Комплексный анализ цитотоксичности генетически модифицированного штамма Lactobacillus plantarum 8РАЗ (B-11007) с выявлением и оценкой факторов вирулентности

Введение. Активное развитие биотехнологий и методов генной инженерии открывает широкие перспективы для создания пробиотических штаммов с заданными функциональными свойствами, в том числе на основе бактерий рода Lactobacillus, традиционно считающихся безопасными микроорганизмами. Генетическая модификация позволяет усиливать их антагонистическую активность, устойчивость к неблагоприятным факторам среды и метаболическую эффективность. Однако вмешательство в бактериальный геном может сопровождаться риском появления нежелательных свойств, включая цитотоксичность и экспрессию факторов вирулентности. Проблема безопасности особенно актуальна в ветеринарной практике, где пробиотики широко применяются для коррекции микробиоценоза желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных и повышения их продуктивности. Цель исследования — провести комплексный анализ цитотоксичности генетически модифицированного штамма Lactobacillus plantarum 8РАЗ (B-11007) с выявлением и оценкой факторов вирулентности, отвечающих за индуцирование клеточной гибели и нарушение клеточных функций.
Материалы и методы. Объектом исследования, проведенного в период с января по февраль 2026 г., являлся генетически модифицированный штамм Lactobacillus plantarum 8РАЗ (B-11007). Комплексный анализ его цитотоксичности с использованием методов in vitro включал: оценку цитопатического эффекта на органной культуре кишечника, влияние на жизнеспособность и метаболическую активность энтероцитов, а также состояние барьерной функции кишечного эпителия. Дополнительно выполнялся анализ потенциальных факторов вирулентности и изучались механизмы клеточной гибели, включая признаки апоптоза и некроза.
Результаты исследования. Рекомбинантный штамм Lactobacillus plantarum 8РАЗ (B-11007) продемонстрировал высокий профиль биологической безопасности и выраженную биологическую активность, увеличивая барьерную функцию кишечного эпителия на 15,2 %, метаболическую активность клеток на 8,7 % и одновременно снижая ранний апоптоз энтероцитов на 31,1% (p<0,05), без признаков цитотоксического действия и активации каспаз-зависимой гибели клеток.
Обсуждение и заключение. Проведённый комплексный анализ позволяет сделать однозначный вывод о том, что генетически модифицированный штамм L. plantarum 8РАЗ (B-11007) не обладает цитотоксическим действием в условиях in vitro. Более того, по ряду параметров (метаболическая активность клеток, барьерная функция) он превосходит исходный нативный штамм, что делает его перспективным кандидатом для дальнейших доклинических и клинических исследований в качестве потенциального пробиотического средства.

1. Liu B, Zheng D, Zhou S, Chen L, Yang J. VFDB 2022: A General Classification Scheme for Bacterial Virulence Factors. Nucleic Acids Research. 2022;50(D1):D912–D917. http://doi.org/10.1093/nar/gkab1107

2. Barrea L, Verde L, Auriemma RS, Vetrani C, Cataldi M, Frias-Toral E, et al. Probiotics and Prebiotics: Any Role in Menopause-Related Diseases? Current Nutrition Reports. 2023;12:83–97. https://doi.org/10.1007/s13668-023-00462-3

3. Lee BS, Ban OH, Bang WY, Chae SA, Oh S, Park C, et al. Safety Assessment of Lactobacillus Reuteri IDCC 3701 Based on Phenotypic and Genomic Analysis. Annals of Microbiology. 2021;71:10. https://doi.org/10.1186/s13213-021-01622-y

4. Sarita B, Samadhan D, Hassan MZ, Kovaleva EG. A Comprehensive Review Of Probiotics and Human Health — Current Perspective and Applications. Frontiers in Microbiology. 2025;15:1487641. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1487641

5. Chen CT, Chao WY, Lin CH, Shih TW, Pan TM. Comprehensive Safety Assessment of Lacticaseibacillus Paracasei Subsp. Paracasei NTU 101 through Integrated Genotypic and Phenotypic Analysis. Current Issues in Molecular Biology. 2024;46(11):12354–12374. https://doi.org/10.3390/cimb46110734

6. Lee M, Bang WY, Lee HB, Yang SY, Lee KS, Kang HJ, et al. Safety Assessment and Evaluation of Probiotic Potential of Lactobacillus Bulgaricus IDCC 3601 for Human Use. Microorganisms. 2024;12(10):2063. https://doi.org/10.3390/microorganisms12102063

7. Lee MG, Kang MJ, Kim S, Jeong H, Kang DK, Paik HD, et al. Safety Assessment of Levilactobacillus Brevis KU15006: A Comprehensive Analysis of Its Phenotypic and Genotypic Properties. Probiotics and Antimicrobial Proteins. 2025;17(3):1117–1131. https://doi.org/10.1007/s12602-024-10237-z

8. Tail M, Zhang H, Zheng G, Hatami M, Skutella T, Unterberg A, et al. The Sonic Hedgehog Pathway Modulates Survival, Proliferation, and Differentiation of Neural Progenitor Cells under Inflammatory Stress in Vitro. Cells. 2022;11(4):736. https://doi.org/10.3390/cells11040736

9. Kim T, Mondal SC, Jeong CR, Kim SR, Ban OH, Jung YH, et al. Safety Evaluation of Lactococcus lactis IDCC 2301 Isolated from Homemade Cheese. Food Science and Nutrition. 2022;10(1):67–74. https://doi.org/10.1002/fsn3.2648

10. Lee YR, Bang WY, Baek KR, Kim GH, Kang MJ, Yang J, et al. Safety Evaluation by Phenotypic and Genomic Characterization of Four Lactobacilli Strains with Probiotic Properties. Microorganisms. 2022;10(11):2218. https://doi.org/10.3390/microorganisms10112218

11. Bourgin M, Kriaa A, Mkaouar H, Mariaule V, Jablaoui A, Maguin E, et al. Bile Salt Hydrolases: at the Crossroads of Microbiota and Human Health. Microorganisms. 2021;9(6):1122. https://doi.org/10.3390/microorganisms9061122

12. Joung H, Chu J, Kwon YJ, Kim KH, Shin CH, Ha JH. Assessment of the Safety and Hepatic Lipid-Lowering Effects of Lactobacillus Delbrueckii Subsp. Lactis CKDB001. Applied Biological Chemistry. 2024;67:101. https://doi.org/10.1186/s13765-024-00949-9

13. Varada VV, Panneerselvam D, Pushpadass HA, Mallapa RH, Ram C, Kumar S. In Vitro Safety Assessment of Electrohydrodynamically Encapsulated Lactiplantibacillus Plantarum CRD7 and Lacticaseibacillus Rhamnosus CRD11 for Probiotics Use. Current Research in Food Science. 2023;6:100507. https://doi.org/10.1016/j.crfs.2023.100507

14. Song EJ, Lee ES, Kim YI, Shin DU, Eom JE, Shin HS, et al. Gut Microbial Change after Administration of Lacticaseibacillus Paracasei AO356 Is Associated with Anti-Obesity in a Mouse Model. Frontiers in Endocrinology. 2023;14:1224636. https://doi.org/10.3389/fendo.2023.1224636

15. Jang YJ, Gwon HM, Jeong WS, Yeo SH, Kim SY. Safety Evaluation of Weissella Cibaria JW15 by Phenotypic and Genotypic Property Analysis. Microorganisms. 2021;9(12):2450. https://doi.org/10.3390/microorganisms9122450

16. Bin Hafeez A, Pełka K, Worobo R, Szweda P. In Silico Safety Assessment of Bacillus Isolated from Polish Bee Pollen and Bee Bread as Novel Probiotic Candidates. International Journal of Molecular Sciences. 2024;25(1):666. https://doi.org/10.3390/ijms25010666

17. Yilmaz N. Quantitative Analysis of Biogenic Amine Production of Different Lactic Acid Bacteria Isolated from Ready-to-Eat Packaged Fish Products. Veterinary Research Forum. 2024;15:537–543. https://doi.org/10.30466/vrf.2024.2024103.4193

18. Chen T, Zhao Y, Fan Y, Dong Y, Gai Z. Genome Sequence and Evaluation of Safety and Probiotic Potential of Lacticaseibacillus Paracasei LC86 and Lacticaseibacillus Casei LC89. Frontiers in Microbiology. 2025;15:1501502. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1501502

19. Turna NS, Chung R, McIntyre L. A Review of Biogenic Amines in Fermented Foods: Occurrence and Health Effects. Heliyon. 2024;10(2):e24501. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e24501

20. Rajasekaran JJ, Krishnamurthy HK, Bosco J, Jayaraman V, Krishna K, Wang T, et al. Oral Microbiome: A Review of Its Impact on Oral and Systemic Health. Microorganisms. 2024;12(9):1797. https://doi.org/10.3390/microorganisms12091797

21. Panpetch W, Phuengmaung P, Cheibchalard T, Somboonna N, Leelahavanichkul A, Tumwasorn S. Lacticaseibacillus Casei Strain T21 Attenuates Clostridioides Difficile Infection in a Murine Model through Reduction of Inflammation and Gut Dysbiosis with Decreased Toxin Lethality and Enhanced Mucin Production. Frontiers in Microbiology. 2021;12:745299. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.745299