Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The human gut microbiota establishes at birth and forms a life-long relationship with its host. A rich diversity in the microbiota has been suggested as a key association for healthy individuals. To ensure a microbial equilibrium, clinically proven beneficial bacteria in the form of probiotics can be applied. Limosilactobacillus reuteri DSM 17938 is one of the most studied and documented probiotic strains. A prerequisite for a probiotic product today is that it contains live microorganisms, and probiotics are therefore assessed on their viability. However, whether a probiotic ought to contain solely live bacteria or a mix of dead and live bacteria including their metabolites is an ongoing discussion. Postbiotics are on the contrary non-viable by definition, instead, their efficiency is based on properties of different bacterial bioactive components and metabolites. Both probiotics and postbiotics have been applied in the production of infant formula with the aim to mimic human breast milk with its complex composition. Interaction studies of bacteria grown in infant formula are of interest as the final product can contain both live probiotics and postbiotics such as short chain fatty acids (SCFA) and membrane vesicles (MV) with reported beneficial effects. The present study intended to evaluate if fermentation of DSM 17938 in different infant formulas could affect its probiotic features. Two different infant formulas (formula A& B) were used as fermentation media and after lyophilization the bacterial tolerance to bile salts and low pH, as well as ability to adhere to mucus membranes was assessed. In addition, HPLC was performed on the supernatants to examine presence of metabolites. First of all, the bacteria both grew better and survived drying better in formula A than in formula B. Furthermore, it was shown that bacteria cultivated in formula A had a better tolerance for both gastric acid and bile than the bacteria grown in formula B. Interestingly, the HPLC results showed that only the bacteria grown in formula B had produced glycerol, whereas propionate was found in both formula A and B after fermentation. Although the reason for the different bacterial activity between the two formulas is most likely multifactorial, it can be concluded that fermenting DSM 17938 in infant formula does affect its probiotic features. Despite the fact that neither of the infant formulas in this experiment are optimized for bacterial growth, L. reuteri DSM 17938 showed a relatively good growth. The demonstrated bacterial growth in formula A and B entails that this type of fermentation media can be considered for DSM 17938 in prospective probiotic products like fermented infant formulas (FIFs). Future studies may include further investigation of the composition of infant formula A and B to untangle their potential as fermentation medium in a FIF product. In addition, this study suggests a more comprehensive definition of products such as FIFs which goes beyond the information obtained by viability.

Människans mikrobiota etableras vid födseln och utgör sedan en livslång symbios med sin värd. En stor mångfald i mikrobiotan har föreslagits vara avgörande för friska individer. För att säkerställa en mikrobiell jämvikt kan kliniskt bevisat goda bakterier, i form av probiotika, användas som tillskott. Limosilactobacillus reuteri DSM 17938 är en av de mest studerade och dokumenterade probiotiska stammarna i världen. En förutsättning för att en produkt ska få kallas probiotika idag är att den innehåller levande mikroorganismer. Probiotika är därför värderad efter sin viabilitet. Huruvida probiotika ska innehålla endast levande bakterier eller en blandning av döda och levande med producerade metaboliter, är en pågående diskussion. Postbiotika är till skillnad från probiotika inte levande per definition, dess effektivitet grundar sig istället på egenskaperna hos de bioaktiva metaboliter de producerat. Med målet att efterlikna den komplexa sammansättningen av bröstmjölk kan både pro- och postbiotika användas i produktionen av bröstmjölksersättning. Interaktionsstudier av bakterier fermenterade i bröstmjölksersättning är intressanta eftersom slutprodukten kan innehålla likväl probiotika som postbiotika, så som kortkedjiga fettsyror och membran-vesiklar. Dessa kan bidra med dokumenterad probiotisk effekt. Den här studien avsåg att undersöka om fermentering av DSM 17938 i olika bröstmjölksersättningar kunde påverka dess probiotiska egenskaper. Två olika bröstmjölksersättningar (formula A & B) användes som fermentationsmedier och bakteriell tolerans mot gallsalter och lågt pH, samt förmåga att fästa till slemhinna testades. Även HPLC utfördes på supernatant för att undersöka eventuellt närvarande metaboliter. Bakterierna fermenterade i formula A både växte och överlevde torkning bättre än bakterierna i formula B. Dessutom visade det sig att bakterierna fermenterade i formula A hade en bättre tolerans mot både galla och lågt pH. Intressant nog visade resultaten från HPLC att endast bakterierna som vuxit i formula B hade producerat glycerol medan propionat hittades i både formula A och B efter fermentering. Även om orsaken bakom de skilda resultaten mellan fermentering i formula A och B är multifaktoriell, så bekräftar den här studien att fermentering av DSM 17938 påverkar dess probiotiska egenskaper. Med tanke på att ingen av bröstmjölksersättningarna som användes i den här studien är optimerade för bakteriell tillväxt, så visade L. reuteri DSM 17938 relativt bra tillväxt. Den påvisade tillväxten i formula A och B innbebär att den här typen av fermentationsmedium kan övervägas för DSM 17939 i framtida probiotiska produkter som fermenterad bröstmjölksersättning. Framtida studier kan innefatta vidare undersökning av kompositionen av formula A och B för att kartlägga deras fermentationsegenskaper. Dessutom, föreslår den här studien en mer omfattande definition av produkter som fermenterad bröstmjölksersättning vilken omfattar mer än den information som viabilitet erhåller.