Пробиотики

Lactococcus lactis NZ3900 (инженерный штамм для доставки терапевтических белков)

Идентификация и таксономия

  • Полное научное название: Lactococcus lactis subsp. lactis штамм NZ3900
  • Коллекционные номера: DSM 32516 (DSMZ), LMG 24317 (BCCM/LMG) — зарегистрирован в международных коллекциях
  • Класс бактерий: Грамположительная, факультативно анаэробная кокковая бактерия
  • Генетические маркеры: Штамм модифицирован для экспрессии терапевтических белков под контролем индуцибельного промотора PnisA; содержит ген nisRK для чувствительности к низину; лишён плазмид, несущих гены устойчивости к антибиотикам
  • Природный источник обитания: Исходный вид Lactococcus lactis широко распространён в ферментированных молочных продуктах (кефир, сыр, йогурт); штамм NZ3900 — лабораторный инженерный вариант, не выделен из природных источников
  • Синонимы и устаревшие названия: Ранее вид Lactococcus lactis классифицировался как Streptococcus lactis; подвиды: lactis и cremoris
  • Статус безопасности: Lactococcus lactis имеет статус QPS (Qualified Presumption of Safety) по оценке Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов (EFSA); штамм NZ3900 считается безопасным в экспериментальных моделях, но не имеет статуса GRAS (FDA) как рекомбинантный организм; в РФ не зарегистрирован как БАД или лекарство

История открытия и исследований

Штамм Lactococcus lactis NZ3900 был разработан в 2000-х годах в Нидерландах в рамках исследований по созданию живых биофабрик для доставки терапевтических белков в кишечник. Он является производным от штамма NZ9000, который, в свою очередь, был получен из промышленного штамма MG1363 (используемого в производстве сыров). Основная модификация — вставка индуцибельной системы экспрессии белка PnisA, активируемой низином, что позволяет точно контролировать синтез целевого белка.

Штамм NZ3900 не является пробиотиком в классическом понимании. Его разработка направлена на использование в качестве вектора для доставки терапевтических молекул — например, противовоспалительных цитокинов (IL-10), ферментов (лактаза), антибактериальных пептидов или антигенов для вакцин. Он относится к категории «инженерных терапевтических штаммов» и не используется в коммерческих пробиотических добавках.

Ключевые исследования проводились в моделях воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) на животных. Например, в экспериментах на мышах с колитом, вызванным ДКС, штамм, экспрессирующий IL-10, показал способность локально подавлять воспаление. Подобные разработки защищены патентами (например, EP1393998B1), а исследования ведутся в университетах (Wageningen University, INRAE) и биотех-стартапах, работающих в области микробиотной терапии.

Механизм действия

Lactococcus lactis NZ3900 действует не как традиционный пробиотик, а как биореактор в просвете кишечника. Его механизм включает:

  • Локальная доставка терапевтических белков: штамм может быть запрограммирован на экспрессию белков под контролем низина, который добавляется перорально. Это позволяет точно регулировать время и место высвобождения молекулы.
  • Модуляция иммунитета: при экспрессии IL-10 или TGF-β штамм способствует снижению продукции провоспалительных цитокинов (TNF-α, IL-6, IL-8) через взаимодействие с иммунными клетками лимфоидной ткани кишечника (GALT).
  • Влияние на кишечный барьер: в моделях повреждённой слизистой штаммы, экспрессирующие факторы роста или противовоспалительные белки, способствуют восстановлению плотных контактов (tight junctions) между энтероцитами.
  • Конкурентное исключение: как и другие лактококки, NZ3900 вырабатывает молочную кислоту, снижая pH и создавая неблагоприятные условия для патогенов, однако этот эффект слабее, чем у лактобацилл.
  • Выработка метаболитов: производит молочную кислоту, но не синтезирует значимые количества короткоцепочечных жирных кислот (SCFA), в отличие от анаэробов вроде Faecalibacterium.

Важно подчеркнуть: сам по себе штамм NZ3900 не обладает выраженной пробиотической активностью. Его терапевтический потенциал реализуется только при генетической модификации для экспрессии специфических белков.

Клинические показания

Основные

  • Экспериментальная терапия воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) — в доклинических и ранних клинических исследованиях.
  • Доставка ферментов при врождённых метаболических нарушениях (например, фенилкетонурия — доставка фенилаланин-аммоний лигазы).

Исследуемые

  • Аутоиммунные заболевания (целиакия — доставка фермента лабралазы).
  • Профилактика инфекций — экспрессия антимикробных пептидов (например, лизоцима).
  • Вакцинная доставка — экспрессия антигенов вирусов (например, ротавируса).
  • Метаболические нарушения — локальная доставка гормонов (GLP-1).

На сегодняшний день не зарегистрировано ни одного лекарственного средства на основе NZ3900 для клинического применения у людей. Все данные получены в доклинических моделях.

Практическое применение: сценарии использования

Сценарий 1: Хроническое воспаление кишечника (ВЗК)
Пациент с язвенным колитом испытывает частые обострения, плохо переносит системные иммуносупрессанты. В рамках экспериментального протокола ему предлагают штамм L. lactis NZ3900, экспрессирующий IL-10. Выбор обусловлен возможностью локальной противовоспалительной терапии без системных побочных эффектов. Ожидания — постепенное снижение активности воспаления, улучшение качества жизни. Важно понимать, что это не замена базисной терапии, а потенциальное дополнение.

Сценарий 2: Целиакия
У пациента сохраняются симптомы при соблюдении безглютеновой диеты. Исследователи тестируют штамм, экспрессирующий пептидазу, разлагающую токсичные фрагменты глютена. Пробиотик принимается перед едой. Ожидается частичная защита от случайного загрязнения пищи. Эффект носит накопительный характер, требует постоянного приёма.

Сценарий 3: Рефрактерная диарея у ребёнка с метаболическим нарушением
Ребёнку с редким генетическим заболеванием, при котором не усваивается определённая аминокислота, предлагают штамм, синтезирующий необходимый фермент. Цель — снижение токсичности метаболитов. Пробиотик рассматривается как часть комплексной терапии, а не самостоятельное лечение.

Во всех случаях важно подчеркнуть: пробиотики не заменяют основное лечение. Использование NZ3900 возможно только в рамках контролируемых исследований.

Схемы дозирования и формы выпуска

Форма выпуска Концентрация (КОЕ/г или мл) Рекомендуемая доза Длительность курса Условия хранения
Лиофилизированный порошок (экспериментальный) 109–1011 КОЕ/доза 1 доза 1–2 раза в день От нескольких недель до месяцев (в исследованиях) При -20 °C или +4 °C (в зависимости от стабильности)
Капсулы с кислотозащитной оболочкой 1010 КОЕ/капсула 1 капсула утром натощак В рамках клинических испытаний +2–8 °C, избегать влаги
Ферментированная молочная среда (лабораторная) ~108–109 КОЕ/мл 50–100 мл/день Исследовательские протоколы Холодильник, ограниченный срок хранения

Особенности приёма: рекомендуется принимать натощак или за 30 минут до еды для лучшей колонизации. При одновременном приёме с антибиотиками — интервал не менее 2–3 часов. Совместим с большинством пробиотиков, но не изучен в комбинациях. Дозировка для детей в исследованиях подбирается индивидуально (обычно 50% от взрослой дозы). Данные о приёме во время беременности отсутствуют.

Побочные эффекты и реакция Герксхаймера

В клинических исследованиях штамм L. lactis NZ3900 показал хороший профиль безопасности. Возможные побочные эффекты:

  • Лёгкое вздутие и газообразование — редко, в первые дни приёма.
  • Изменение стула (временная диарея или запор) — преходящие.
  • Аллергические реакции — теоретически возможны, но не зарегистрированы.

Реакция Герксхаймера (усиление симптомов из-за массового лизиса патогенов) при приёме NZ3900 не описана, так как штамм не обладает прямым антимикробным действием в отсутствие экспрессии специфических пептидов.

Практические стратегии минимизации

  • Титрование дозы: начинать с 1/4 или 1/2 дозы, постепенно увеличивая в течение 5–7 дней.
  • При усилении симптомов: сделать перерыв на 2–3 дня, затем возобновить с меньшей дозой.
  • Признаки непереносимости: выраженная боль, тошнота, рвота, лихорадка — повод для немедленного прекращения приёма.
  • Подозрение на СИБР: NZ3900 не является типичным возбудителем СИБР, но при хроническом вздутии и диарее на фоне приёма рекомендуется исключить избыточный рост бактерий (дыхательный тест).

Противопоказания и предостережения

  • Абсолютные: тяжёлый иммунодефицит (включая ВИЧ с низким CD4, после трансплантации), синдром короткой кишки, острый панкреатит, сепсис.
  • Относительные: недавно перенесённая операция на ЖКТ, активный воспалительный процесс, непереносимость молочных продуктов (штамм культивируется на молоке).
  • Особые группы: безопасность при беременности и кормлении грудью не изучена. Детям до 3 лет — только в рамках исследований под контролем врача.

Аналоги и синергисты

Штамм / препарат Зона действия Устойчивость к желудочному соку и желчи Доказательная база (РКИ) Возможность совместного приёма
L. lactis NZ3900 Тонкий и толстый кишечник (транзиторный) Средняя (улучшается при капсулировании) Предклинические и ранние клинические исследования Возможен с другими пробиотиками (синбиотики не изучены)
Lactobacillus rhamnosus GG Тонкий кишечник Высокая Более 1000 РКИ Совместим, возможен синергизм
Bifidobacterium longum subsp. infantis Толстый кишечник Средняя Около 200 РКИ Часто используется в комбинациях
Saccharomyces boulardii CNCM I-745 Вся кишка (дрожжи) Высокая (резистентна к антибиотикам) Более 200 РКИ Хорошо сочетается с бактериальными пробиотиками

Синергисты: Faecalibacterium prausnitzii (восстановление барьера), Akkermansia muciniphila (модуляция иммунитета). Совместный приём теоретически возможен, но не изучен.

Питание и пребиотики на фоне приёма

Для поддержки активности L. lactis рекомендуются:

  • Пребиотики: лактоза (основной субстрат), инулин, фруктоолигосахариды (ФОС), резистентный крахмал — способствуют росту лактобактерий.
  • Продукты: ферментированные молочные продукты (кефир, йогурт без добавок), овощи (топинамбур, чеснок, лук), цельнозерновые.
  • Ограничить: сахар, ультраобработанные продукты, консерванты — подавляют рост полезной флоры.

Ферментированные продукты могут служить дополнением, но не заменяют терапевтические штаммы.

Выращивание в домашних условиях

Штамм Lactococcus lactis NZ3900 не предназначен для домашнего культивирования. Однако энтузиасты могут попробовать работать с близкими штаммами (например, заквасками для сыра или кефира), но это не гарантирует получение NZ3900.

  • Питательная среда: обезжиренное молоко (10%), овсяный отвар, картофельный бульон.
  • Источники углеводов: лактоза (4–5 г/100 мл), глюкоза (2–3 г/100 мл).
  • Температура и время: 30–32 °C, 12–24 часа.
  • Аэрация: анаэробные условия (банку закрывать плотно, но с возможностью выхода газа).
  • Признаки ферментации: pH 4,0–4,5, загустение, кисловатый запах, отсутствие плесени.
  • Меры стерильности: стерилизация посуды (кипячение/автоклавирование), использование чистых инструментов, избегание контакта с воздухом.
  • Хранение маточной культуры: в холодильнике в молоке на 1–2 недели; пассирование каждые 7 дней.

⚠️ Предупреждение: домашнее культивирование не гарантирует стерильность, отсутствие контаминации или точную концентрацию КОЕ. Для терапевтических целей предпочтительны сертифицированные препараты, особенно в случае рекомбинантных штаммов.

Сохранение эффекта после отмены

Lactococcus lactis NZ3900 — транзиторный штамм, не колонизирующий кишечник постоянно. Он исчезает из фекалий через 3–7 дней после прекращения приёма. Однако исследования показывают, что даже кратковременная экспрессия терапевтических белков может инициировать долгосрочные иммунные изменения (например, толерантность к антигенам).

  • Изменения микробиоты, вызванные приёмом, как правило, не сохраняются.
  • Для поддержания эффекта требуется регулярный приём — ежедневно или по схеме.
  • Стратегии закрепления: изменение диеты (увеличение клетчатки), приём пребиотиков, комбинированная терапия с колонизирующими штаммами.
  • При хронических состояниях (например, ВЗК) может потребоваться постоянный приём в рамках поддерживающей терапии.

Долгосрочная безопасность

Данные о многолетнем применении L. lactis NZ3900 у людей отсутствуют. В доклинических исследованиях штамм показал хороший профиль безопасности. Ключевые риски:

  • Горизонтальный перенос генов: хотя NZ3900 лишён плазмид с генами устойчивости, теоретический риск передачи рекомбинантной ДНК другим бактериям существует, особенно в условиях дисбиоза.
  • Иммуногенность: длительный приём может привести к выработке антител к бактериальным белкам или экспрессируемому терапевтическому белку.
  • Мониторинг: при использовании в исследованиях рекомендуется контроль за составом микробиоты, маркерами воспаления, антителами к штамму.

Заключение

Lactococcus lactis NZ3900 представляет собой инновационный инженерный штамм, разработанный для доставки терапевтических белков в кишечник. В отличие от классических пробиотиков, он не действует напрямую, а служит «живой аптекой» на уровне слизистой. Его потенциал наиболее очевиден при локальных заболеваниях — воспалительных, аутоиммунных, метаболических.

На сегодняшний день штамм остаётся в стадии исследований. Он не доступен в коммерческих формах и не рекомендован для самостоятельного применения. Его место в будущем — в персонализированной микробиотной терапии, особенно в сочетании с генной инженерией и синтетической биологией.

Перспективы исследований включают создание «умных» штаммов, реагирующих на маркеры воспаления, а также комбинированные системы с пребиотиками и синбиотиками. До широкого клинического применения остаётся несколько лет, но концепция уже меняет подход к лечению заболеваний ЖКТ.