزات سنگین و میکروبیوتای روده قبلا تایید شده بود. قرار گرفتن در معرض فلزات سنگین، متابولیسم میکروبیوتای روده و عملکرد آنها را تغییر میدهند (19). از سوی دیگر، میکروبیوتای روده جذب و متابولیسم فلزات سنگین را اصلاح میکنند (20).
علاوه بر اصلاح، به عنوان یک مانع فیزیکی عمل کرده و میزان استرس اکسیداتیو، فعالیت آنزیمهای سم زدا، بیان پروتئین و تعدیلpH را نیز تنظیم میکنند (21،22).
با توجه به اینکه سـولفات مس یکی از مهم ترین آلاینده‌هاي زیسـت محیطی است که قادر به تولید رادیکالهاي آزاد و به دنبال آن ایجاد استرس اکسیداتیو میباشد از اینرو، احتمالا استفاده از محرک‌های ایمنی نظیر پروبیوتیکها در جهت کاهش آسیب القایی سولفات مس در بافتهای مختلف ضروری به نظر میرسد. از این رو، هدف از این مطالعه بررسی تاثیر مخلوط پروبیوتیکهای (لاکتوباسیلوس رامنوسوس، لاکتوباسیلوس کازئی و لاکتوباسیلوس هلوتیکوس) بر آسیبهای القایی سولفات مس در بافت روده باریک موش صحرایی نر میباشد.
مواد و روش کار:
در این مطالعه تحقیقاتی از نوع تجربی، تعداد 21 سر موش صحرایی نر بالغ نژاد ویستار با میانگین وزن 250-200 گرم از دانشگاه شهید بهشتی تهیه و یک هفته پیش از شروع آزمایشات موشها به منظور سازش با محیط آزمایشگاه به حیوانخانه‌ی دانشکده‌ی علوم پایه‌ی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی منتقل و پس از نگهداری حیوانات و سازش با شرایط محیط جدید تمامی آزمایشها انجام شد. موشها در شرایط کنترل با سیکل روشنایی و تاریکی 12 ساعته، با درجه حرارت 3 ± 22 سانتیگراد و رطوبت نسبی 70 درصد بدون محدودیت در دسترسی به آب و غذا نگهداری شدند. آزمایشات در بازه‌ی زمانی مشخصی ساعت 9 تا 12 ظهر و منطبق با دستورالعمل مراقبت و استفاده از حیوانات آزمایشگاهی انجام شد و در کلیه روشها، اصول اخلاقی مورد تایید دانشکده‌ی علوم پایه دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی رعایت گردید (IR.IAU.CTB.REC.1401.032).
گروهبندی حیوانات
21 سر موش صحرایی نر نژاد ویستار بالغ ( ۲۰۰ تا ۲۵۰ گرم) که در شرایط ذکر شده نگهداری شدند، به طور تصادفی در 3 گروه هفت تایی تقسیم شدند.
گروه 1: موشهای این گروه فقط آب و غذای پلیت شده را به صورت روزانه دریافت کردند و به منظور تحمیل استرس گاواژ، موشهای صحرایی این گروه به صورت یک روز در میان با آب مقطر نیز گاواژ شدند.
گروه 2: موشهایی که جهت القا آسیب، سولفات مس (200میلی گرم بازای هر کیلوگرم وزن) دریافت کردند (23).
گروه 3: موشهایی که دریافت کننده سولفات مس + مخلوط پروبیوتیک بومی(لاکتوباسیلوس رامنوسوس، لاکتوباسیلوس کازئی و لاکتوباسیلوس هلوتیکوس) بودند.
سولفات مس به میزان 200میلیگرم بر کیلوگرم و مخلوط پروبیوتیکها با غلظتcfu/Ml 109 از طریق گاواژ به موش ها داده شد.
تهیه غلظت پروبیوتیک
یک گرم پروبیوتیک در 9 سيسي آب مقطر حل گردید و به هر موش از این محلول، 1سی سی مخلوط پروبیوتیک با غلظت ( cfu/Ml 109) به مدت 35 روز گاواژ شد (24).
تهیه سولفات مس
به منظور آلوده نمودن نمونههای مورد آزمایش با سولفات مس (Cu SO4.5H2O)، این ماده شیمیایی با کد102790 از شرکت آزمیران خریداری شد.
تهیه مخلوط پروبیوتیکهای بومی ایران
مخلوط پروبیوتیکهای بومی ایران شامل باکتریهای لاکتوباسیلوس رامنوسوس(IBRC-M11322)، لاکتوباسیلوس هلوتیکوس (TG-35) و لاکتوباسیلوس کازئی (IBC-M10784) به صورت پودر و باlog 1010 از شرکت تک‌ژن زیست تهیه شد.
نمونه گیری
پس از یک دوره تیمار 35 روزه با رعایت اصول کار با حیوانات آزمایشگاهی مصوب دانشگاه تهران مرکزی (IR.IAU.CTB.REC.1401.032)، حیوانات توسط کتامین– زایلازین1% (10 میلیگرم زایلازین 1000میلیگرم کتامین) یوتانایز شده ، بافت روده باریک خـارج و در نرمال سالین شستشو داده شد.
جهت تثبیت بافت مذکور، نمونه هایی از بخشهای مختلف بافت روده باریک(بخش های دوازدهه ، تهی روده و دراز روده ) در فرمالین بافر خنثی 10 % قرار گرفته و به مدت 72 ساعت داخل ظرف نگهداری شدند. پس از پارافین دهی و آب‌گیری، نمونهها به وسیله پ دستگاه پردازشگر بافت، آب‌گیری و قالبهای پارافینی تهیه شدند. با استفاده از دستگاه میکروتوم از نمونهها، مقاطع بافتی به ضخامت پنج میکرومتر تهیه و برشهای بافتی آمادهشده با روش هماتوکسیلین و ائوزین رنگ آمیزی شد (24).
براي بررسی لام‌ها و اندازهگیري طول، عرض و عمق پرز، ، ضخامت لایه ماهیچه تعداد سلولهای التهابی و نکروزی در بافت روده باریک از عدسی چشمی مجهز به خط کش اندازه گیري با مقیاس میکرومتر مخصوص میکروسکوپ‌هاي ژاپنی (Olympus) استفاده شد (24).با توجه به اینکه از هر نمونه اخذ شده از هر قسمت روده( دوازدهه، تهی روده، دراز روده)، سه برش ایجاد شد، هر کدام از پارامترهاي ذکر شده در هر برش، از چندین محل اندازه گیري شدند و سپس اعداد میانگین برشهاي مختلف هر نمونه به عنوان عدد نهایی، در نظر گرفته شد.
تحلیل داده‌ها:
طبيعي بودن توزيع دادههاي به دست آمده با آزمون كولموگروف- اسميرنوف بررسي شد ( 05/0 < P). براي آناليز از واريانس يك‌طرفه و آزمون تعقيبي توكي استفاده و سطح معناداري نيز 05/0 P ≤ در نظر گرفته و نتايج در هر مورد بهصورت ميانگين ±انحراف معيار گزارش شد.
ملاحظات اخلاقي:
مطالعه حاضر با مجوز کمیته اخلاق دانشگاه آزاد اسلامی تهران مرکزی انجام گرفته است و سعی شده که تمام موازین اخلاقی کار با حیوان مورد توجه باشد و الزامات معاهده هلسینکی رعایت گردد (IR.IAU.CTB.REC.1401.032).
یافته‌ها:
طبق جدول1 بررسی تصاویر مربوط به گروه دریافت کننده سولفات مس(mg/kg200) در مقایسه با گروه کنترل کاهش عرض ، ارتفاع و عمق پرز و ضخامت لایه عصلانی در قسمت‌های مختلف روده باریک (دئودنوم ، ژژنوم و ایلئوم) ، افزایش سلولهای التهابی و نکروز در بافت روده باریک (شکل1) گزارش شد.
در گروه سولفات مس(mg/kg200)+ مخلوط پروبیوتیکcfu/Ml) 109) در مقایسه با گروه کنترل بهبودی در آسیبهای ایجاد شده به صورت معنا دار در مقایسه با گروه دریافت کننده سولفات مس(mg/kg200) نشان داده شد.
جدول 1. مقایسه پارامترهای هیستومورفومتري (میکرومتر) در گروههای آزمایش
پارامترها | قسمت روده باریک | گروه کنترل | گروه سولفات مس (mg/kg200) | دریافت کننده سولفات مس (mg/kg200)+ مخلوط پروبیوتیک (CFU/Ml)109 |
طول پرز ( µm) | دئودئوم | 31/15 ± 43/376 | 24/13 ± 11/286a | 56/11 ± 23/312 ad |
ژژنوم | 64/9 ± 53/343 | 05/12 ± 26/247 a | 67/2 ± 65/260 a | |
ایلئوم | 11/4 ± 31/189 | 05/6 ± 83/123 a | 48/2 ± 32/166 ad | |
عمق پرز ( µm) | دئودئوم | 19/9 ± 2/88 | 16/3 ± 2/40b | 52/3 ± 53/73 ad |
ژژنوم | 41/3 ± 41/86 | 01/8 ± 2/42 b | 39/5 ± 91/69d a | |
ایلئوم | 30/4 ± 13/71 | 74/4 ± 01/56 a | 02/4 ± 0/67d a | |
عرض پرز ( µm) | دئودئوم | 21/3 ± 37/78 | 14/6 ± 16/51 a | 73/4 ± 48/68 a |
ژژنوم | 87/2 ± 16/81 | 09/6 ± 38/68 a | 15/4 ± 54/75 a | |
ایلئوم | 23/2 ± 53/91 | 51/3 ± 06/74 a | 67/4 ± 89/82 a | |
ضخامت لایه عضلانی ( µm) | دئودئوم | 28/5 ± 43/79 | 19/3 ± 17/56 a | 89/2 ± 14/69 a |
ژژنوم | 34/4 ± 16/65 | 41/2 ± 51/38 a | 78/5 ± 16/45d a | |
ایلئوم | 45/2 ± 11/55 | 38/1 ± 66/31 a | 24/1 ± 04/43d a | |
تعداد سلولهای التهابی لنفوسیتی | روده باریک | 23/0 ± 03/1 | 02/1 ± 11/6 c | 41/0 ± 46/2 a |
تعداد سلولهای نکروزه | روده باریک | 01/0 ± 87/0 | 02/0 ± 23/4 b | 41/0 ± 46/2e a |
نتایج براساس میانگین±خطای انحراف معیار، 05/0 a: P< مقایسه با گروه کنترل،: 01/0 b: P< مقایسه با گروه کنترل، 001/0 c: P< مقایسه با گروه کنترل،
05/0 d: P< مقایسه با گروه دریافت کننده سولفات مس،01/0 e: P< مقایسه با گروه دریافت کننده سولفات مس
شکل 1. مقطع میکروسکوپی بافت روده باریک در گروههای آزمایش . الف) گروه کنترل، ب) گروه دریافت کننده سولفات مس ، ج) گروه دریافت کننده سولفات مس و مخلوط پروبیوتیک.با رنگ آمیزی هماتوکسیلین-ائوزین ( بزرگنمایی 400). در گروه دریافتکننده آلاینده سولفات مس آسیب بافتی از جمله افزایش تعداد سلولهای التهابی به ویژه لنفوسیتها(فلش زرد رتک)، واکوئله شدن(فلش قرمز)، نکروزی شدن بافت(فلش سفید)، پر خونی شدن (فلش آبی)، تخریب بافت اپی تلیوم (فلش مشکی) و تغییر در طول و عرض پرزها و ضخانت لایه عضلاتی( خط مشکی) کاملا قابل رویت است.
بحث:
مشکل آلودگی محیط زیست در نتیجه صنعتی شدن سریع جوامع شامل آلایندههای آب و مواد غذایی، تعادل اکولوژیکی را در محیط زیست مختل کرده و اثرات سمی را بر موجودات زنده وارد کرده است (25).
اگر چه به طور طبیعی حضور برخی از فلزات به منظور انجام فعالیتهای بیولوژیکی موجودات زنده ضروری هستند اما انتشار آلایندهها از منابع مختلف منجر به افزایش غلظت عناصر در سطوح خطرناک در محیط زیست برای موجودات زنده شده است (26). فلزات سنگین ترکیبات غیرقابل تجزیه‌ای هستند که در اشکال آلی و معدنی متعددی باقی میمانند. برخی از فلزات سنگین مانند آهن، مس و روی عناصر کمیاب ضروری هستند، اما برخی دیگر مانند کادمیوم، سرب، جیوه حتی به مقدار اندک اثرات سمی را القا میکنند. تجمع فلزات سنگین در اندامهای انسان تأثیر نامطلوبی بر سلامت انسان دارد. ماهیت تجزیه ناپذیر فلزات سنگین بر طول عمر و در دسترس بودن آنها در خاک تأثیر می‌گذارد و سبب جهش زایی، القا سرطان و آسیب در اندامها میشود و یا در محیط ما باقی میمانند(27).
در تحقیق حاضر اثر مخلوط پروبیوتیک (لاکتوباسیلوس کازائی، لاکتوباسیلوس رامنوسوس و لاکتوباسیلوس هلوتیکوس) بر آسیبهای القایی سولفات مس در بافت روده باریک موشهای صحرایی نر نژاد ویستار مورد بررسی قرار گرفت.
در این پژوهش در گروه دریافت کننده سولفات مس، تغییرات مورفولوژیک در بافت روده باریک مشاهده شد. نتایج بررسی در گروه موشهای آلوده شده با سولفات مس تغییر در طول، عرض و عمق پرز ، ضخامت لایه ماهیچه، تعداد سلولهای التهابی و نکروزه شدن بافت روده باریک در مقایسه با گروه کنترل به طور معنی داری نشان داده شد. مطالعات مختلف انجام شده نیز افزایش تخریب در بافت روده باریک درحضور فلزات سنگین را گزارش داده‌اند (28 ،29).
در پژوهش انجام شده توسط Karimian kakolaki و همکاران در سال 2021 با بررسی اثر سولفات مس بر روده ماهی قرمز آسیبهای بافتی همچون التهاب و نفوذ فراوان سلولهای آماسی به شکل آنتریت حاد به همراه پرخونی در بافت روده مشاهده گردید (30). در مطالعات آسیب شناسی تحقیق حاضر نیز مشاهده گردید که سولفات مس بطور معنی داری باعث آسیب به بافت روده باریک میشود.
بررسی بافت روده باریک در گروه دریافت کننده مخلوط پروبیوتیک، کاهش آسیب در بخشهای مختلف روده باریک را در مقایسه با گروه دریافت کننده سولفات مس نشان داد. مطالعات برونتنی و درون‌تنی نشان داده‌اند که میکروارگانیسم‌های پروبیوتیک میتوانند به آلایندههای شیمیایی مختلف و فلزات سنگین متصل شوند و یا آنها را متابولیزه کنند (31).
تایید شده است که مکمل‌های پروبیوتیک خوراکی میتوانند اثرات منفی قرار گرفتن در معرض آلایندههای مواد غذایی را با تعدیل ترکیب میکرو فلور روده کاهش دهند (32). در پژوهش انجام شده توسط Judkins و همکاران نشان داده شد که مکمل ماست با لاکتوباسیلوس رامنوسوس(L. rhamnosus GR-1) غلظت فلزات سنگین را در زنان باردار کاهش داد (33).
گزارش شده است که لاکتوباسیلوس با تغییر عملکرد و ساختار جامعه میکروبی روده، سمیت فلزات سنگین را کاهش می‌دهد (34).
در پژوهش Zhai و همکاران در سال 2019در موشهای در معرض سرب مصرف پروبیوتیک Lactobacillus. plantarum CCFM8661 گزارش داده شد که این سویه ها از طریق افزایش جذب فلزات سنگین روده ای و از طریق تحریک پریستالیس روده باعث کاهش جذب آنها در روده و افزایش دفع از طریق مدفوع میشوند (35).
پروبیوتیکها به دلیل ویژگی ساختمانی خود توسط آنزیمهاي هضمی دستگاه گوارش هیدرولیز نشده و در روده کور تحت تأثیر آنزیمهاي باکتریایی هیدرولیز و تخمیر نمیشوند و در نهایت تولید اسیدهاي چرب فرار مینماید. این اسیدهاي چرب فرار منجر به کاهش pH و با تبدیل به فرم یونیزه در داخل سلولهاي باکتريهاي بیماری‌زا اثرات ضد میکروبی خود را اعمال مینمایند و از این طریق منجر به کاهش رشد پاتوژنها و افزایش شمار باکتريهاي تولیدکننده لاکتات میشوند (36).
از طرف دیگر منجر به تحریک پاسخهاي ایمنی و افزایش مقاومت در مقابل عوامل بیماري‌زا میگردند و از این طریق اثرات محرك رشد خود را اعمال مینماید(16).
مکانیسم‌های احتمالی موثر دیگر پروبیوتیکها بر بافتهای مختلف از طریق تولید مواد آنتی بیوتیکی، مهار رشد پاتوژنها، تغییر متابولیسم میکروبی، کاهش pH در روده و تحریک سیستم ایمنی بدن است (37).
لاکتوباسیلها توانایی زنده ماندن و اتصال به بافت اپیتلیوم روده را دارند و با اثر مثبت روي غشاي مخاطی مجراي گوارشی سبب افزایش عملکرد حیوان میشوند. گزارشهاي متعددي در مطابقت با این نتایج ارائه شده است (38).
مطالعات متعدد در شرایط آزمایشگاهی نشان داده است که پروبیوتیک ها به عنوان کاندید اتصال فلزات سنگین دارای خاصیت سم زدایی نیز می‌باشند. چسبیدن قوی به مخاط روده، قابلیت آنتی اکسیدانی قوی و تنظیم کننده ایمنی، تحمل مایعات گوارشی و سرکوب رشد پاتوژن، همچنین توانایی افزایش دفع فلزات سنگین برخی سویه ها در مدفوع از جمله عملکردهای پروبیوتیکها در برابر فلزات سنگین میباشد. برخی از سویههای پروبیوتیک از طریق افزایش سنتز اسید صفراوی کبدی وافزایش دفع اسیدهای صفراوی در مدفوع سبب کاهش سطح آلاینده ها در بدن میشوند.مشخص شده است که سویه های پروبیوتیک نقش مهمی در تعدیل سیستم ایمنی میزبان نیز دارند. وجود این میکروارگانیسم‌ها در روده باعث میشود که تحمل ایمنی نسبت به آنتی‌ژن‌های محیطی حفظ شود و همچنین از آلرژی‌ها و واکنش‌های خود تهاجمی جلوگیری میکند (39).
پژوهشهای انجام شده پیشنهاد داده‌اند، احتمالا نقش بالقوه سویههای پروبیوتیک در بهبود اثرات سمی فلزات سنگین به دلیل توانایی قوی آنها برای اتصال، تحمل یا سم زدایی فلزات سنگین، تحمل بالا به شرایط اسیدی معده و صفرا و باقی ماندن در دستگاه گوارش، توانایی چسبیدن و اتصال در روده میباشد، همچنین به عنوان یک آنتی اکسیدان قوی و دارای پاسخ تنظیمی ایمنی قوی نیز عمل میکنند (40 ،41).
از سویی مکانیسم پیشنهادی دیگر برای عملکرد پروبیوتیک جهت سمزدایی فلزات سنگین از طریق اتصال یونهای فلزی به دیواره سلولی باکتریها و به دنبال آن تجمع در داخل باکتری از طریق عبور از غشای سلولی است که به عنوان تجمع زیستی تعریف میشود (42). علاوه بر این، باکتریهای پروبیوتیک شکلهای سمی تر را تغییر داده و به شکلهایی با خاصیت سمیت کمتر تغییر میدهند (43). همچنین برخی اسیدهای تولید شده توسط میکروبیوت‌های روده، جذب متابولیتهای فلزات سنگین را تسریع میکنند (44).
گزارش داده شده است که پروبیوتیکها با کاهش استرس اکسیداتیو، افزایش عملکرد سد روده ، مهار چسبندگی پاتوژن باعث کاهش سموم باکتریایی، سنتز مواد ضد باکتریایی (باکتریوسینها، آنتی بیوتیکها) و همچنین ویتامینها میشوند علاوه بر این، متابولیتهای پروبیوتیک نقش مهمی در حفظ هوموستاز روده و ارتقای سلامت روده ایفا میکنند به نظر میرسد بسیاری از این پاسخ‌ها ناشی از تحریک پروبیوتیک از طریق مسیرهای سیگنال‌دهی داخل سلولی خاص در سلول های اپیتلیال است. به عنوان مثال، مطالعات نشان داده اند که اسیدهای چرب اشباع فعال متابولیکی، مانند اسیدهای استیک، بوتیریک تولید شده توسط لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس CRL 1014 در بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی که منابع انرژی متابولیکی را برای سلولهای اپیتلیال کولون انسان فراهم میکنند، دخیل هستند (45).
نتيجه گيري:
در این مطالعه اثربخشی مخلوط پروبیوتیک(لاکتوباسیلوس کازائی، لاکتوباسیلوس رامنوسوس و لاکتوباسیلوس هلوتیکوس) بر آسیبهای القایی الاینده سولفات مس در بافت روده باریک نشان داده شده است.
پروبیوتیکها در مطالعات متعددی برای بهبود سلامت انسان، گیاه و حیوان مورد بررسی قرار گرفته‌اند و سویههای مختلف آنها دارای خواص ضد التهابی و ضد حساسیت هستند. علاوه بر این اثربخشی مثبت و موثری را در برابر انواع بیماری‌ها، حذف زیستی سموم و فلزات و دفع آنها از بدن را نشان داده‌اند. بررسی‌ها نشان داده است که استفاده از پروبیوتیکها ممکن است. رویکرد خوبی برای مقابله با کاهش آسیبهای القایی فلزات سنگین در انواع مختلف بافتها باشد و می‌تواند یک کاندیدای امیدوارکننده برای زیست پالایی و حدف آلایندههای مختلف زیستی در بدن باشند.از این رو مصرف پروبیوتیکها یک راه ساده و موثر برای کاهش میزان آلایندههای جذب شده میباشد.
با صنعتی شدن جوامع، قرار گرفتن انسان در معرض آلایندهها، بیشتر افزایش یافته، بنابراین دانش در مورد فعل و انفعالات متقابل بین آلایندهها و پروبیوتیکها و تأثیر آنها بر میکروبیوم روده و مسیرهای متابولیک در تخمین خطر واقعی سلامت مرتبط با قرار گرفتن در معرض این ترکیبات بسیار مهم است. از آنجایی که توانایی حذف و به دام انداختن آلایندها توسط برخی از پروبیوتیکها امکانپذیر است از این رو شناسایی و معرفی این سویههای پروبیوتیک نیازمند مطالعات بیشتر و دقیقتر میباشد.
سپاس و قدرداني
اين تحقيق در قالب پايان‌نامه دانشجوي ارشد رشته بيوتکنولوژي ميکروبي با کد پایان‌نامه 101729233698381922010162610048 در گروه زيست‌شناسي دانشگاه آزاد تهران مرکزي انجام شد و از شرکت پروبيوتيک تک ژن تشکر و قدردانی میشود.
تضاد منافع
هيچ‌گونه تعارض منافع توسط نویسندگان بیان نشده است.
منابع:
1.Aryal ,A,Harmon ,A.C,Dugas,T.R. (2021).Particulate matter air pollutants and cardiovascular disease: Strategies for intervention. Pharmacology and Therapeutics 223:107890.
2. Pulliero, A, Traversi, D, Franchitti, E, Barchitta, M, Izzotti ,A, Agodi, A. (2021). The Interaction among Microbiota, Epigenetic Regulation, and Air Pollutants in Disease Prevention. Journal of Personalized Medicine 12:14.
3. Tagliazucchi, D, Martini, S, Solieri, L.(2019) Bioprospecting for Bioactive Peptide Production by Lactic Acid Bacteria Isolated from Fermented Dairy Food. Fermentation 5:96.
4. Martinez-Villaluenga C, Penas E, Frias J. (2017) Bioactive peptides in fermented foods: production and evidence for health effects fermented foods in health and disease prevention. Academic Press, Boston 23–47.
5. Crans, D. C, Smee, J. J, Gaidamauskas, E, & Yang, L. (2004). The chemistry and biochemistry of vanadium and the biological activities exerted by vanadium compounds. Chemical reviews 104:849–902.
6. Rin, K, Kawaguchi, K, Yamanaka, K, Tezuka, M, Oku, N, Okada, S. (1995). DNA-strand breaks induced by dimethylarsinic acid, a metabolite of inorganic arsenics, are strongly enhanced by superoxide anion radicals. Biological and Pharmaceutical Bulletin 18:45-48.
7. Jaishankar, M, Tseten, T, Anbalagan, N, Mathew, B.B, Beeregowda, K.N. (2014). Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals. Interdisciplinary Toxicology7:60-72.
8. Erfanizadeh, M, Noorafshan, A, Naseh, M, Karbalay-Doust, S. (2021). The effects of copper sulfate on the structure and function of the rat cerebellum: A stereological and behavioral study. IBRO Neuroscience Reports 11:119-127.
9. Domingo, J.L, Rovira, J.( 2020). Effects of air pollutants on the transmission and severity of respiratory viral infections. Environmental Research 187:109650.
10. Jannatifar, R, Piroozmanesh, H, Naserpoor, L. (2020). Investigation of the effects of copper sulfate on sperm quality parameters, DNA fragmentation rate and testicular tissue of adult rats of wistar breed. Quarterly Journal of Physiology and Animal Development 13: 13-24.
11. Tarekegn, M.M, Salilih, Z.F, Ishetu, A.I. (2020). Microbes used as a tool for bioremediation of heavy metal from the environment. Cogent food and agriculture 6:1783174.
12 Rajkumar, M, Ae, N, Prasad, M. N, Freitas, H. (2010). Potential of siderophore-producing bacteria for improving heavy metal phytoextraction. Trends in biotechnology 28: 142–149.
13. Huang L, Xie J, Lv B.Y, Shi X.F, Li G.Q, Liang F.L, Lian J.Y. (2013). Optimization of nutrient component for diesel oil degradation by Acinetobacter beijerinckii ZRS. Marine pollution bulletin 76:325-332.
14. Vogel, M, Fischer ,S, Maffert, A, Hübner, R, Scheinost, A.C, Franzen ,C, Steudtner, R. (2018). Biotransformation and detoxification of selenite by microbial biogenesis of selenium-sulfur nanoparticles. Journal of Hazardous Materials 344:749-757.
15. Silbergeld .EK, Waalkes M, Rice J.M. (2000). Lead as a carcinogen: experimental evidence and mechanisms of action. American Journal of Industrial Medicine 38:316-323.
16. Milatovic, D, Gupta, R.C, Yin, Z, Zaja-Milatovic, S, Aschner ,M. (2017). Manganese in reproductive and developmental toxicology. Annals of Medicine and Surgery 60: 567–581.
17. Larsen, N, Vogensen, F. K, Gøbel, R. J,Michaelsen, K. F, Forssten, S. D, Lahtinen, S. J, Jakobsen, M. (2013). Effect of Lactobacillus salivarius Ls-33 on fecal microbiota in obese adolescents. Clinical nutrition (Edinburgh, Scotland) 32:935–940.
18. Oyarzun, I, Le Nevé, B, Yañez, F, Xie, Z, Pichaud, M, Serrano-Gómez, G, Roca, J, Veiga, P, Azpiroz, F, Tap, J, & Manichanh, C. (2022). Human gut metatranscriptome changes induced by a fermented milk product are associated with improved tolerance to a flatulogenic diet. Computational and structural biotechnology journal 20: 1632–1641.
19. George, F, Mahieux, S, Daniel, C, Titécat, M, Beauval, N, Houcke, I, Neut, C, Allorge, D, Borges, F, Jan, G, Foligné, B, Garat, A. (2021). Assessment of Pb(II), Cd(II), and Al(III) Removal Capacity of Bacteria from Food and Gut Ecological Niches: Insights into Biodiversity to Limit Intestinal Biodisponibility of Toxic Metals. Microorganisms 9:456.
20. Coryell, M, McAlpine, M, Pinkham, N. V, McDermott, T. R, Walk, S. T. (2018). The gut microbiome is required for full protection against acute arsenic toxicity in mouse models. Nature communications 9:5424.
21. Fan, Y, Pedersen, O. (2021). Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature reviews. Microbiology 19:55–71.
22. Singh, S, Sharma, P, Pal, N, Kumawat, M, Shubham, S, Sarma, D. K, Tiwari, R. R, Kumar, M, & Nagpal, R. (2022). Impact of Environmental Pollutants on Gut Microbiome and Mental Health via the Gut-Brain Axis. Microorganisms 10:1457.
23. Fatemi I, Hassanshahi Z, Eslammanesh T, Sadeghi M, Salari Sedigh S, Hakimizadeh E. (2021). Microscopic evaluation of the effect of copper sulfate on soft and hard oral tissues in male rats. Journal of Jiroft University of Medical Sciences 7:525-531.
24. Dashtbanei, S, Keshtmand, Z. (2023). A Mixture of Multi-Strain Probiotics (Lactobacillus Rhamnosus, Lactobacillus Helveticus, and Lactobacillus Casei) had Anti-Inflammatory, Anti-Apoptotic, and Anti-Oxidative Effects in Oxidative Injuries Induced By Cadmium in Small Intestine and Lung. Probiotics and antimicrobial proteins 15:226–238.
25. Sayqal, A, Ahmed, O. B. (2021). Advances in Heavy Metal Bioremediation: An Overview. Applied bionics and biomechanics 2021: 1609149.
26. Dai C, Liu Q, Li D, Sharma G, Xiong J, Xiao X. (2020). Molecular Insights of Copper Sulfate Exposure-Induced Nephrotoxicity: Involvement of Oxidative and Endoplasmic Reticulum Stress Pathways. Biomolecules 10:1010.
27. Jeyakumar P ,Debnath Ch,Vijayaraghavan R, Muthura J.M. (2023). Trends in Bioremediation of Heavy Metal Contaminations.Environmental Engineering Research 28: 220631.
28. Salar S, Keshtmand Z. (2022). Effect of a Mixture of Native Iranian Probiotics on Biochemical Factors and Kidney Tissue of Male Rats Exposed to Cadmium Chloride. Journal of Shahid Sadoughi University of Medical Sciences 30:5131-5140.
29. Barzin oshtologh, A, Keshtmand, Z, Samadikhah, H. R. (2022). Effect of protective of a mixture of native Iranian probiotics (Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei and Lactobacillus holoticus) on the Damage of Rat male Small Intestinal tissue Caused by lead acetate. Iranian Journal of Biological Sciences 16: 71-80.
30. Karimian kakolaki S, Shaloui F, Shadakhtah M, Arab Markadeh M. (2021). Effect of dietary copper sulfate replacement with copper oxide nanoparticles on digestive enzymes activity and intestinal histopathology in Gold fish (Carassius auratus). Journal of Arthropod-Borne Diseases 15:115-128.
31. Feng, P, Ye Z, Kakade, A, Virk, A.K, Li X, Liu P. (2019). A Review on Gut Remediation of Selected Environmental Contaminants: Possible Roles of Probiotics and Gut Microbiota. Nutrients 11:22.
32. Abdel-Megeed, R. M. (2021). Probiotics: a Promising Generation of Heavy Metal Detoxification. Biological trace element research 199:2406–2413.
33. Judkins, T. C, Archer, D. L, Kramer, D. C, Solch, R. J. (2020). Probiotics, Nutrition, and the Small Intestine. Current gastroenterology reports 22:2.
34. Capurso L. (2019). Thirty Years of Lactobacillus rhamnosus GG: A Review. Journal of clinical gastroenterology 53: S1-S41.
35. Zhai, Q, Liu, Y, Wang, C, Qu, D, Zhao, J, Zhang, H , Tian, F , Chen, W. (2019). Lactobacillus plantarum CCFM8661 modulates bile acid enterohepatic circulation and increases lead excretion in mice. Food and Function 10:1455–146.
36. Chichlowski, M, Croom, W. J, Edens, F. W, McBride, B. W, Qiu, R, Chiang, C. C, Daniel, L. R, Havenstein, G. B, & Koci, M. D. (2007). Microarchitecture and spatial relationship between bacteria and ileal, cecal, and colonic epithelium in chicks fed a direct-fed microbial, PrimaLac, and salinomycin. Poultry science 86:1121–1132.
37. Patel, R, DuPont, H. L. (2015). New approaches for bacteriotherapy: prebiotics, new-generation probiotics, and synbiotics. Clinical infectious diseases : an official publication of the Infectious Diseases Society of America 60 :S108–S121.
38. Jung, S. J, Houde, R, Baurhoo, B, Zhao, X, Lee, B. H. (2008). Effects of galacto-oligosaccharides and a Bifidobacteria lactis-based probiotic strain on the growth performance and fecal microflora of broiler chickens. Poultry science 87:1694–1699.
39. Njoku K.L, Akinyede O.R, Obidi O.F. (2020). Microbial Remediation of Heavy Metals Contaminated Media by Bacillus megaterium and Rhizopus stolonifer. Scientific African 10:e00545.
40. Ayangbenro, A. S, Babalola, O.O. (2017). A New Strategy for Heavy Metal Polluted Environments: A Review of Microbial Biosorbents. International journal of environmental research and public health 14:94.
41. Balíková, K, Vojtková, H, Duborská, E, Kim, H, Matúš, P, & Urík, M. (2022). Role of Exopolysaccharides of Pseudomonas in Heavy Metal Removal and Other Remediation Strategies. Polymers 14: 4253.
42. Ontañon, O. M, Fernandez, M, Agostini, E, González, P. S. (2018). Identification of the main mechanisms involved in the tolerance and bioremediation of Cr(VI) by Bacillus sp. SFC 500-1E. Environmental science and pollution research international 25: 16111–16120.
43. Gupta, P, Diwan, B. (2016). Bacterial Exopolysaccharide mediated heavy metal removal: A Review on biosynthesis, mechanism and remediation strategies. Biotechnology reports (Amsterdam, Netherlands) 13:58–71.
44. Orji, O. U, Awoke, J. N, Aja, P. M, Aloke, C, Obasi, O. D, Alum, E. U, Udu-Ibiam, O. E, & Oka, G. O. (2021). Halotolerant and metalotolerant bacteria strains with heavy metals biorestoration possibilities isolated from Uburu Salt Lake, Southeastern, Nigeria. Heliyon 7:e07512.
45. Markowiak-Kopeć, P, Śliżewska, K. (2020). The Effect of Probiotics on the Production of Short-Chain Fatty Acids by Human Intestinal Microbiome. Nutrients 12: 1107.