John B. S. Haldane (1892-1964), tunnettu brittiläinen perinnöllisyystieteilijä, fysiologi ja tieteen popularisoija, viitoitti populaatiogenetiikan ja evoluution tutkimuksen uusia polkuja. Korostaen Linnunradan mittaamattomuutta yötaivaalla ja sitä, että kuoriaisia oli 400 000 lajia mutta nisäkkäitä vain 8 000 lajia, hänen kerrotaan sanoneen: ”Jos hänen luomakuntansa tutkimisesta voisi päätellä Luojan luonteen, näyttäisi siltä, että Jumala pitää erityisesti tähdistä ja kovakuoriaisista”. Samansuuntaisesti ajatellen American Society for Microbiologyn lehtien ja muiden viime vuosina julkaistujen numeroiden lukeminen saattaa saada lukijan päättelemään, että mikrobiologit pitävät erityisesti maitohappobakteereista. Pelkästään Applied and Environmental Microbiology -lehdessä ilmestyi vuoden 2003 aikana 52 laktobasilleja käsittelevää julkaisua (joissa artikkelin otsikossa tai tiivistelmässä esiintyy ”lactobacillus” tai ”lactobacilli”). Ei ihme: nämä ovat kiehtovia ja hyödyllisiä bakteereja.
Laktobasillit kuuluvat maitohappobakteereihin, jotka ovat laajasti määritelty ryhmä, jolle on ominaista maitohapon muodostuminen hiilihydraattiaineenvaihdunnan ainoana tai pääasiallisena lopputuotteena. Laktobasillit ovat grampositiivisia, itiöitä muodostamattomia sauvoja tai kokkobasilleja, joiden G+C-pitoisuus on yleensä alle 50 mol-% (22). Tällä hetkellä tunnetaan 80 laktobasillilajia (55). Ne ovat tiukasti fermentatiivisia, aerotolerantteja tai anaerobisia, happamia tai asidofiilisia, ja niillä on monimutkaiset ravitsemukselliset vaatimukset (hiilihydraatit, aminohapot, peptidit, rasvahappoesterit, suolat, nukleiinihappojohdannaiset, vitamiinit). Glukoosia hiililähteenä käyttävät laktobasillit voivat olla joko homofermentatiivisia (tuottavat yli 85 % fermentatiivisista tuotteista maitohappona) tai heterofermentatiivisia (tuottavat maitohappoa, hiilidioksidia, etanolia ja/tai etikkahappoa yhtä suuria määriä). Laktobasillien ravitsemukselliset vaatimukset heijastuvat niiden elinympäristöihin, joissa on runsaasti hiilihydraattipitoisia substraatteja: niitä esiintyy kasveissa tai kasviperäisessä materiaalissa, käyneissä tai pilaantuneissa elintarvikkeissa tai eläinten elinten yhteydessä (22).
Laktobasillit ovat tärkeitä maitohappokäymistä vaativien elintarvikkeiden, erityisesti maitotuotteiden (jogurtti ja juusto), fermentoitujen vihannesten (oliivit, suolakurkut ja hapankaali), fermentoidun lihan (salami) ja hapantaikinaleivän valmistuksessa. Laktobasillien käytöllä elintarviketeollisuudessa on pitkä historia, ja bakteerien toimintaa teollisuudessa on tutkittu hyvin (28). Eläinten elimistössä elävät laktobasillit tunnetaan kuitenkin paljon huonommin, vaikka tiedemiehet ovat olleet lähes jatkuvasti kiinnostuneita niistä noin 100 vuotta.
Elie Metchnikoff (1845-1916), joka sai Nobelin palkinnon uraauurtavista fagosytoosin kuvauksistaan, oli kiinnostunut ikääntymisprosessista. Kun nykyaikainen tutkimus tästä aiheesta keskittyy muuntumattomien DNA-sekvenssien ylläpitoon, Metchnikoff keskittyi suolistomikrobistoon sisältäpäin tapahtuvan myrkytyksen lähteenä (40, 41). Metchnikoffin mukaan ihmisen paksusuolessa asuva bakteeriyhteisö oli isännän hermo- ja verisuonijärjestelmälle myrkyllisten aineiden lähde. Nämä myrkylliset aineet, jotka imeytyvät suolistosta ja kiertävät verenkierrossa, vaikuttivat osaltaan ikääntymisprosessiin. Suolistobakteerit tunnistettiin näin ollen ”autointoksikaation” aiheuttajiksi. Loukkaantuneet bakteerit kykenivät hajottamaan proteiineja (mätäneminen) ja vapauttamaan ammoniakkia, amiineja ja indolia, jotka sopivina pitoisuuksina olivat myrkyllisiä ihmiskudoksille. Metchnikoff päätteli, että myrkyllisten bakteerituotteiden pienet pitoisuudet saattoivat välttyä maksan suorittamalta detoksikaatiolta ja päästä systeemiseen verenkiertoon. Hänen ratkaisunsa autointoksikaation ehkäisemiseksi oli radikaali: paksusuolen kirurginen poisto. Vähemmän pelottava ja suositumpi keino oli kuitenkin yrittää korvata tai vähentää mätänevien bakteerien määrää suolistossa rikastuttamalla suoliston mikrobistoa bakteeripopulaatioilla, jotka fermentoivat hiilihydraatteja ja joilla oli vähän proteolyyttistä toimintaa. Fermentatiivisten bakteeriviljelmien antaminen suun kautta ”istuttaisi” ”hyödyllisiä” bakteereja suolistoon. Tähän tarkoitukseen sopiviksi fermentoiviksi bakteereiksi valittiin maitohappoa tuottavat bakteerit, koska oli havaittu, että näiden mikrobien suorittama maidon luonnollinen käyminen esti ei-happoa sietävien bakteerien, myös proteolyyttisten lajien, kasvun. Jos maitohappokäyminen esti maidon mädäntymisen, eikö sillä olisi sama vaikutus ruoansulatuskanavassa, jos käytettäisiin sopivia bakteereja? Itäeurooppalaiset, joista osa oli ilmeisesti pitkäikäisiä, käyttivät fermentoituja maitotuotteita osana päivittäistä ruokavaliotaan (40, 41). Tätä pidettiin todisteena tehosta, ja Metchnikoffin ”bulgarialaisella bakteerilla” fermentoitu maito nautti sittemmin suosiota Länsi-Euroopassa: tämä oli probioottien synty. Lilley ja Stillwell (34) käyttivät termiä ”probiootti” alun perin aivan eri yhteydessä kuvaamaan yhden mikro-organismityypin erittämiä aineita, jotka stimuloivat toisen mikro-organismityypin kasvua (probiootti vastakohtana antibiootille), ja sittemmin termiä ”probiootti” käytettiin kuvaamaan ”organismeja ja aineita, jotka edistävät suoliston mikrobitasapainoa” (44). Fullerin määritelmää (13), ”eläviä mikrobeja sisältävä rehulisäaine, joka vaikuttaa myönteisesti isäntäeläimeen parantamalla sen suoliston tasapainoa”, on käytetty laajalti. ”Eläviä mikro-organismeja, joiden nauttiminen tietyissä määrin aiheuttaa terveyshyötyjä, jotka ylittävät luontaisen yleisen ravitsemuksen” on ehdotettu (20), samoin kuin muotoilua ”Probiootit sisältävät mikrobisoluja, jotka kulkevat ruoansulatuskanavan läpi ja jotka näin ollen hyödyttävät kuluttajan terveyttä” (63). Niin ovat myös seuraavat: ”määritellyt, elävät mikro-organismit, joita annetaan riittävinä määrinä ja jotka antavat isännälle hyödyllisen fysiologisen vaikutuksen” (49); ”elävät mikro-organismit, jotka riittävinä määrinä annettuna antavat isännälle terveyshyötyjä” (52); ja ”mikrobisoluvalmisteet tai mikrobisolujen komponentit, joilla on suotuisa vaikutus isännän terveyteen ja hyvinvointiin” (51).
Probioottisia tuotteita, joista monet sisältävät laktobasilleja, mainostetaan aktiivisesti maito-, elintarvike- ja ”itsehoitoterveys”-teollisuudessa, ja elintarviketutkijat sekä suuri yleisö ovat hyväksyneet ne kritiikittömästi. Väitteet probioottien tehokkuudesta suhteessa ihmisten terveyteen liittyviin hyötyihin eivät kuitenkaan perustu tarkkoihin, puolueettomiin arviointeihin, joita Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (Food and Drug Administration) edellyttäisi lääkevalmisteilta (60). Toisin sanoen näille väitteille ei ole tehty tavanomaista tehon arvioinnin neljää vaihetta (47).
Metchnikoffin näkemys siitä, että bakteerisolujen nauttiminen ravinnosta muuttaisi tiettyjen populaatioiden osuuksia suolistomikrobistossa, jätti huomiotta yhden luonnon voimakkaimmista voimista: homeostaasin. Yksinkertaistettuna homeostaasi on luonnonvoima, jonka avulla kaikki pysyy samana, vaikka kaikki muuttuu (2). Bakteeriyhteisöjen homeostaasia edustaa tasaista tilaa, jonka organismit itse luovat. Kilpailu ravinteista ja tilasta, toisen ryhmän aineenvaihduntatuotteiden aiheuttama yhden ryhmän toiminnan estyminen sekä saalistaminen ja loislintu vaikuttavat kaikki osaltaan siihen, että populaatiot pysyvät tietyissä suhteissa toisiinsa nähden. Koska säännellyssä bakteeriyhteisössä kaikki ekologiset markkinaraot ovat täynnä, on erittäin vaikeaa, että ekosysteemiin vahingossa tai tarkoituksellisesti tuodut alloktoniset (muualla syntyneet) mikrobit voisivat vakiintua. Tätä ilmiötä kutsutaan ”kilpailulliseksi poissulkemiseksi” (2). Uusilla bakteereilla ei ole mahdollisuutta ansaita elantoaan ekosysteemissä, koska kaikki mahdolliset markkinaraot on täytetty. Ihmisen suolistomikrobiston koostumus on huomattavan vakaa, kuten ulostenäytteiden tutkiminen osoittaa (58, 69). Tämän bakteeriyhteisön geneettinen sormenjälki (denaturointigradienttigeelielektroforeettiset profiilit) pysyi vakiona pitkäaikaistutkimuksissa kerätyissä näytteissä, jotka kestivät jopa 18 kuukautta (63). Monien tutkittujen ihmisten kohdalla tämä vakaus ulottui sukuja ja lajeja laajemmalle, jopa bakteerikantojen tasolle (30, 37). Kilpailuun perustuvalla poissulkemisella on merkitystä probioottisten bakteerien tuomisessa suolistoon. Nämä bakteerisolut ovat suolen bakteeriyhteisön alloktonisia osia, ja kuten useissa tutkimuksissa on osoitettu, ne elävät suoliston ekosysteemissä vain ohimenevästi (1, 11, 54, 57, 63). Esimerkiksi yhdessä tutkimuksessa Lactobacillus rhamnosus DR20 -bakteeria annosteltiin maidossa ihmisille päivittäin 6 kuukauden ajan (63). Probioottikanta havaittiin vain, kun probioottituotteen nauttimista jatkettiin. Kun probioottituotteen nauttiminen lopetettiin, myös bakteerien erittyminen ulosteeseen loppui. Lisäksi probioottikannan pitoisuudet olivat suhteellisen alhaisia (105-106 organismia grammassa ulostetta), ja sitä havaittiin vain epäsäännöllisesti näytteissä, jotka kerättiin noin 40 prosentilta koehenkilöistä, joilla oli jo ennestään vakiintuneita, vakaita Lactobacillus-populaatioita suolistossaan. Lopuilla koehenkilöistä ei ollut vakaita Lactobacillus-populaatioita, ja probioottikanta voitiin havaita kaikissa heidän ulostenäytteissään probioottien käytön aikana, koska probioottisoluja ei ollut enemmän kuin paikallaan olevien laktobasillien soluja.
Alloktoniset laktobasillit kulkeutuvat yleisesti suoliston ekosysteemiin, koska ne ovat luonnossa kaikkialla esiintyviä. Ne ovat osa monien elintarvikkeiden mikrobistoa, ja näitä elintarvikkeista peräisin olevia Lactobacillus-lajeja voidaan havaita ohimenevästi ja ennalta arvaamattomasti ihmisen ulosteessa (7, 66). Sitä vastoin, kuten edellä todettiin, osalla ihmisistä on autoktonisia (siellä muodostuneita) laktobasilleja (63). Dubos ja kollegat (9) esittivät ensimmäisen kerran suoliston ekosysteemiin liittyen autoktonisuuden käsitteen, ja Dwayne Savage määritteli sen myöhemmin seuraavasti: ”Autoktonisia mikrobeja luonnehditaan kotoperäisiksi mikro-organismeiksi, jotka kolonisoituvat tietyille suolikanavan alueille jo varhain elämässä, moninkertaistuvat suuriksi populaatioiksi pian kolonisaation jälkeen ja pysyvät näillä tasoilla terveenä ja hyvin ravittujen eläinten eliniän ajan. Autoktonisia mikro-organismeja pitäisi löytyä periaatteessa kaikista tietyn eläinlajin yksilöistä riippumatta niiden maantieteellisestä sijainnista.” (56).
Lactobacillus-ekologian viimeaikaisissa tutkimuksissa tehtyjen havaintojen tarkemman pohdinnan tuloksena voidaan ehdottaa seuraavaa tiivistä määritelmää: ”Omaperäisellä lajilla on pitkäaikainen assosiaatio tietyn isäntälajin kanssa, se muodostaa tietyn kokoisen vakaan populaation tietyllä suoliston alueella, ja sillä on osoitettavissa oleva ekologinen funktio”. Tätä määritelmää voidaan pitää työhypoteesina ja pohjana jatkokeskustelulle.
Autoktonisia Lactobacillus -lajeja voidaan selvästi tunnistaa kaupallisissa olosuhteissa kasvatetuissa broilereissa (19, 31). Laktobasillit vakiintuvat lintujen viljelmiin pian kuoriutumisen jälkeen ja säilyvät koko isännän eliniän huolimatta siitä, että siipikarjan rehussa annetaan yleisesti mikrobilääkkeitä (pitkäaikainen assosiaatio tiettyyn isäntälajiin). Ainakin jotkin Lactobacillus-kannat kiinnittyvät kasvuston epiteeliin ja lisääntyvät muodostaen biofilmin. Näin pysyvien laktobasillien metabolinen toiminta vaikuttaa ruoansulatuskanavan pH-arvoon, mikä puolestaan estää enterobakteerien lisääntymistä (osoitettavissa oleva ekologinen tehtävä) (14). Tästä paikasta irtoavat Lactobacillus-solut muodostavat inokulumin digestaan, jossa on sitten runsaasti laktobasilleja koko loppusuolen alueella (vakiintuneet, ominaiskooltaan vakaat populaatiot) (14, 31). Suuri osa esimerkiksi ileumin sisällön mikrobistosta koostuu laktobasilleista (35). Lisäksi kanan suoliston Lactobacillus-kokonaispopulaatiossa on havaittavissa lajien vaihtelua. Lactobacillus acidophilus -ryhmän jäsenet ja Lactobacillus reuteri ovat varhaisia kolonisaattoreita, mutta Lactobacillus salivarius havaitaan johdonmukaisesti vain vanhemmissa linnuissa (19, 31). Tämän periytymisen mekanistista säätelyä olisi kiehtovaa tutkia, koska näyttäisi siltä, että muiden laktobasillien tai kanan fysiologian tai ruokavalion koostumuksen muutosten aiheuttama elinympäristön aiempi ehdollistaminen edellyttää, että L. salivarius vakiintuu ja säilyy lintujen suolistossa. Samankaltainen Lactobacillusten periytyminen tapahtuu viljelmässä ja ileumissa, mikä viittaa siihen, että viljelmän kolonisaatio määrittää ileaalisen digestan mikrobiston koostumuksen Lactobacilluspopulaation suhteen.
L. reuteri on jyrsijöiden suolistossa kotoperäinen, mistä on osoituksena se, että se on havaittu siellä useissa tutkimuksissa; se kiinnittyy metsämahan ei-erittävään epiteeliin muodostaen siten biofilmin; se säilyy koko elämänsä ajan pysyvänä populaatiotasona aiemmin Lactobacilluksista vapaana olleiden hiirten suolistossa, jotka on inokuloitu suun kautta puhtaalla viljelmällä kertaalleen; ja se vaikuttaa ohutsuolen biokemiaan (23, 38, 42, 64, 67). L. reuteri ja hiirten suoliston ekosysteemi tarjoavat näin ollen erinomaisen paradigman autoktonian molekulaarisen perustan tutkimiseen. Viime vuosikymmenen aikana on kehitetty promoottoripyyntötekniikoita, joiden avulla on voitettu in vitro -mallien rajoitukset sellaisten ominaisuuksien tutkimisessa, jotka parantavat ekologista suorituskykyä monimutkaisissa ekosysteemeissä. Esimerkiksi Mahan ja työtoverit kehittivät in vivo -ekspressioteknologian (in vivo expression technology, IVET) tutkiakseen Salmonella enterica serovar Typhimuriumin geeniekspressiota hiiren infektion aikana (36). IVET:tä on käytetty myös useiden muiden patogeenien in vivo-indusoitujen (ivi) geenien tunnistamiseen, ja mutaatiot osajoukossa näistä ivigeeneistä johtivat virulenssin vähenemiseen (46). IVET tunnisti äskettäin L. reuteri -kannan 100-23 geenejä, jotka indusoituvat spesifisesti hiiren suolistossa (65). Rakennettiin plasmidipohjainen järjestelmä, joka sisälsi ′ermGT:n (joka antaa lincomysiiniresistenssin) ensisijaisena reportterigeeninä lincomysiinillä käsiteltyjen hiirten suolistossa aktiivisten promoottorien valintaa varten. Toisen reportterigeenin, ′bglM:n (joka koodaa beetaglukanaasia), avulla voitiin erottaa konstitutiiviset ja in vivo-indusoituvat promoottorit toisistaan. IVET-järjestelmän soveltaminen L. reuteria ja aiemmin Lactobacilluksesta vapaita hiiriä käyttäen paljasti kolme geeniä, jotka indusoituvat erityisesti kolonisaation aikana. Havaittiin sekvenssejä, jotka osoittavat homologioita ksyloosi-isomeraasin (xylA) ja metioniinisulfoksidireduktaasin (msrB) kanssa. Kolmas lokus osoitti homologiaa tuntemattoman funktion omaavalle proteiinille. Ksyloosi on kasviperäinen sokeri, jota esiintyy yleisesti oljissa ja leseissä, ja se kulkeutuu suolistoon ravinnon mukana. Suolistossa oleva ksyloosi voi olla peräisin suolistomikrobiston muiden jäsenten suorittamasta ksylaanien ja pektiinien hydrolyysistä. Ksyloosi-isomeraasin selektiivinen ilmentyminen viittaa siihen, että L. reuteri 100-23 tyydyttää energiantarpeensa suolistossa ainakin osittain fermentoimalla ksyloosia tai isoprimeveroosia (ksyloglukaanien pääkomponentti) (4). Metioniinisulfoksidireduktaasi on korjausentsyymi, joka suojaa bakteereja reaktiivisen typen ja hapen välituotteiden aiheuttamilta hapettumisvaurioilta. Typpioksidia tuottavat ileumin ja paksusuolen epiteelisolut, ja se toimii mahdollisesti oksidatiivisena esteenä, joka ylläpitää suoliston homeostaasia, vähentää bakteerien translokaatiota ja tarjoaa puolustuskeinon patogeenejä vastaan (25, 50). Tämä uraauurtava IVET-tutkimus osoitti teknologian käyttökelpoisuuden autoktonisuuden molekulaarisen perustan tutkimisessa ja tunnisti bakteerien ominaisuuksia, jotka saattavat olla olennaisia L. reuterin pysyvyydelle suolistossa (65). Nyt on todellakin vahvat perusteet tehdä genomivertailuja L. reuteri 100-23:n ja sellaisen saman lajin kannan välillä, joka ei kolonisoi hiiren suolistoa. Kannalla 100-23 on selvästi ominaisuuksia, joiden ansiosta se pystyy muodostamaan biofilmin ja pysymään hiirten metsämahan epiteelissä. Lisäksi tätä kantaa voidaan manipuloida geneettisesti, ja se ilmentää heterologisia geenejä, jotka on tuotu in vitro (sähköisellä transformaatiolla) tai horisontaalisella geeninsiirrolla suoliston ekosysteemiin (24, 38). L. reuteri -kantojen genominen vertailu suhteessa ekologisiin ilmiöihin, joihin ne liittyvät hiiren suolistossa, voisi paljastaa autoktonisuuden molekulaariset perusteet.
Joidenkin mikrobiologien toiveena on ollut, että laktobasillit voitaisiin muuttaa geneettisesti siten, että niiden solut tuottaisivat bioteknisesti ja ehkä myös terapeuttisesti arvokkaita aineita. Sen sijaan, että näitä rekombinanttibakteereja käytettäisiin teollisissa fermentoreissa, tavoitteena on ollut käyttää suolistossa olevia bakteerisoluja in situ -tehtaina, jotka toimittaisivat bioaktiivista ainetta tietylle suolen alueelle (39). Tätä työtä on haitannut alloktonisten laktobasillilajien käyttö, mikä on johtanut vähäiseen edistymiseen yleisen tavoitteen saavuttamisessa. Eri eläinisäntiin liittyvien autoktonisten lajien tunnistaminen tekee todennäköisemmäksi sen, että voidaan tuottaa rekombinantteja laktobasilleja, joilla on ainakin jonkinlainen todennäköisyys metaboloitua ja kenties säilyä suolistossa. Leen ja kollegoiden työ, jossa kehitettiin rekombinantteja emättimen laktobasilleja, jotka syntetisoivat ja erittivät ihmisen CD4:n kahta ensimmäistä domeenia, ja osoitettiin in vitro, että ne estävät kilpailevasti ihmisen immuunikatoviruksen tartunnan kohdesoluihin, on hyvä esimerkki rationaalisesta lähestymistavasta tämäntyyppiseen tutkimukseen (5). Vaikka näissä kokeissa käytettiin kotoperäistä Lactobacillus-lajia, on edelleen spekulatiivista, onko rekombinanttibakteereilla kyky säilyä emättimeen instillaation jälkeen.
Laktobasillien vuorovaikutus isäntänsä kanssa ja niiden vaikutus isännän ominaisuuksiin kiehtoo edelleen mikrobiologeja (59). Vihjeitä bakteerien vaikutuksista nisäkäsisäntään on saatu vertailemalla itiövapaiden ja tavanomaisten hiirten biokemiallisia ja fysiologisia ominaisuuksia, mutta tämäntyyppisiä vertailevia tutkimuksia voidaan nykyään tehdä hienostuneemmalla tasolla, koska eläinten genomia on alettu sekvensoida ja sen seurauksena on valmistettu DNA-mikrosarjoja, joissa on koko eläimen genomia edustavia sekvenssejä. Mahdollisuudet saada jännittävää tietoa mikrobiston mekanistisista vaikutuksista isäntään tällä lähestymistavalla on osoitettu Hooperin ja kollegoiden uraauurtavassa työssä, jossa he tutkivat Bacteroides thetaiotaomicron -bakteerin (26) kolonisaation vaikutusta aiemmin itiövapaisiin hiiriin. Aiemmin itiövapailla hiirillä tehdyt monoassosiaatiokokeet eivät kuitenkaan edusta sitä, mitä luonnollisessa ekosysteemissä tapahtuu. Yksittäinen bakteerikanta, joka kolonisoi gnotobiotin suoliston, saavuttaa yleensä paljon suuremman populaatiotason kuin tavanomaisessa eläimessä, jossa mikrobi joutuu kovaan kilpailuun mikrobiston muiden jäsenten kanssa. Fysiologiset erot bakteerittomien ja tavanomaisten eläinten välillä voivat myös vaikuttaa kolonisaatiomalleihin. Ohutsuolen liikkuvuuden huuhtoutumisvaikutus rajoittaa bakteerit tavanomaisten eläinten staattisempaan terminaaliseen ileumiin tai paksusuoleen, mutta tämä rajoitus häviää monoassosioituneessa eläimessä gnotioottiselle isännälle ominaisen hitaamman peristaltiikan vuoksi (18). Lisäksi monimutkaisessa tavanomaisessa ekosysteemissä yhden bakteerilajin läsnäolon aiheuttama isännän geeniekspression ylös- tai alas-sääntely saattaa kumoutua toisen lajin vaikutuksesta (26). Näin ollen ekologisempi näkemys puoltaisi additiivisesta lähestymistavasta luopumista (bakteeriton eläin plus bakteerilajit) ja subtraktiivisen lähestymistavan omaksumista (tavanomainen eläin miinus bakteerilajit). On tuotettu hiiriä, joilta puuttuvat laktobasillit, mutta jotka on kolonisoitu monimutkaisella mikrobistolla, joka vastaa toiminnallisesti tavanomaisia hiiriä, ja ne näyttäisivät tarjoavan ihanteellisen mallin, jonka avulla voidaan määrittää sekä alloktonisten että autoktonisten laktobasillien vaikutus isäntäkasvin geenien ilmentymisen säätelyyn (61).
Käytännölliseltä kannalta katsottuna Lactobacillus-metabolian vaikutus kotieläinten ravitsemukseen ja fysiologiaan on tärkeä tutkimuskohde. Vaikka mikrobilääkkeitä on lisätty tuotantoeläinten ravintoon jo useiden vuosikymmenien ajan, ei tunneta tarkkaa mekanismia, jonka avulla eläimen kasvunopeus lisääntyy ja rehun konversio paranee. Feighner ja Dashkevicz raportoivat, että mikrobilääkkeiden lisääminen broilerien ruokaan johti sappisuolahydrolaasiaktiivisuuden vähenemiseen lintujen ileassa (12). Tämä saattoi olla erityisen tärkeä havainto, koska ainakin hiirten suolistomikrobiston jäsenistä laktobasillit vastaavat suuresta osasta tätä entsyymiaktiivisuutta (62, 64). Sappisuolahydrolaasit katalysoivat aminohapon pilkkomista konjugoitujen sappisuolojen steroidiytimestä. Ei ole selvää, miksi laktobasillit tuottavat entsyymiä, jolla on tämä ominaisuus, koska ne eivät hyötyisi energeettisesti dekonjugaatioprosessista, mutta se voi olla olennainen ominaisuus, jonka ansiosta bakteerit selviytyvät ohutsuolen läpi kulkemisesta, johon vapautuu suhteellisen suuria pitoisuuksia konjugoituja sappihappoja (8). Laktobasillien dekonjugointiaktiivisuus voi olla tärkeää isännälle, koska dekonjugoidut sappisuolat eivät ole yhtä tehokkaita ravinnon lipidien emulgoinnissa ja mikkelien muodostuksessa. Näin ollen laktobasillien sappisuolahydrolaasiaktiivisuus ohutsuolessa voisi heikentää lipidien sulatusta ja imeytymistä isännässä, ja sillä voisi olla vaikutuksia siipikarja- ja sika-alalla, jossa kannattavuus edellyttää nopeaa kasvua ja tehokasta rehun muuntumista. Viime aikoina on kiinnitetty paljon huomiota suolistomikrobiston fylogeniaan, mutta vain vähän huomiota on kiinnitetty monimutkaisten bakteeriyhteisöjen tai niiden yksittäisten osien mikrobifysiologiaan (16, 17, 32, 33, 35, 68). On aika korjata tämä epätasapaino. Laktobasillit voisivat tarjota mallibakteereja tällaisiin fysiologisiin tutkimuksiin, koska niiden suhde tuotantoeläinisäntään (kanat, siat) on paljon paremmin määritelty kuin muiden mikrobiston jäsenten (3, 14, 19).
Suuri osa elimistön immuunisoluista liittyy suolistoon. Terveessä isännässä immuunijärjestelmä sietää mikrobiston läsnäoloa, vaikka siihen liittyviä mekanismeja ei tunneta tarkasti (10). Voidaan kuitenkin päätellä, että mikrobistoa kohtaan on olemassa suvaitsevaisuutta, koska tulehduksellisia suolistosairauksia sairastavat ihmispotilaat ja koe-eläimet, joiden immuunijärjestelmä on häiriintynyt, kärsivät suolen limakalvon kroonisesta, immuunivälitteisestä tulehduksesta (45, 53). Monet todisteet viittaavat siihen, että mikrobisto on tämän kytevän tulehduksen polttoaineena. Terveiden eläinten omien mikrobien ja immuunijärjestelmän välisen suhteen on siis oltava suvaitsevainen, ja se vaatii mekanistista tutkimusta. Alloktonisen mikrobin ja immuunijärjestelmän suhde on oletettavasti ainakin aluksi aivan erilainen, koska immuunijärjestelmä kokee uusia antigeenikomplekseja jokaisen eri bakteerikannan kohtaamisen yhteydessä. Jatkuvat läheiset kohtaamiset saman kannan kanssa, joko sattumanvaraisesti (elintarvikemikrobisto) tai tarkoituksellisesti (probiootti), voivat oletettavasti lopulta synnyttää toleranssia. Laktobasillien on osoitettu aiheuttavan immuunisolujen reaktioita, mutta suuressa osassa raportoituja tutkimuksia ei ole pystytty osoittamaan, millaisia luonnollisia seurauksia tällaiset reaktiot aiheuttavat isännälle, jos ne tapahtuvat in vivo (6, 21, 27, 43). Erityisesti meillä ei ole mittaustuloksia laktobasillien vaikutuksesta terveiden ihmisten immuunijärjestelmään yhteisössä taudinkestävyyden osalta, lukuun ottamatta alustavia tutkimuksia ripulin esiintyvyydestä riskiryhmissä (48). Vaikka probiooteilla ei näytä olevan merkittävää vaikutusta suolistomikrobiston koostumuksen muuttamiseen, niillä voi olla merkitystä immuunijärjestelmän manipuloinnissa suhteessa tiettyihin sairauksiin, joilla on immunologinen etiologia, kuten tulehdukselliset suolistosairaudet ja allergiat. On huomattava, että tältä osin ilmestyneet jännittävät raportit ovat yksittäisten tutkimusryhmien tekemien pienten tutkimusten raportteja (15, 29). Kun on kyse lääketieteellisistä tuloksista, tarvitaan laajoja ja kattavia tutkimuksia, joilla osoitetaan teho hyvin tarkoin määritellyissä potilasryhmissä, erilaisissa maantieteellisissä paikoissa, joissa on erilainen etninen koostumus ja erilaiset kulttuuriarvot.
Laktobasillit tarjoavat mikrobiologeille selvästikin jännittäviä tutkimusnäkymiä sekä biolääketieteellisten sovellusten kannalta että perustavanlaatuisen tietämyksen hankkimiseksi siitä, miten bakteerisolut toimivat suoliston ekosysteemissä. Suolistobakteerien mallibakteereina ne voivat tarjota oppitunteja molekyylimekanismeista, jotka määrittelevät autoktonisuuden, sekä bakteerien fysiologian ymmärtämisestä suhteessa isännän hyvinvointiin. Näistä syistä laktobasillit tulevat jatkossakin olemaan monien mikrobiologien suosikkeja.