Isolation and Characterization of Lactobacillus plantarum strains with Cholesterol-lowering Activity

Abstract

Cardiovascular disease is one of the leading causes of death among adults worldwide, and probiotics are continuously being studied as a treatment for cardiovascular disease. Previous studies have demonstrated that probiotics have cholesterol-lowering activities through various mechanisms. The purpose of this study is to screen lactic acid bacteria (LAB) with cholesterol-lowering ability as novel probiotics candidate. In this study, 60 lactic acid bacteria were isolated from 12 fermented foods and infant fecal samples. Compared with commercial probiotics Lactobacillus acidophilus La-5 and Lactobacillus acidophilus NCFM strains, Lactobacillus plantarum DY41 and Lactobacillus plantarum DY42 strains were isolated with high cholesterol assimilation ability. Probiotics properties of the selected strains were evaluated for intestinal viability, epithelial cell adhesion, stability, safety, and antibiotic susceptibility. As a result of in vitro hepatocyte (HepG2 cell line) approach with supernatant of the selected strains, cholesterol accumulation was significantly reduced. Furthermore, in case of the Lactobacillus plantarum DY41 strain, cholesterol incorporation into the cell membrane was significantly increased compared with the Lactobacillus acidophilus La-5 strain. In the Lactobacillus plantarum DY42 strain, the mRNA expression of cholesterol and bile acid-related genes was regulated to cholesterol emission compared to the control. In conclusion, we suggest that the Lactobacillus plantarum strains could be potential probiotic candidates for reducing the risk of developing cardiovascular disease.

심혈관 질환은 전 세계 성인 사망의 주요 원인 중 하나이며, 심혈관 질환 치료제로 프로바이오틱스가 지속적으로 연구되고 있다. 이전 연구를 통해, 프로바이오틱스가 다양한 메커니즘을 통해 콜레스테롤 저하 작용을 한다는 사실이 입증되었다. 이 연구의 목적은 새로운 프로바이오틱스 후보로 콜레스테롤 저하 활성을 갖는 유산균 (LAB)을 선발하는 것이며, 12 개의 발효 식품과 유아 분변 샘플에서 60 개의 유산균을 분리했다. 상용 프로바이오틱스인 Lactobacillus acidophilus La-5 및 Lactobacillus acidophilus NCFM 균주와 비교하였을 때, 콜레스테롤 동화 능력이 우수하다고 판단되는 Lactobacillus plantarum DY41 및 Lactobacillus plantarum DY42를 선발하였다. 선택된 균주의 프로바이오틱스 특성은 장 생존력, 상피 세포 부착, 안정성, 안전성 및 항생제 감수성에 대해 평가되었다. 선발된 균주의 supernatant를 사용한 in vitro 간세포 (HepG2 cell line)에 처리한 결과, 콜레스테롤 축적이 현저하게 감소하였다. 또한 Lactobacillus plantarum DY41 균주의 경우, Lactobacillus acidophilus La-5 균주와 비교하여 세포막으로의 콜레스테롤 혼입이 유의하게 증가하였다. Lactobacillus plantarum DY42 균주는 대조군과 비교하여 콜레스테롤 및 담즙산 관련 유전자의 mRNA 발현이 조절되었다. 결론적으로, Lactobacillus plantarum 균주가 심혈관 질환 발병 위험을 줄이는 잠재적인 프로바이오틱스 후보가 될 수 있음을 확인하였다.