بررسي عوامل مؤثر بر رشد و اسپورزايي باسيلوس كوآگولانس Ganeden BC30 و نقش مصرف خوركي آن بر نشانه هاي اختلال حافظه در موش بزرگ آزمايشگاهي

اسپورزايي يك مكانيسم بقاي مهم در برخي باكتريها از جمله جنس باسيلوس است كه در شرايط نامساعد محيطي رخ ميدهد و موجب افزايش مقاومت آنها ميشود. اين ويژگي، باكتريهاي اسپورزا را به گزينه‌اي مناسب براي توليد پروبيوتيك‌هاي پايدار تبديل كرده است؛ زيرامي‌توانند مراحل صنعتي، نگهداري طوالني‌مدت و عبور از اسيد معده و نمك‌هاي صفراوي را تحمل كنند. مطالعات نشان داده‌اند كه پروبيوتيك‌هاي باسيلوس با تعديل ميكروبيوتاي روده، كاهش التهاب، افزايش توليد اسيدهاي چرب زنجيره‌كوتاه و تنظيم انتقال‌دهنده‌هاي عصبي، مي‌توانند عملكرد شناختي و حافظه را بهبود دهند و به طور غيرمستقيم از پيشرفت بيماري آلزايمر جلوگيري كنند.در اين پژوهش، اسپورزايي باسيلوس كوآگوالنس با تغيير عواملي مانند محيط كشت، زمان رشد، انتقال محيط و دماي شوك بهينه‌سازي شد. منحني رشد باكتري در محيط‌هاي نوترينت براث وMRSبراث درچگالي نوري با طول موج 600نانومتر رسم و تعداد سلول‌ها و اسپورهاي قابل كشت در ساعات مختلف شمارش گرديد. افزايش زمان كشت موجب افزايش تعداد اسپور به ميزان 5 10 الي6 10شد. افزودن كلسيم كلريد تعداد اسپورها را 8درصد افزايش داد و انتقال باكتري به محيط كشت ضعيف‌تر باعث افزايش سريعتر اسپورزايي تا ميزان 3 10در ساعات اوليه شد. با اينحال، اسپورها مقاومت خود را در دماي 80 درجه سلسيوس از دست دادند كه احتمالا ً به نوع محيط كشت مربوط است. دربخش حيواني، اثر پودر تجاري باسيلوس كوآگوالانس گانيدن بي سي 30 بر اختلالات حافظه القاشده با آلومينيوم كلرايد (mg/kg125) در رت‌هاي ويستار بررسي شد. 32رت آزمايشگاهي به 4 گروه تصادفي تقسيم شدند: گروه اول كنترل (سالين)، گروه دوم پروبيوتيك (CFU/mL2 × 10⁷ ،) گروه سوم پروبيوتيك (CFU/mL2 × 10⁷ )+ آلومينيوم كلرايد (mg/kg125) و گروه چهارم آلومينيوم كلرايد (mg/kg125). تجويزخوراكي روزانه به مدت8 هفته و با روش گاواژ انجام شد.آزمون‌هاي رفتاري ( ماز آبي موريس و آزمون يادگيري اجتنابي غيرفعال) نشان از اختلال در حافظه فضايي و غيراظهاري رت‌هايي كه آلومينيوم كلرايد مصرف كردند،دادند. با اين حال القاي پروبيوتيك باسيلوس كوآگولانسGanedenBC30 توانست اثرات تخريبي آلومينيوم كلرايدرا خنثي كند و حافظه فضايي و غيراظهاري رت‌ها را بهبود بخشد. همچنين اين باكتري باعث كاهش 32درصد گلبول‌هاي سفيدخون و5 درصد سايتوكاين التهابي TNF-αدر مغز كه در نتيجه آلومينيوم افزايش يافته بودند، شد(P<‎0.05). در بررسي آسيب شناسي هيپوكمپ مغز رت‌هايي كه آلومينيوم مصرف كردند، نتايج نشان از كوچك‌شدگي و تخريب نورون‌هاي عصبي دادند كه با مصرف اين پروبيوتيك اثرات تخريبي آلومينيوم كلرايد در نورون‌هاي عصبي كاهش يافت. درمجموع، باسيلوس كوآگولانس GBI-30 با اتكا به اسپورزايي و اثرگذاري بر محور روده–مغز پتانسيل بالايي در بهبود اختلالات حافظه و كاهش ريسك بيماري آلزايمر دارد و بهينه سازي اسپورزايي نقش مهمي در توسعه محصولات صنعتي مبتني بر اين باكتري ايفا مي‌كند.

probiotics , Bacillus coagulans GBI-30 , sporulation , optimization of bacillus sporulation , gut-brain axis , neurodegenerative diseases , memory impairment , neuroinflamation

Investigation of some key factors affecting the growth an‎d sporulation of Bacillus coagulans Ganeden BC30 an‎d its effect on symptoms of memory impairment in laboratory rats through oral administration

زيست شناسي سلولي مولكولي و ميكروبيولوژي

Sporulation is an important survival mechanism in some bacteria, including the genus Bacillus spp., which occurs under unfavorable environmental conditions an‎d increases bacterial resistance. This characteristic makes spore-forming bacteria suitable can‎didates for the production of stable probiotics, as they can tolerate industrial processing, long-term storage, an‎d passage through gastric acid an‎d bile salts. Studies have shown that Bacillus-based probiotics, by modulating the gut microbiota, reducing inflammation, increasing the production of short-chain fatty acids, an‎d regulating neurotransmitters, can improve cognitive function an‎d memory an‎d indirectly prevent the progression of Alzheimer’s disease. In the present study, sporulation of Bacillus coagulans Ganeden BC30 was optimized by modifying factors such as culture medium, growth time, medium transfer, an‎d heat-shock temperature. The bacterial growth curve was plotted in Nutrient Broth an‎d MRS Broth at an optical density of 600 nm (OD600), an‎d the numbers of culturable vegetative cells an‎d spores were counted at different time points. Prolongation of the culture time increased the number of spores by 10⁵ to 10⁶. The addition of calcium chloride increased spore numbers by 8%, an‎d transferring bacteria to a poorer culture medium led to rapid sporulation, reaching up to 10³ spores in the early hours. However, the spores lost their resistance at 80 °C, which was likely related to the type of culture medium used. In the animal study, the effects of a commercial powder of Bacillus coagulans GBI-30 on aluminum chloride–induced memory impairment (125 mg/kg) were eva‎luated in Wistar rats. Twenty-four rats were ran‎domly divided into four groups: (1) control (saline), (2) probiotic (B. coagulans GBI-30; 2 × 10⁷ CFU/mL), (3) probiotic (2 × 10⁷ CFU/mL) plus aluminum chloride (125 mg/kg), an‎d (4) aluminum chloride only (125 mg/kg). Oral administration was performed daily for 8 weeks using gavage. Behavioral assessments, including the Morris Water Maze an‎d passive avoidance learning test, revealed impairments in spatial an‎d non-declarative memory in rats treated with aluminum chloride. However, administration of Bacillus coagulans GanedenBC30 mitigated the detrimental effects of aluminum chloride an‎d significantly improved both spatial an‎d non-declarative memory. In addition, this bacterium reduced white blood cell counts by 32% an‎d decreased the inflammatory cytokine TNF-α in the brain by 5%, both of which had been elevated as a result of aluminum exposure. Histopathological examination of the hippocampus in aluminum-treated rats showed neuronal shrinkage an‎d degeneration, whereas probiotic administration attenuated aluminum chloride-induced neuronal damage. Overall, Bacillus coagulans GBI-30, through its sporulation capability an‎d its effects on the gut–brain axis, shows high potential for improving memory impairments an‎d reducing the risk of Alzheimer’s disease. Optimization of sporulation plays a crucial role in the development of industrial products based on this bacterium.

4

بهروز صالحي اسكندري

157288