SUPERVISOR
Sabihe Soleimanianzad
صبیحه سلیمانیان زاد (استاد راهنما)
STUDENT
Fariba Ghiamati Yazdi
فریبا قیامتی یزدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Evaluation of synbiotic effects of turmeric and Lactobacillus rhamnosus GG on the prevention and amelioration of asthma in the mouse model of allergic asthma
It is now becoming apparent that the incidence of non-communicable diseases is being increased with the change in lifestyle and diet. Although many factors are involved in the development of these diseases, according to clinical evidence, diet plays an important role in intestinal health and prevention of digestive tract-associated disorders. Functional foods, including probiotics, prebiotics, and synbiotics have been developed with the aim of balancing the microflora of the intestine. Importantly, they are able to manipulate the microbial community of intestine. The main purpose of this project is to help the food industry to improve such functional foods with the characteristics of synbiotic products to meet consumer requirements. Generally, for in vitro study, a new synbiotic combination including either Lactobacillus rhamnosus GG (ATCC 53103) or Bifidobacterium animalis BB12 and turmeric extract (TE) was applied, while for in vivo experiment another synbiotic containing Lactobacillus rhamnosus GG ((ATCC 53103) along with intact turmeric was evaluated. Chemical analysis of turmeric extract (TE) showed this compound contains 65.5% sugar, 37% reducing sugar, 11.9% uronic acid and 8.7% protein. HPLC analysis revealed phenolic compounds and TE monosaccharaides. Phenolic compounds in TE contain gallic acid, caffeic acid, p -cumaric acid, ferulic acid, rutin, quercetin and apigenin. It is also revealed that corcuminoid compounds of TE were consisted of bis-desmethoxycurcumin, desmethoxycurcumin and curcumin. Monosaccharide compounds of TE also included xylose, glucose, mannose, galactose, arabinose and fructose, and rhamnose. The results obtained from FTIR analyzes also confirmed the previous reports and partly determined the chemical structure of TE. In vitro studies were performed using media containing extracted prebiotic compounds from TE as compared to inulin-containing media. The in vitro results showed that TE prebiotic not only possesses a significant antioxidant activity compared to inulin but also has an acceptable resistance to digestive conditions in the gastrointestinal tract. It also stimulated the probiotic growth of Lactobacillus rhamnosus GG (ATCC 53103) and Bifidobacterium animalis BB12 in MRS-based medium and TOS MUP medium. On the other hand, the interesting technological properties of this water-soluble extract, such as water retention and fat absorption capacity, might prompt to be considered as a suitable prebiotic in the food industry. In terms of pre-clinical study, an in vivo model using BALB/c mice were employed to investigate the synbiotic effect of Lactobacillus rhamnosus GG (ATCC 53103) and intact turmeric on airway inflammation resembling asthma disease. The synbiotic effects included reduction of the pulmonary muscle resistance to methacholine, counts of allergen-induced cells such as neutrophils and eosinophils, the levels of allergic inflammatory cytokines and total IgE, and increases Th1 cells while Th2 cells were decreased by flow cytometry. Totally, three new synbiotic compounds, including Lactobacillus rhamnosus GG (ATCC 53103+TE), Bifidobacterium animalis BB 12+TE, and Lactobacillus rhamnosus GG+complete turmeric, were introduced in this study. Given the remarkable similarity of mice to humans, the synbiotic combination of Lactobacillus rhamnosus GG and intact turmeric is recommended because of its role in alleviating and reducing the onset of allergic inflammatory diseases such as asthma and beneficial effects on human health. Keywords Turmeric extract, Prebiotic, Probiotic, Lactobacillus rhamnosus GG, Bifidobacterium animalis BB12
امروزه با تغییر سبک زندگی و رژیم غذایی بروز بیماری hy;های غیرواگیر در حال افزایش است. اگرچه فاکتور های زیادی در بروز بیماری hy;های مذکور مؤثرند اما مطابق شواهد کلینیکی، رژیم غذایی می تواند نقش مؤثری در سلامت کلون و پیشگیری از بیماری hy;های مذکور ایفا کند. غذا های فراسودمند شامل پروبیوتیک ها، پریبیوتیک ها وسینبیوتیک ها با هدف متعادل سازی میکروفلور کلون تولید شده اند و قابلیت ایجاد تغییر در جمعیت میکروبی کلون را دارند. هدف از اجرای این پروژه کمک به رفع مشکل صنعت غذا در زمینه تولید این گونه غذا های فراسودمند و نزدیک کردن ویژگی hy;های محصولات سینبیوتیک تولید شده به نیاز های مصرفکننده می باشد. به طور کلی در این تحقیق ترکیب سینبیوتیک جدید شامل لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG ATCC 53103 یا بیفیدوباکتریوم انیمالیس 12و عصاره ی محلول در آب زردچوبه (TE) به صورت برون تنی و سینبیوتیک جدید شامل لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG ATCC 53103 و زردچوبه ی کامل به صورت درون تنی معرفی شد. پس از استخراج TE آنالیز شیمیایی آن نشان داد که این ترکیب حاوی 5/65 % قندکل، 37 % قند احیا، 9/11 % اسید اورونیک و 7/8 % پروتئین است. آنالیز HPLC، ترکیبات فنلی و مونوساکارید های تشکیل دهنده TE را نشان داد. ترکیبات فنلی موجود در TE شامل: گالیک اسید، کافئیک اسید، پی کوماریک اسید، فرولیک اسید، روتین، کوئرستین و آپی جنین بوده و ترکیب کورکومینوئیدی عصاره زردچوبه نیز حاوی بیس-متوکسی کورکومین، دمتوکسی کورکومین و کورکومین بود. همچنین ترکیبات مونوساکاریدی عصاره زردچوبه عبارت بودند از زایلوز، گلوکز، مانوز، گالاکتور، آرابینوز و فروکتوز، و رامنوز. نتایج به دست آمده از آنالیز های FTIR نیز نتایج قبل را تأیید کرده و تا حدودی ساختار شیمیایی TE را مشخص کرد. در مطالعات برون تنی از بستر محیط کشت حاوی ترکیبات پریبیوتیک استخراج شده از TE در مقایسه با محیط کشت حاوی اینولین استفاده شد. نتایج مربوط به اثر پریبیوتیکی TE به صورت برون تنی نشان داد که این ترکیب از فعالیت آنتی اکسیدانی قابل توجهی در مقایسه با اینولین برخوردار بوده و نسبت به شرایط هضم در لوله گوارش مقاومت خوبی دارد. همچنین این ترکیب توانست رشد پروبیوتیک لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG ATCC 53103 و بیفیدوباکتریوم انیمالیس 12 را در محیط کشت بر پایه MRS و محیط کشت بر پایه ی TOS MUP تحریک کند. از طرفی ویژگی hy;های تکنولوژیکی مطلوب این عصاره ی محلول در آب، اعم از قابلیت جذب آب و چربی بالا این ترکیب را به یک پریبیوتیک مناسب برای استفاده در صنعت غذا مبدل ساخته است. در مطالعات درون تنی از موش اصلاح نژاد شده ی BALB/c به عنوان مدل سیستم برای بررسی اثر سینبیوتیکی پروبیوتیک لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG ATCC 53103 و زردچوبه ی کامل استفاده گردید. اثرات سینبیوتیک مورد نظر شامل تغییرات به وجود آمده در مقاومت ماهیچه hy;های ریوی به متاکولین، شمارش سلول hy;های مولد آلرژی مانند نوتروفیل و ائوزینوفیل، تغییر در سطوح سایتوکاین hy;های التهابی آلرژیک و IgE کل و افزایش سلول hy;های Th 1 و کاهش سلول hy;های Th 2 توسط فلوسایتومتری بود. به طور کلی در این تحقیق سه ترکیب سینبیوتیک جدید شامل لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG ATCC 53103 -TE ، بیفیدوباکتریوم انیمالیس 12- TE و لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG ATCC 53103 - زردچوبه کامل معرفی شد. با توجه به شباهت قابل توجه موش با انسان، مصرف ترکیب سینبیوتیک لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG ATCC 53103 و زردچوبه کامل ، به دلیل نقش آن در بهبود و کاهش شروع بیماری hy;های التهابی آلرژیک مانند آسم، افزایش طول عمر و ارتقاء کیفیت زندگی انسان توصیه می گردد. کلمات کلیدی: پروبیوتیک، پریبیوتیک، سینبیوتیک ، لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG ATCC 53103، آسم آلرژیک، مدل موشی، بیفیدوباکتریوم انیمالیس BB12، بیماری hy;های غیرواگیر