3.4 Probiotische Biofilme und vaginale Immunität
Die Lactobacilli-Biofilme auf dem Vaginalepithel unterstreichen die Bedeutung dieser nützlichen Biofilme für den Schutz des Wirtsgewebes und als Bestandteil der angeborenen Immunantwort. Das vaginale Mikrobiom gesunder Frauen wird von Lactobacillus crispatus, L. jensenii, L. gasseri und L. iners dominiert.190 Unter laktobazillenreichen Bedingungen können diese Biofilme zum Schutz vor sexuell übertragbaren Mikroben und Harnwegsinfektionen beitragen und bessere Ergebnisse bei Schwangerschaft und Entbindung erzielen. Diese Biofilme schützen das Vaginalepithel, indem sie eine saure Umgebung (∼pH 4-4,5), einen kompetitiven Ausschluss und die Freisetzung von antimikrobiellen Verbindungen wie H2O2, Bakteriocinen und anderen Nebenprodukten schaffen. Wenn jedoch die normalen Vaginalkommensale durch anaerobe Bakterien und Pilzpathogene verdrängt werden, führt dies zu einem erhöhten pH-Wert (über 4.5), was zu Vaginose führt. Dieser beeinträchtigte Zustand der Vagina wurde mit einer erhöhten Inzidenz von Frühgeburten, einer Kontraktion des humanen Immunschwächevirus und entzündlichen Erkrankungen des Beckens in Verbindung gebracht.191
Vaginose kann durch bakterielle oder pilzliche Erreger verursacht werden. Die Fähigkeit mehrerer verschiedener Pathogene, schützende Biofilme zu verdrängen, wurde untersucht, indem L. crispatus-Biofilme auf Objektträgern gezüchtet und dann die Objektträger mit 109 KBE von fünf verschiedenen Erregern der Vaginose inkubiert wurden. Jeder Erreger konnte sich an die Objektträger anlagern, verdrängte jedoch die L. crispatus-Biofilme nach einer 30-minütigen Inkubation nicht ohne weiteres. Der anaerobe Erreger Mobiluncus mulieris verursachte eine Ablösung von 23% der L. crispatus-Biofilme, während die vier anderen Erreger eine Ablösung von ∼ 10% verursachten.192. diese Studien an Zervixzellen zeigten eine umgekehrte Korrelation, denn wenn L. crispatus-Biofilme mit HeLa-Zellen inkubiert und dann einem pathogenen und kommensalen Stamm von Gardonella vaginalis ausgesetzt wurden, kam es zu einer drastischen Reduktion der anhaftenden Biofilmzellen. Umgekehrt, L. crispatus verhinderte effektiv, dass beide G. vaginalis-Stämme an die HeLa-Zellen anhefteten, was zu einer Anheftung von nur ∼ 7% führte, wenn niedrige Inokulum von G. vaginalis mit L. crispatus-Biofilmen inkubiert wurden. Interessanterweise verstärkte das Vorhandensein von L. iners die Anheftung des pathogenen G. vaginalis und war im Vergleich zu L. crispatus weniger anfällig für Verdrängung durch beide Stämme.193 Dieses Ergebnis könnte erklären, warum Frauen, die mit L. iners besiedelt sind, häufig anfälliger für bakterielle Vaginose sind. Nach der Behandlung der bakteriellen Vaginose bei Patienten, L. jensenii-Biofilme wurden mit Vaginalepithelzellen isoliert und mit Wet-Mount-Mikroskopie abgebildet, Anzeige der klinischen Anwesenheit dieser Biofilme.190
In einer weiteren Studie wurden Lactobacillus-Isolate von gesunden gegenüber Pilz-Vaginose-Patienten auf ihre Produktion antimikrobieller Substanzen und ihre Fähigkeit, verschiedene Candida-Arten zu hemmen, verglichen. Insgesamt fanden die Autoren heraus, dass Lactobacillus-Isolate von erkrankten oder gesunden Patienten ähnliche Mengen an Milchsäure und Wasserstoffperoxid produzierten, während die Isolate von erkrankten Patienten erhöhte Diacetylspiegel produzierten. Seltsamerweise konnten die gesunden Patientenisolate jedoch maximal 68% der 35 verschiedenen Candida-Arten hemmen. getestet, während die Isolate von den erkrankten Patienten nur maximal 5,8% der Candida spp.194 Diese Daten legen nahe, dass die Lactobacillus-Isolate von gesunden Patienten mehr hemmende Verbindungen produzieren, die höchstwahrscheinlich mit Bakteriocin oder pH zusammenhängen. Sie legen auch nahe, dass sich Laktobazillen nicht unbedingt anpassen, indem sie mehr antimikrobielle Verbindungen produzieren, wenn sie zuvor dem Erreger ausgesetzt waren. Es wäre interessant, diese Hypothese zu testen, indem ein Lactobacillus-Biofilm kontinuierlich einem bakteriellen oder pilzlichen Pathogen ausgesetzt wird, um zu sehen, ob man auf natürliche Weise wirksamere nützliche Kommensale auswählen könnte, die gegen verschiedene Pathogene „immunisiert“ und dann wieder in den Wirt eingeführt wurden.
Mit dem Vorhandensein von Lactobacillus-Biofilmen in der Vagina stellt sich auch die Frage, wie diese nützlichen Biofilme mit Spermien, Eiern, Befruchtung und der Entwicklung des Fötus interagieren? Die Untersuchung dieser Fragen wurde in erster Linie in Bezug auf die In-vitro-Fertilisation (IVF) mit der übergeordneten Hypothese angegangen, dass Mikroben den Embryotransfer und letztendlich eine erfolgreiche Schwangerschaft negativ beeinflussen.195 In einer Studie, die das Mikrobiom in der Follikelflüssigkeit von 263 Frauen bestimmte, wurden einige merkwürdige Korrelationen mit dem Vorhandensein von Lactobacillus-Biofilmen und der Reproduktion gefunden. Die Follikelflüssigkeit ist die Flüssigkeit in den Eierstöcken, die die Eier schmiert. Überraschenderweise stellten die Autoren fest, dass diese Flüssigkeit häufig mit Lactobacillus kontaminiert war; der linke Eierstock wurde von L. crispatus und L. gasseri dominiert, während der rechte Eierstock L. iners beherbergte. Das Vorhandensein von Lactobacillus in der linken und rechten Follikelflüssigkeit war mit verbesserten Embryotransferraten und letztendlich mit Schwangerschaftsergebnissen verbunden. In ähnlicher Weise ergab eine frühere Studie an 91 Frauen, dass das Vorhandensein von Wasserstoffperoxid produzierendem Lactobacillus in der Vagina oder der Spitze des Embryotransfer-Katheters zu einer Zunahme erfolgreicher Geburten führte.196
Die Plazenta soll den Fötus vor zahlreichen Angriffen schützen, einschließlich mikrobieller Invasion. Pathogene Biofilme wurden jedoch sogar in der Plazenta identifiziert,197 mit einem Fehlen von Lactobacillus, und dies korrelierte mit negativen Schwangerschaftsergebnissen. Eine Analyse von 34 menschlichen Plazentaproben, die auf das Vorhandensein von Lactobacillus spp. oder Bifidobacterium spp., gab nur nicht kultivierbare Organismen zurück. Die PCR ergab jedoch das Vorhandensein von Bifidobakterien und L. rhamnosus-DNA in über 90% der Plazentaproben. Dies deutet darauf hin, dass die Mutter nützliche Biofilm-Immunogene durch die Plazenta überträgt, die zur Entwicklung der fetalen Immunität beitragen können.198 Die weitere Kultivierung einer größeren Anzahl von Plazenta aus Frühgeburten (23-27 Schwangerschaftswochen) ergab interessante Korrelationen mit Lactobacillus-Biofilmen und Neugeborenen-Immunantworten.199 Von den 527 kultivierten Plazentas kamen nur 214 kulturpositiv zurück und fetales Blut, das an den Tagen 1-3 entnommen wurde, wurde dann auf 25 proinflammatorische Marker analysiert und mit der Besiedlung der nachgewiesenen Mikroorganismen korreliert. Allein isolierte Lactobacillus-Biofilme machten nur 3 aus.7% der kulturpositiven Plazenta und korrelierten mit nicht nachweisbaren Spiegeln von 13/25 proinflammatorischen Zytokinen, die mit bakteriellen Vaginose-Erregern gefunden wurden. Lactobacillus-Biofilme wurden auch in Kombination mit anderen Mikroben gefunden, die 6% der Proben ausmachten, und konnten das Odds Ratio für die meisten proinflammatorischen Marker im Vergleich zu vaginalen Pathogenen senken.199
Den Einfluss konditionierter Medien von L. rhamnosus GR-1 Biofilme Bei fetalen Entzündungen wurde Gewebe aus der Plazenta gesunder Frauen extrahiert, die sich einem Kaiserschnitt unterzogen, und die Zellen wurden getrennt und verdaut, um plazentare Trophoblastenzellkulturen zu etablieren. Diese Zellen wurden dann mit LPS stimuliert und eine Gruppe mit L. rhamnosus GR-1 Biofilmüberstand in einer Verdünnung von 1:20 vorbehandelt. Die Auswertung mit ELISA ergab, dass die konditionierten Medien die TNF-α-Produktion hemmten und gleichzeitig das entzündungshemmende Zytokin 1L-10 hochregulierten. Bakterielle Vaginose erhöht die Prostaglandinexpression, was zu frühen Kontraktionen und letztendlich zu Frühgeburten führen kann200; Daher wurden geschlechtsspezifische Prostaglandinenzyme untersucht. Die Western-Blot-Analyse zeigte, dass der L. rhamnosus-Überstand während Schwangerschaften, bei denen der Fötus männlich war, zu einer Abnahme des PTGS2 (Prostaglandin produzierendes Enzym) um 30% führte. Interessanterweise verursachten diese Überstände, als der Fötus weiblich war, einen Anstieg der PGDH, die Prostaglandin metabolisiert. Für beide Geschlechter des Fötus reduzierten die Lactobacillus-Biofilm-konditionierten Medien direkt oder indirekt die Prostaglandinproduktion, was theoretisch zu besseren Lieferergebnissen bei Frauen mit bakterieller Vaginose führen sollte.201 In ähnlicher Weise testeten die Autoren auch den Einfluss von L. rhamnosus-Überstand auf den Kolonie-stimulierenden Faktor 3 (CSF3), ein Zytokin, das hauptsächlich die Produktion von Neutrophilen reguliert, die für die Clearance pathogener Bakterien von entscheidender Bedeutung sind. Insgesamt fanden sie heraus, dass der Überstand allein oder in Kombination mit LPS CSF3 bei weiblichen, aber nicht männlichen Geburten signifikant verbesserte. Dieser Befund legt nahe, dass es geschlechtsspezifische Reaktionen auf bakterielle Infektionen geben kann.202
L. rhamnosus-Überstand wurde auch in einem trächtigen Mausmodell untersucht, um zu testen, ob der Überstand die Frühgeburt reduzieren und die Immunantwort modulieren kann. Überraschenderweise hatte der Überstand keinen Einfluss auf die LPS-induzierte Frühgeburt, reduzierte jedoch proinflammatorische Zytokine im Endometrium und im mütterlichen Plasma maximal.203 Laktobazillen-Biofilme sind bekanntermaßen wichtige Bestandteile der vaginalen angeborenen Immunität, aber es sind weitere Studien erforderlich, um spezifische Wechselwirkungen dieser Biofilme mit dem Epithel und anderen Zelltypen aufzuklären. Diese und andere neuere Fortschritte in der Mikrobiomforschung haben aufregende Ergebnisse in Bezug auf Laktobazillen und Reproduktion geliefert, und wir fangen gerade erst an, die Immundynamik zwischen fötalem Gewebe und diesen nützlichen Biofilmen zu verstehen.191
