Dr n. wet. Mikrobiolog Tomasz Zaręba
Narodowy Instytut Leków

 SUMMARY
Streptococcus pneumoniae is responsible for infections ranging from mild upper respiratory tract infections to Invasive Pneumococcal Disease (IPD). Pneumococcal infections are the most dangerous, especially for children. Nasopharyngeal carriage of S. pneumoniae is common in healthy children, up to 60%. An alternative to treating respiratory tract infections with antibiotics is the use of beneficial bacteria that help eliminate pathogenic microorganisms from the nasopharynx. The antagonism of these microorganisms results from the production of metabolites with antimicrobial activity against many microorganisms, which can be used to combat harmful microorganisms.

In vitro studies have confirmed such activity in the case of the Lactobacillus acidophilus M-22 and Streptococcus salivarius K-15, both strains studied in our product. These bacteria and the commercial strain of LGG are characterized by broad antagonism against bacteria such as Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Haemophilus influenzae and Moraxela catharralis, which are etiological factors of upper respiratory tract infections, especially in younger children,

Antimicrobial potential of Lactobacillus acidophilus M-22 and Streptococcus salivarius K-15 strains may constitute a defense against pathogens of the upper respiratory tract, especially against Streptococcus pneumoniae.

Pneumokoki to powszechnie występujące bakterie, które mogą wywoływać choroby groźne dla zdrowia i życia człowieka. Streptococcus pneumoniae – dwoinka zapalenia płuc jest odpowiedzialna za zakażenia poczynając od zakażeń górnych dróg oddechowych, aż po Inwazyjną Chorobę Pneumokokową (IChP), na którą składa się wiele zespołów klinicznych w zależności od miejsca zakażenia (np. zapalenie płuc z bakteriemią, posocznica, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, ostre zapalenie ucha środkowego, posocznicę). [1, 2, 3, 4]

Według danych Krajowego Ośrodka Referencyjnego ds. Diagnostyki Bakteryjnych Zakażeń Ośrodkowego Układu Nerwowego (KOROUN) oraz Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego – Państwowy Zakład Higieny (NIZP-PZH), monitorujących postaci inwazyjne zakażeń pneumokokowych, corocznie wykrywanych jest ponad tysiąc takich zakażeń IChP  przy znacznie częściej występujących nieinwazyjnych zakażeniach o relatywnie lżejszych w swoim przebiegu, takich jak zapalenia płuc, zatok, czy ucha środkowego, które  stanowią bardzo istotny problem zdrowia publicznego. [5]

Zakażenia pneumokokami są najgroźniejsze przede wszystkim dla dzieci do drugiego roku życia, oraz dla osób starszych. Wg WHO na świecie z powodu pneumokoków co roku może umierać nawet ok. 1 mln dzieci do 5 roku życia. Spośród ok. 90 zidentyfikowanych serotypów tylko 10-15 z nich odpowiada za 90% wszystkich IChP. [6] Nosicielstwo nosogardłowe S.pneumoniae jest powszechne u zdrowych dzieci, które choć same nie chorują to mogą przenosić bakterie na innych. Częstość nosicielstwa różni się w zależności od serotypu szczepu pneumokoka i waha się od 11 do 75%. Jest bardzo prawdopodobne, że ponad 60% dzieci w polskich żłobkach może być nosicielami pneumokoków. Najwyższą kolonizację obserwuje się w grupie dzieci do lat 5 (35-60%). Odsetek nosicieli stopniowo maleje wraz z wiekiem i u dzieci w wieku szkolnym wynosi 25-35%, a u młodzieży i dorosłych 9-25%. Okres utrzymywania się kolonizacji zależny od odpowiedzi immunologicznej gospodarza, od serotypu szczepu i może utrzymywać nawet do 2 miesięcy.  [7]

Wprowadzone szczepienia przeciwko inwazyjnym zakażeniom Streptococcus pneumoniae, przy użyciu szczepionek poliwalentnych [6] przyczyniły się do znaczącego spadku ciężkich zakażeń, jak również nosicielstwa dla serotypów, które są zawarte w szczepionkach 7, 10 czy 13-walentnych. Redukcja nosicielstwa serotypów szczepionkowych wśród dzieci szczepionych wytworzyła w górnych drogach oddechowych niszę ekologiczną dla serotypów nieszczepionkowych i dlatego pneumokoki nadal pozostają ważnym czynnikiem etiologiczny zakażeń górnych dróg oddechowych w różnych grupach wiekowych. [8]

Rozwijające się zakażenia zwłaszcza, gdy są to nawracające infekcje górnych dróg oddechowych nie tylko pogarszają jakość życia, ale mogą prowadzić do powikłań, stanów w których wymagana jest antybiotykoterapia. Jak wiadomo antybiotyki powinny być stosowane z dużą rozwagą, gdyż zbyt częste ich stosowanie w reakcji na infekcje dróg oddechowych może powodować selekcję szczepów opornych nie tylko pneumokoków ale i innych patogennych gatunków drobnoustrojów jak Haemophilus influenzae i Moraxella catarrhalis.

Wyniki badań in vitro dają szansę na nową strategię mającą na celu eliminację z nosogardzieli drobnoustrojów chorobotwórczych takich jak Streptococcus pneumoniae  dzięki miejscowemu wprowadzeniu dobroczynnych bakterii probiotycznych mogących modulować mikroflorę, zmniejszając tym samym częstość zakażeń pneumomokowych. [9]

Jak wiadomo mikroflora jamy ustnej to ekosystem charakteryzujący się homeostazą mikrobiologiczną, która nie sprzyja drobnoustrojom zewnętrznym zwykle chorobotwórczym i ma na celu zachowanie pierwotnej proporcji między poszczególnymi drobnoustrojami. W jamie ustnej zdrowego człowieka bytuje do kilkuset gatunków bakterii. Mikroflora ta ulega nieustającym zmianom i posiada zdolność adaptacji w zmieniających się warunkach panujących w jamie ustnej, zależnych od rodzaju pokarmu, wieku człowieka i stanu higieny jamy ustnej. Niektóre drobnoustroje występują na błonach śluzowych w sposób ciągły, jak na przykład: paciorkowce jamy ustnej – Streptococcus viridans (paciorkowce zieleniące), niektóre gatunki Neisseria spp., Corynebacterium spp., Staphylococcus spp., Micrococcus spp., Bacteroides spp., Fusobacterium spp., Veillonella spp., Peptostreptococcus spp., Actinomyces spp. Inne gatunki bakterii zasiedlają nosogardło w sposób przejściowy. Przykładem mogą być pałeczki kwasu mlekowego Lactobacillus, czy Streptococcus salivarius, obecne w jamie ustnej zasadniczo w okresie dziecięcym. W większości przypadków kolonizujące nosogardło bakterie patogenne nie wywołują żadnych objawów klinicznych, jednak w sprzyjających warunkach mogą doprowadzić do rozwoju stanu chorobowego.

Drobnoustroje wchodzące w skład flory jamy ustnej u dzieci wytwarzają metabolity o aktywności przeciwdrobnoustrojowej. Obecność takich metabolitów prowadzi do niszczenia innych drobnoustrojów w tym również chorobotwórczych. Niedawno został wyizolowany z materiału od zdrowego człowieka innowacyjny szczep bakterii gatunku Lactoboacillus acidophilus – oznaczony jako M-22, który został zgłoszony do Urzędu Patentowego.

Szczep ten charakteryzuje się całkowicie odmiennym wzorem restrykcyjnym od szczepów Lactobacillus acidophilus występujących w innych produktach lub izolowanych od ludzi z materiałów klinicznych oraz pozostaje wrażliwy na wiele antybiotyków i chemioterapeutyków. W badaniach in vitro wykazuje aktywność przeciwdrobnoustrojową wobec szeregu drobnoustrojów izolowanych z jamy ustnej ludzi, jak również wobec referencyjnych szczepów odniesienia. Aktywność ta związana jest między innymi ze zdolności wytwarzania kwasów organicznych w tym kwasu mlekowego, oraz innych rozpuszczalnych metabolitów o właściwościach biologicznych. W przeprowadzonych badaniach wykazano antagonizm rozpuszczalnych metabolitów szczepu Lactoboacillus acidophilus M-22 wobec S. pneumoniae zarówno szczepu pochodzącego z materiału klinicznego od osoby z objawami zakażenia jak i szczepu referencyjnego (Rys 1.). W obecności L. acidophilus M-22 dochodziło do całkowitego zahamowania wzrostu tych szczepów.

Rycina 1.
Aktywność przeciwdrobnoustrojowa metabolitów Lactobacillus acidophilus M-22 wobec Streptococcus pneumoniae.

Wcześniej, w roku 2019 wyizolowano szczep oznaczony jako K-15, bakterii Streptococcus salivarius gatunku bakterii zaliczanych do tzw. bakterii kwasu mlekowego. W badaniach in vitro z wykorzystaniem szczepów wzorcowych oraz szczepów klinicznych wykazano, że metabolity wytwarzane przez te szczepy charakteryzują się właściwościami antagonistycznymi wobec różnych bakterii m.in.  Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes i Haemophilus influenzae – gatunków uznawanych za chorobotwórcze w obrębie górnych dróg oddechowych. W przypadku badania wpływu szczepu Streptococcus salivarius K-15 wobec pneumokoków stwierdzono, że wzrost S. pneumoniae w zależności od szczepu (kliniczny lub referencyjny) był znacząco lub całkowicie zahamowany, co obserwowano również w badaniu Streptococcus salivarius K-15 ze szczepami H. influenzae. Hamowanie wzrostu dotyczyło także szczepów S. pyogenes. Najniższą aktywność stwierdzono wobec szczepów Moraxella catharalis, których wzrost w mieszanej hodowli z K-15 był nieznacznie niższy od wzrostu bez S. salivarius. (Ryc. 2).

Rycina 2.

Aktywność przeciwdrobnoustrojowa (antagonizm) Streptococcus salivarius  K-15  wobec gatunków bakterii z górnych drogach oddechowych.

Antagonistyczny efekt działania L. acidophillus M-22 oraz Streptococcus salivarius K-15 był najlepiej widoczny, gdy zastosowano mieszaninę tych szczepów. W badaniach, w których stosowano mieszaninę 3 szczepu w proporcjach S. salvarius K-15 oraz L. acidophillus M-22 i L. rhamnosus GG potwierdzono najwyższą aktywność przeciwdrobnoustrojową ich metabolitów wobec szczepu wszystkich badanych szczepów w tym Streptococcus pneumoniae ATCC49619 (Ryc. 3).

Rycina 3.
Aktywność przeciwdrobnoustrojowa metabolitów szczepów  L. acidophilus M-22, S. salivarius K-15 , i L. rhamnosus GG wobec czynników etiologicznych zakażeń dróg oddechowych

Wykorzystanie prozdrowotnego potencjału szczepu L. acidophilus M-22 w mieszaninie wraz z S. salivarius K-15 i L. acidophilus GG do stosowania w jamie ustnej, gdy koncepcja podawania „dobroczynnych” żywych bakterii ma wielowiekową tradycję, jest uzasadniona, a obecność tego szczepu w jamie ustnej może stanowić linię obrony przeciwko patogenom górnych dróg oddechowych szczególnie wobec Streptococcus pneumoniae. Produkt probiotyczny opracowany na bazie mixu trzech szczepów S. salvarius K-15 oraz L. acidophillus M-22 i L. rhamnosus GG dobranych w odpowiednich proporcjach może znaleźć szerokie zastosowanie w profilaktyce zakażeń wywołanych przez pneumokoki. Wykazany synergistyczny ich efekt działania przeciw Streptococcus pneumoniae pozwala na skuteczną obronę przeciw nieinwazyjnym postaciom zakażeń pneumokokowych o lżejszych w swoim przebiegu, takich jak zapalenia płuc, zatok, czy ucha środkowego.

Pismiennictwo

1. Sherman J.A.: Zakażenia pneumokokowi; Pediatria po Dyplomie, 2010, 14 s. 54-66
2. Korona-Głowniak I., Malm A.: Streptococcus pneumoniae- kolonizacja a rozwój choroby pneumokokowej; Post. Mikrobiol 2015, 54 s. 309-319.
3. European Centre for Disease Prevention and Control, Factsheet about pneumococcal disease  [https://www.ecdc.europa.eu/en/pneumococcal-disease/facts].
4. Clarke SC, Scott KJ, McChlery SM.: Serotypes and sequence types of pneumococci causing invasive disease in Scotland prior to the introduction of pneumococcal conjugate polysaccharide vaccines. J Clin Microbiol 2004; 42 s. 4449-4452.
5. Hryniewicz W.: Epidemiologia zakażeo pneumokokowych w Polsce i na świecie; Elsevier, 2010.
6. European Centre for Disease Prevention and Control, Annual-epidemiological-report-2018 [https://www.ecdc.europa.eu/en/publications-data/ invasive-pneumococcal-disease-annual-epidemiological-report-2018].
7. Sulikowska A.: Nosicielstwo nosogardłowe Streptococcus pneumoniae u dzieci do 5 rż w wybranych środowiskach w Warszawie. Pediatria Polska 2003,78, s.377-384.
8. Pneumococcal conjugate vaccine for child hood immunization – WHO position paper. WER 2007; 82:93-104.
9. Sadowy E., Wybrane aspekty molekularne nosicielstwa bakteryjnego w nosogardzieli człowieka; Post. Mikrobiol 2003, 42 s. 369-384.