John B. S. Haldane (1892-1964), znany brytyjski genetyk, fizjolog i popularyzator nauki, ustanowił nowe ścieżki badań w genetyce populacyjnej i ewolucji. Podkreślając ogrom Drogi Mlecznej na nocnym niebie i fakt, że istnieje 400 000 gatunków chrząszczy, ale tylko 8 000 gatunków ssaków, podobno powiedział: „Gdyby można było wnioskować o naturze Stwórcy na podstawie badania jego stworzenia, okazałoby się, że Bóg ma szczególne upodobanie do gwiazd i chrząszczy”. W podobnym duchu myślenia, przeglądając numery czasopism Amerykańskiego Towarzystwa Mikrobiologicznego i innych opublikowanych w ostatnich latach, czytelnik może dojść do wniosku, że mikrobiolodzy mają szczególne upodobanie do lactobacillusów. W samym tylko czasopiśmie Applied and Environmental Microbiology w roku 2003 ukazały się pięćdziesiąt dwie publikacje dotyczące lactobacillus (z „lactobacillus” lub „lactobacilli” w tytule lub streszczeniu artykułu). Nic dziwnego: są to fascynujące i pożyteczne bakterie.

Lactobacillus są członkami bakterii kwasu mlekowego, szeroko zdefiniowanej grupy charakteryzującej się tworzeniem kwasu mlekowego jako jedynego lub głównego produktu końcowego metabolizmu węglowodanów. Lactobacilli są gram-dodatnimi, nie tworzącymi zarodników prętami lub kokcydiami o zawartości G+C zwykle poniżej 50 mol% (22). Obecnie znanych jest osiemdziesiąt gatunków lactobacillus (55). Są to bakterie ściśle fermentacyjne, tlenowe lub beztlenowe, kwasolubne lub kwasochłonne, o złożonych wymaganiach pokarmowych (węglowodany, aminokwasy, peptydy, estry kwasów tłuszczowych, sole, pochodne kwasów nukleinowych, witaminy). Wykorzystując glukozę jako źródło węgla, lactobacillus może być homofermentatywny (wytwarzający ponad 85% produktów fermentacji w postaci kwasu mlekowego) lub heterofermentatywny (wytwarzający kwas mlekowy, dwutlenek węgla, etanol i/lub kwas octowy w równych ilościach). Wymagania odżywcze lactobacilli są odzwierciedlone w ich siedliskach, które są bogate w substraty zawierające węglowodany: występują one na roślinach lub materiałach pochodzenia roślinnego, w sfermentowanej lub zepsutej żywności lub w połączeniu z ciałami zwierząt (22).

Lactobacillus są ważne w produkcji żywności, która wymaga fermentacji kwasu mlekowego, zwłaszcza produktów mlecznych (jogurtów i serów), fermentowanych warzyw (oliwek, pikli i kapusty kiszonej), fermentowanego mięsa (salami) i chleba na zakwasie. Wykorzystanie bakterii Lactobacillus w przemyśle spożywczym ma długą historię, a ich funkcje w warunkach przemysłowych zostały dobrze zbadane (28). Lactobacillus zamieszkujące ciała zwierząt są jednak znacznie mniej znane, pomimo niemal nieprzerwanego zainteresowania naukowców trwającego około 100 lat.

Elie Metchnikoff (1845-1916), laureat nagrody Nobla za pionierskie opisy fagocytozy, interesował się procesem starzenia. Podczas gdy współczesne badania na ten temat koncentrują się na zachowaniu niezmutowanych sekwencji DNA, Metchnikoff skupił się na mikrobiocie jelitowej jako źródle zatrucia od wewnątrz (40, 41). Według Metchnikoffa, społeczność bakteryjna zamieszkująca jelito grube człowieka była źródłem substancji toksycznych dla układu nerwowego i naczyniowego gospodarza. Te toksyczne substancje, wchłaniane z jelita i krążące w krwiobiegu, przyczyniały się do procesu starzenia. Bakterie jelitowe zostały w ten sposób zidentyfikowane jako czynniki powodujące „autointoxication”. Bakterie te potrafiły rozkładać białka (putrefaction), uwalniając amoniak, aminy i indol, które w odpowiednich stężeniach były toksyczne dla ludzkich tkanek. Metchnikoff wywnioskował, że niskie stężenia toksycznych produktów bakteryjnych mogły uniknąć detoksykacji przez wątrobę i dostać się do krążenia ogólnoustrojowego. Jego rozwiązanie problemu zapobiegania autointoxykacji było radykalne: chirurgiczne usunięcie jelita grubego. Mniej przerażającym i bardziej popularnym rozwiązaniem była jednak próba zastąpienia lub zmniejszenia liczby bakterii gnilnych w jelicie poprzez wzbogacenie mikrobioty jelitowej o populacje bakterii, które fermentowały węglowodany i miały niewielką aktywność proteolityczną. Proponowano, aby doustne podawanie kultur bakterii fermentujących „wszczepiało” „pożyteczne” bakterie do przewodu jelitowego. Bakterie wytwarzające kwas mlekowy były preferowane jako bakterie fermentacyjne do wykorzystania w tym celu, ponieważ zaobserwowano, że naturalna fermentacja mleka przez te mikroby zapobiegała wzrostowi bakterii nietolerujących kwasów, w tym gatunków proteolitycznych. Jeśli fermentacja mlekowa zapobiegała gniciu mleka, czy nie miałaby takiego samego efektu w przewodzie pokarmowym, gdyby użyto odpowiednich bakterii? Mieszkańcy Europy Wschodniej, z których niektórzy byli najwyraźniej długowieczni, spożywali sfermentowane produkty mleczne jako część swojej codziennej diety (40, 41). Uznano to za dowód skuteczności, a mleko fermentowane z „bułgarskim bacillusem” Metchnikoffa cieszyło się później pewną popularnością w Europie Zachodniej: narodziny probiotyków. Termin „probiotyk”, po raz pierwszy użyty w zupełnie innym kontekście przez Lilleya i Stillwella (34) dla opisania substancji wydzielanych przez jeden rodzaj mikroorganizmów, które stymulowały wzrost innego rodzaju (probiotyk dla kontrastu z antybiotykiem), był następnie używany do opisania „organizmów i substancji, które przyczyniają się do równowagi mikrobiologicznej w jelitach” (44). Definicja Fullera (13), „suplement paszowy zawierający żywe drobnoustroje, który korzystnie wpływa na zwierzę gospodarza poprzez poprawę jego równowagi jelitowej”, jest szeroko stosowana. Zaproponowano „żywe mikroorganizmy, które po spożyciu w określonej liczbie przynoszą korzyści zdrowotne wykraczające poza nieodłączne ogólne odżywianie” (20), jak również sformułowanie „Probiotyki zawierają komórki bakteryjne, które przechodzą przez przewód pokarmowy i które, czyniąc to, korzystnie wpływają na zdrowie konsumenta” (63). Podobnie rzecz się ma z następującymi sformułowaniami: „zdefiniowane, żywe mikroorganizmy podawane w odpowiednich ilościach, które wywierają korzystny efekt fizjologiczny na gospodarza” (49); „żywe mikroorganizmy, które podawane w odpowiednich ilościach wywierają korzystny wpływ na zdrowie gospodarza” (52); oraz „preparaty komórek mikrobiologicznych lub składniki komórek mikrobiologicznych, które wywierają korzystny wpływ na zdrowie i dobre samopoczucie gospodarza” (51).

Produkty probiotyczne, z których wiele zawiera lactobacillus, są aktywnie promowane przez przemysł mleczarski, spożywczy i „samoopieki zdrowotnej” i zostały przyjęte bezkrytycznie przez naukowców zajmujących się żywnością, jak również przez ogół społeczeństwa. Jednakże twierdzenia o skuteczności probiotyków w odniesieniu do korzyści zdrowotnych dla człowieka nie wynikają z rygorystycznych, bezstronnych ocen, jakie byłyby wymagane przez Amerykańską Agencję Żywności i Leków dla produktów farmaceutycznych (60). Innymi słowy, twierdzenia te nie zostały poddane zwyczajowym czterem fazom oceny skuteczności (47).

Pogląd Metchnikoffa, że spożycie komórek bakteryjnych w żywności zmieniłoby proporcje, w jakich pewne populacje były obecne w mikrobiocie jelitowej, przeoczył jedną z najpotężniejszych sił w przyrodzie: homeostazę. Mówiąc prościej, homeostaza jest siłą w przyrodzie, dzięki której, choć wszystko się zmienia, wszystko pozostaje takie samo (2). Homeostaza społeczności bakteryjnych jest reprezentowana przez stan ustalony, który jest generowany przez same organizmy. Konkurencja o składniki odżywcze i przestrzeń, hamowanie jednej grupy przez produkty przemiany materii innej grupy oraz drapieżnictwo i pasożytnictwo przyczyniają się do regulacji populacji w określonych proporcjach, jedna do drugiej. Ponieważ wszystkie nisze ekologiczne są wypełnione w uregulowanej społeczności bakteryjnej, jest niezwykle trudno zadomowić się mikroorganizmom allochtonicznym (powstałym w innym miejscu), przypadkowo lub celowo wprowadzonym do ekosystemu. Zjawisko to określane jest jako „konkurencyjne wykluczenie” (2). Nowo wprowadzone bakterie nie mają możliwości zarabiania na życie w ekosystemie, ponieważ wszystkie możliwe nisze zostały już wypełnione. Skład ludzkiej mikrobioty jelitowej, jak wynika z badań próbek kału, charakteryzuje się niezwykłą stabilnością (58, 69). Genetyczny odcisk palca (profile elektroforetyczne w żelu gradientu denaturującego) tej społeczności bakteryjnej pozostał niezmienny w próbkach zebranych podczas długoterminowych badań, trwających nawet 18 miesięcy (63). W przypadku wielu ludzi, którzy byli badani, stabilność ta wykraczała poza rodzaje i gatunki, nawet do poziomu szczepów bakteryjnych (30, 37). Wykluczenie konkurencyjne jest istotne przy wprowadzaniu bakterii probiotycznych do jelita. Te komórki bakteryjne są allochtoniczne dla społeczności bakteryjnej jelita, i jak wykazano w kilku badaniach, mają one tylko przejściowe istnienie w ekosystemie jelitowym (1, 11, 54, 57, 63). Przykładem może być jedno z badań, w którym Lactobacillus rhamnosus DR20 był podawany w mleku ludzkim codziennie przez 6 miesięcy (63). Szczep probiotyczny był wykrywany tylko wtedy, gdy produkt probiotyczny był nadal spożywany. Po zaprzestaniu spożywania produktu probiotycznego nastąpiło również wydalanie bakterii z kałem. Co więcej, poziomy szczepu probiotycznego były stosunkowo niskie (105 do 106 organizmów na gram kału) i wykrywano go tylko nieregularnie w próbkach pobranych od około 40% badanych, którzy mieli wcześniej istniejące, stabilne populacje Lactobacillus rezydujące w ich jelitach. Pozostała część badanych nie miała stabilnych populacji Lactobacillus, a szczep probiotyczny można było wykryć we wszystkich ich próbkach kału w okresie spożywania probiotyku, ponieważ komórki probiotyczne nie przeważały nad komórkami rezydentnych lactobacillus.

Allochtoniczne lactobacillus są powszechnie wprowadzane do ekosystemu jelit, ponieważ są wszechobecne w przyrodzie. Są one częścią mikrobioty wielu produktów spożywczych, a te pochodzące z żywności gatunki Lactobacillus mogą być wykryte w ludzkim kale w sposób przejściowy i nieprzewidywalny (7, 66). W przeciwieństwie do tego, jak zauważono powyżej, część ludzi jest nosicielami autochtonicznych (powstałych tam, gdzie zostały znalezione) bakterii Lactobacillus (63). Po raz pierwszy postulowana w odniesieniu do ekosystemu jelitowego przez Dubosa i współpracowników (9), koncepcja autochtonii została następnie zdefiniowana przez Dwayne Savage: „Drobnoustroje autochtoniczne są charakteryzowane jako mikroorganizmy autochtoniczne, które kolonizują określone regiony przewodu pokarmowego we wczesnym okresie życia, namnażają się do wysokiego poziomu populacji wkrótce po kolonizacji i pozostają na tym poziomie przez całe życie zdrowych, dobrze odżywionych zwierząt. Autochtoniczne mikroorganizmy powinny występować zasadniczo u wszystkich osobników danego gatunku zwierząt, niezależnie od ich położenia geograficznego” (56).

W wyniku dalszej refleksji nad obserwacjami poczynionymi w ostatnich badaniach ekologii Lactobacillus, można zaproponować następującą zwięzłą definicję: „Gatunek autochtoniczny ma długotrwałe powiązanie z określonym gatunkiem gospodarza, tworząc stabilną populację o charakterystycznej wielkości w określonym regionie jelita, i ma możliwą do wykazania funkcję ekologiczną”. Definicja ta może być traktowana jako hipoteza robocza i podstawa do dalszej dyskusji.

Autochtoniczne gatunki Lactobacillus mogą być wyraźnie zidentyfikowane w przypadku kurcząt brojlerów hodowanych w warunkach komercyjnych (19, 31). Lactobacillus zadomawiają się w zasiewach ptaków wkrótce po wykluciu i utrzymują się przez całe życie gospodarza, pomimo powszechnego podawania leków przeciwdrobnoustrojowych w paszy dla drobiu (długotrwała asocjacja z określonym gatunkiem gospodarza). Przynajmniej niektóre szczepy Lactobacillus przylegają do nabłonka roślin i proliferują, tworząc biofilm. Aktywność metaboliczna utrzymujących się w ten sposób bakterii Lactobacillus wpływa na pH treści pokarmowej, co z kolei hamuje proliferację enterobakterii (możliwa do wykazania funkcja ekologiczna) (14). Wydzielane z tego miejsca komórki Lactobacillus stanowią inokulum dla treści pokarmowej, która jest następnie bogata w lactobacillus w pozostałej części jelita (stabilne populacje o charakterystycznej wielkości) (14, 31). Na przykład, znaczna część mikrobioty treści jelita krętego składa się z lactobacillusów (35). Co więcej, sukcesja gatunkowa jest wykrywalna w obrębie całej populacji Lactobacillus w jelitach kurcząt. Podczas gdy członkowie grupy Lactobacillus acidophilus i Lactobacillus reuteri są wczesnymi kolonizatorami, Lactobacillus salivarius jest konsekwentnie wykrywany tylko u starszych ptaków (19, 31). Fascynujące byłoby zbadanie mechanistycznej regulacji tej sukcesji, ponieważ wydaje się, że do osiedlenia się i przetrwania L. salivarius w jelitach ptaków konieczne jest wcześniejsze przygotowanie środowiska przez inne bakterie z rodzaju Lactobacillus, zmiany w fizjologii kurcząt lub w składzie diety. Podobna sukcesja Lactobacillus występuje w zbiorze i jelicie krętym, co sugeruje, że kolonizacja zbioru determinuje skład mikrobioty jelita krętego w odniesieniu do populacji Lactobacillus.

L. reuteri jest autochtoniczny dla jelit gryzoni, o czym świadczą fakty, że został tam wykryty w kilku badaniach; przylega do nabłonka niesekrecyjnego przedżołądka, tworząc w ten sposób biofilm; utrzymuje się na stałym poziomie populacji przez całe życie w jelitach myszy uprzednio pozbawionych Lactobacillus, zaszczepionych doustnie czystą kulturą przy jednej okazji; i wpływa na biochemię jelita cienkiego (23, 38, 42, 64, 67). L. reuteri i ekosystem jelitowy myszy stanowią zatem doskonały paradygmat do badań nad molekularnymi podstawami autochtonii. W ostatniej dekadzie opracowano technologie wychwytywania promotorów, aby przezwyciężyć ograniczenia modeli in vitro do badania cech, które zwiększają wydajność ekologiczną w złożonych ekosystemach. Na przykład, technologia ekspresji in vivo (IVET) została opracowana przez Mahana i współpracowników do badania ekspresji genów przez Salmonella enterica serovar Typhimurium podczas infekcji myszy (36). IVET została również wykorzystana do identyfikacji genów indukowanych in vivo (ivi) dla wielu innych patogenów, a mutacje w obrębie podzbioru tych genów ivi spowodowały zmniejszenie zjadliwości (46). IVET niedawno zidentyfikował geny L. reuteri szczep 100-23, które były specyficznie indukowane w jelitach myszy (65). Skonstruowano system oparty na plazmidzie zawierający ′ermGT (który nadaje oporność na linkomycynę) jako główny gen reporterowy do selekcji promotorów aktywnych w jelitach myszy, którym podawano linkomycynę. Drugi gen reporterowy, ′bglM (kodujący beta-glukanazę), pozwalał na rozróżnienie pomiędzy promotorami konstytutywnymi i indukowanymi in vivo. Zastosowanie systemu IVET z użyciem L. reuteri i myszy uprzednio pozbawionych Lactobacillus ujawniło trzy geny indukowane specyficznie podczas kolonizacji. Wykryto sekwencje wykazujące homologię do izomerazy ksylozy (xylA) i reduktazy sulfotlenku metioniny (msrB). Trzeci locus wykazał homologię do białka o nieznanej funkcji. Ksyloza jest cukrem pochodzenia roślinnego, powszechnie występującym w słomie i otrębach, wprowadzanym do jelit drogą pokarmową. Ksyloza w jelitach może pochodzić z hydrolizy ksylanów i pektyn przez innych członków mikrobioty jelitowej. Selektywna ekspresja izomerazy ksylozy sugeruje, że L. reuteri 100-23 zaspokaja swoje zapotrzebowanie energetyczne w jelicie przynajmniej częściowo poprzez fermentację ksylozy lub izoprymerozy (główny składnik ksyloglukanów) (4). Reduktaza sulfotlenku metioniny jest enzymem naprawczym chroniącym bakterie przed uszkodzeniem oksydacyjnym spowodowanym przez reaktywne intermediaty azotu i tlenu. Tlenek azotu jest produkowany przez komórki nabłonkowe jelita krętego i grubego i prawdopodobnie działa jako bariera oksydacyjna, utrzymując homeostazę jelitową, ograniczając translokację bakterii i zapewniając środki obrony przed patogenami (25, 50). To pionierskie badanie IVET pokazało przydatność tej technologii w badaniu molekularnych podstaw autochtonii i zidentyfikowało właściwości bakterii, które mogą być niezbędne do przetrwania L. reuteri w jelicie (65). Rzeczywiście, obecnie istnieją mocne argumenty za przeprowadzeniem genomowych porównań pomiędzy L. reuteri 100-23 i szczepem tego samego gatunku, który nie kolonizuje jelit u myszy. Szczep 100-23 wyraźnie posiada właściwości, które pozwalają mu tworzyć biofilm i utrzymywać się na nabłonku przedżołądka myszy. Ponadto, szczep ten może być manipulowany genetycznie i będzie ekspresjonował heterologiczne geny wprowadzone in vitro (przez elektrotransformację) lub przez horyzontalny transfer genów do ekosystemu jelitowego (24, 38). Genomowe porównania szczepów L. reuteri w odniesieniu do zjawisk ekologicznych, z którymi są one związane w jelitach myszy, mogłyby ujawnić molekularne podstawy autochtonii.

Niektórzy mikrobiolodzy mają nadzieję, że bakterie Lactobacillus mogłyby być genetycznie modyfikowane tak, aby ich komórki produkowały substancje o wartości biotechnologicznej, a może i terapeutycznej. Zamiast używać tych rekombinowanych bakterii w przemysłowych fermentorach, celem było użycie komórek bakteryjnych w jelitach jako fabryk in situ, które dostarczałyby bioaktywną substancję do konkretnego regionu jelita (39). Prace te zostały zakłócone przez zastosowanie allochtonicznych gatunków lactobacillusów, co spowodowało niewielki postęp w osiągnięciu ogólnego celu. Rozpoznanie gatunków autochtonicznych związanych z różnymi gospodarzami zwierzęcymi zwiększa prawdopodobieństwo wyprodukowania rekombinowanych bakterii lactobacillus, które będą miały przynajmniej pewne szanse metabolizowania i być może przetrwania w jelicie. Praca Lee i współpracowników, w której opracowano rekombinowane pochwowe pałeczki kwasu mlekowego, które syntetyzowały i wydzielały dwie pierwsze domeny ludzkiego CD4 i wykazano, że in vitro konkurencyjnie blokowały infekcję komórek docelowych przez ludzki wirus niedoboru odporności, stanowi dobry przykład racjonalnego podejścia do tego typu badań (5). Chociaż autochtoniczny gatunek Lactobacillus był używany w tych eksperymentach, czy rekombinowane bakterie mają zdolność do utrzymywania się po wprowadzeniu do pochwy pozostaje spekulatywne.

Interakcje lactobacillus z ich gospodarzami i ich wpływ na cechy gospodarza nadal fascynują mikrobiologów (59). Wskazówki co do wpływu bakterii na gospodarza ssaka zostały uzyskane z porównania biochemicznych i fizjologicznych cech myszy bez zarodków i myszy konwencjonalnych, ale badania porównawcze tego typu mogą być obecnie wykonywane na zaawansowanym poziomie z powodu pojawienia się sekwencjonowania genomu zwierząt i konsekwentnego wytwarzania mikromacierzy DNA, które zawierają sekwencje reprezentatywne dla całego genomu zwierzęcia. Potencjał uzyskania ekscytującej wiedzy o mechanistycznych wpływach mikrobioty na gospodarza dzięki temu podejściu został zademonstrowany przez pionierską pracę Hoopera i współpracowników, którzy badali wpływ kolonizacji wcześniej wolnych od zarodków myszy przez Bacteroides thetaiotaomicron (26). Jednak eksperymenty z monoasocjacją na myszach pozbawionych zarazków nie są reprezentatywne dla tego, co dzieje się w naturalnym ekosystemie. Pojedynczy szczep bakterii kolonizujący jelito gnotobioty zwykle osiąga znacznie wyższy poziom populacji niż u konwencjonalnego zwierzęcia, gdzie mikrob musi stawić czoła intensywnej konkurencji ze strony innych członków mikrobioty. Różnice fizjologiczne pomiędzy zwierzętami wolnymi od zarazków a konwencjonalnymi mogą również wpływać na wzorce kolonizacji. Efekt wypłukiwania spowodowany motoryką jelita cienkiego ogranicza bakterie do bardziej statycznego końcowego odcinka jelita krętego lub grubego zwierząt konwencjonalnych, ale to ograniczenie zanika u zwierząt jednozależnych z powodu wolniejszej perystaltyki charakterystycznej dla gospodarza gnotobiotycznego (18). Dodatkowo, w złożonym ekosystemie konwencjonalnym, regulacja ekspresji genów gospodarza wywołana obecnością jednego gatunku bakterii może być zanegowana przez wpływ innego gatunku (26). Tak więc, bardziej ekologiczny pogląd przemawiałby za porzuceniem podejścia addytywnego (zwierzę bez zarodków plus gatunki bakterii) i przyjęciem podejścia odejmującego (zwierzę konwencjonalne minus gatunki bakterii). Myszy, którym brakuje bakterii Lactobacillus, ale są kolonizowane przez złożoną mikrobiotę funkcjonalnie odpowiadającą myszy konwencjonalnej, zostały wyprodukowane i wydają się oferować idealny model, w którym można określić wpływ zarówno allochtonicznych, jak i autochtonicznych bakterii Lactobacillus na regulację ekspresji genów gospodarza (61).

Z pragmatycznego punktu widzenia, wpływ metabolizmu bakterii Lactobacillus na żywienie i fizjologię zwierząt gospodarskich jest ważnym obszarem badań. Chociaż leki przeciwbakteryjne są dodawane do pożywienia zwierząt hodowlanych od kilku dekad, dokładny mechanizm, dzięki któremu zwiększa się tempo wzrostu zwierząt i poprawia się wykorzystanie paszy, nie jest znany. Feighner i Dashkevicz donieśli, że suplementacja żywności kurcząt brojlerów lekami przeciwdrobnoustrojowymi spowodowała zmniejszenie aktywności hydrolazy soli żółciowych w jelicie krętym tych ptaków (12). Mogła to być szczególnie ważna obserwacja, ponieważ, przynajmniej wśród członków mikrobioty jelitowej myszy, lactobacillus są odpowiedzialne za znaczną część aktywności tego enzymu (62, 64). Hydrolazy soli żółciowych katalizują rozszczepienie aminokwasu z jądra steroidowego sprzężonych soli żółciowych. Nie jest jasne, dlaczego bakterie Lactobacillus wytwarzają enzym o tej właściwości, ponieważ nie odniosłyby korzyści energetycznych z procesu dekoniugacji, ale może to być istotna właściwość umożliwiająca bakteriom przetrwanie tranzytu przez jelito cienkie, do którego uwalniane są stosunkowo wysokie stężenia sprzężonych kwasów żółciowych (8). Dekoniugacyjna aktywność bakterii Lactobacillus może być ważna dla gospodarza, ponieważ zdekoniugowane sole żółciowe są mniej skuteczne w emulgowaniu lipidów pokarmowych i tworzeniu miceli. Tak więc, aktywność hydrolazy soli żółciowych lactobacillus w jelicie cienkim może upośledzać trawienie i wchłanianie lipidów przez gospodarza i może mieć wpływ na przemysł drobiarski i wieprzowy, gdzie szybki wzrost i efektywne wykorzystanie paszy są wymagane dla opłacalności. Wiele uwagi poświęcono ostatnio filogenezie mikrobioty jelitowej, ale niewiele uwagi poświęcono fizjologii mikrobiologicznej złożonych zbiorowisk bakteryjnych lub ich poszczególnych składników (16, 17, 32, 33, 35, 68). Nadszedł czas, aby ta nierównowaga została skorygowana. Lactobacillus mogłyby stanowić bakterie modelowe dla takich badań fizjologicznych, ponieważ ich związek z gospodarzem zwierzęcym (kurczęta, świnie) jest znacznie lepiej zdefiniowany niż innych członków mikrobioty (3, 14, 19).

Duża część komórek odpornościowych organizmu jest związana z jelitem. U zdrowego gospodarza obecność mikrobioty jest tolerowana przez układ odpornościowy, chociaż mechanizmy z tym związane nie są dokładnie poznane (10). Niemniej jednak, można wnioskować, że tolerancja wobec mikrobioty istnieje, ponieważ pacjenci z nieswoistymi zapaleniami jelit i zwierzęta doświadczalne z dysfunkcyjnym układem immunologicznym cierpią z powodu przewlekłego, mediowanego immunologicznie zapalenia błony śluzowej jelit (45, 53). Wiele dowodów wskazuje na obecność mikrobioty jako paliwa dla tego tlącego się stanu zapalnego. Relacja autochtoniczne mikroby-układ immunologiczny u zdrowych zwierząt musi być zatem relacją tolerancji i wymaga badań mechanistycznych. Relacja allochtoniczne mikroby – układ odpornościowy jest przypuszczalnie zupełnie inna, przynajmniej początkowo, ponieważ układ odpornościowy będzie doświadczał nowych kompleksów antygenowych przy każdym spotkaniu z innym szczepem bakteryjnym. Można przypuszczać, że ciągłe bliskie spotkania z tym samym szczepem, czy to przypadkowe (mikrobiota pokarmowa), czy celowe (probiotyki), mogą w końcu doprowadzić do wytworzenia tolerancji. Wykazano, że bakterie Lactobacillus wywołują reakcje ze strony komórek odpornościowych, ale wiele z opisanych badań nie wykazało naturalnych konsekwencji takich reakcji dla gospodarza, jeśli wystąpią one in vivo (6, 21, 27, 43). W szczególności, nie dysponujemy pomiarami wpływu lactobacilli na układ odpornościowy zdrowych ludzi w społeczeństwie w odniesieniu do odporności na choroby, poza wstępnymi badaniami nad występowaniem biegunki w grupach wysokiego ryzyka (48). Chociaż probiotyki wydają się nie mieć większego wpływu na zmianę składu mikrobioty jelitowej, mogą odgrywać rolę w manipulowaniu układem odpornościowym w odniesieniu do konkretnych chorób o etiologii immunologicznej, takich jak nieswoiste zapalenia jelit i alergie. Należy zaznaczyć, że mrożące krew w żyłach doniesienia, które pojawiły się w tym zakresie, są doniesieniami z niewielkich badań prowadzonych przez pojedyncze grupy badawcze (15, 29). Tam, gdzie w grę wchodzą wyniki medyczne, istnieje potrzeba przeprowadzenia dużych, kompleksowych badań w celu udowodnienia skuteczności w bardzo dobrze zdefiniowanych grupach pacjentów, w różnych lokalizacjach geograficznych, z różnymi mieszankami etnicznymi i wartościami kulturowymi.

Lactobacilli wyraźnie oferują mikrobiologom ekscytujące perspektywy badawcze, zarówno dla zastosowań biomedycznych, jak i dla zdobycia fundamentalnej wiedzy na temat funkcjonowania komórek bakteryjnych w ekosystemie jelitowym. Jako modelowe bakterie jelitowe, mogą one dostarczyć wiedzy na temat mechanizmów molekularnych, które definiują autochtonię, jak również w zrozumieniu fizjologii bakterii w odniesieniu do dobrostanu gospodarza. Z tych powodów lactobacilli pozostaną ulubionymi bakteriami wielu mikrobiologów.