Intestinal release of biofilm-like microcolonies encased in calcium-pectinate beads increases probiotic properties of Lacticaseibacillus paracasei

生物膜 副干酪乳杆菌 益生菌 微生物学 化学 细菌 海藻酸钙 胞外聚合物 生物 遗传学 有机化学
作者
Arnaud Heumann,Ali Assifaoui,David da Silva Barreira,Charles W. Thomas,Romain Briandet,Julie Laurent,Laurent Beney,Pierre Lapaquette,Jean Guzzo,Aurélie Rieu
出处
期刊:npj biofilms and microbiomes [Springer Nature]
卷期号:6 (1) 被引量:32
标识
DOI:10.1038/s41522-020-00159-3
摘要

Abstract In this study, we show that calcium pectinate beads (CPB) allow the formation of 20 µm spherical microcolonies of the probiotic bacteria Lacticaseibacillus paracasei (formerly designated as Lactobacillus paracasei ) ATCC334 with a high cell density, reaching more than 10 log (CFU/g). The bacteria within these microcolonies are well structured and adhere to a three-dimensional network made of calcium-pectinate through the synthesis of extracellular polymeric substances (EPS) and thus display a biofilm-like phenotype, an attractive property for their use as probiotics. During bacterial development in the CPB, a coalescence phenomenon arises between neighboring microcolonies accompanied by their peripheral spatialization within the bead. Moreover, the cells of L. paracasei ATCC334 encased in these pectinate beads exhibit increased resistance to acidic stress (pH 1.5), osmotic stress (4.5 M NaCl), the freeze-drying process and combined stresses, simulating the harsh conditions encountered in the gastrointestinal (GI) tract. In vivo, the oral administration of CPB-formulated L. paracasei ATCC334 in mice demonstrated that biofilm-like microcolonies are successfully released from the CPB matrix in the colonic environment. In addition, these CPB-formulated probiotic bacteria display the ability to reduce the severity of a DSS-induced colitis mouse model, with a decrease in colonic mucosal injuries, less inflammation, and reduced weight loss compared to DSS control mice. To conclude, this work paves the way for a new form of probiotic administration in the form of biofilm-like microcolonies with enhanced functionalities.

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