Lait 85 (2005) 113-123
DOI: 10.1051/lait:2004028

Effect of acquired resistance to bile salts on enzymatic activities involved in the utilisation of carbohydrates by bifidobacteria. An overview

Clara G. de los Reyes-Gavilán, Patricia Ruas-Madiedo, Luis Noriega, Isabel Cuevas, Borja Sánchez and Abelardo Margolles

Instituto de Productos Lácteos de Asturias, CSIC, Carretera de Infiesto s/n, 33300, Villaviciosa, Asturias, Spain

Abstract - Bifidobacteria are probiotics widely used in dairy-based products. In order to exert the health-promoting benefits attributed to these microorganisms, they must survive the restrictive conditions of the gastrointestinal tract, being resistant, among other factors, to the toxic action of bile salts. The inhibition exerted by these compounds on bifidobacteria can be overcome by progressive adaptation to gradually increasing concentrations of bile. The acquisition of stable resistance, or even transient exposure to bile salts in Bifidobacterium, promoted in these microorganisms irreversible physiological changes that are reviewed in this article. The presence of, or short-term exposure to bile salts caused a diminution in adhesion to mucus and intestinal epithelial cells, as well as a decrease in cellular surface hydrophobicity. However, adaptation to high bile salt concentrations promoted an enhancement of adhesion to intestinal mucus, which correlates in some cases with increases in cellular surface hydrophobicity. In addition, differences in membrane protein profiles, better tolerance to low pH, and variations in glycosidic activities and fructose-6-phosphate-phosphoketolase (F6PPK) activity were detected in some bile-adapted strains with respect to their originals. In particular, some bile-resistant derivatives showed higher levels of F6PPK activity than the corresponding more sensitive strains of origin, and increases in -glucosidase and -glucosidase activities. These glycosidases are responsible for the hydrolysis of maltose and cellobiose, respectively. Both disaccharides can result from the partial hydrolysis of glucose polysaccharides. The more detailed study of one original/resistant derivative pair indicated that the acquisition of bile salt resistance maintained the viability of old cultures and promoted shifts in the carbohydrate fermentation patterns, which modified growth in media containing maltose or glucose as a carbon source, as well as the profile of organic acids formed. Bile tolerance adaptative mechanisms may lead to better adaptation to the colon environment and available carbon sources as well as to an increase in the viability and permanence of Bifidobacterium in the intestinal environment.

Résumé - Effet de la résistance acquise vis-à-vis des sels biliaires sur des activités enzymatiques impliquées dans l'utilisation des sucres par les bifidobactéries. Les bifidobactéries sont des probiotiques largement utilisés dans les produits laitiers. Afin d'exercer les effets bénéfiques qui leur sont attribués, elles doivent survivre aux conditions restrictives du tractus gastro-intestinal en résistant, entre autres facteurs, à l'action toxique des sels biliaires. L'inhibition exercée par ces composés sur les bifidobactéries peut être levée par une adaptation progressive à des concentrations croissantes de bile. L'acquisition de résistance stable ou même l'exposition transitoire à des sels biliaires provoque chez Bifidobacterium des modifications physiologiques irréversibles qui sont revues dans cet article. La présence de sels biliaires, ou l'exposition transitoire, entraîne une diminution de l'adhésion au mucus et aux cellules épithéliales intestinales de même qu'une baisse de l'hydrophobicité de surface des bactéries. En revanche, l'adaptation à des hautes concentrations de sels biliaires entraîne une augmentation de l'adhésion au mucus intestinal qui s'accompagne dans certains cas d'une augmentation de l'hydrophobicité de surface des bactéries. De plus, des profils protéiques membranaires différents, une meilleure tolérance aux pH bas et des variations dans les activités glucosidase et fructose-6-phosphate-phosphoketolase (F6PPK) ont été détectées chez certaines souches résistantes à la bile, par rapport à leurs souches d'origine. En particulier, certaines souches résistantes expriment de plus fortes activités F6PPK, -glucosidase et -glucosidase. Ces glucosidases sont responsables de l'hydrolyse du maltose et du cellobiose, respectivement. Ces deux dissacharides peuvent résulter de l'hydrolyse partielle de polysaccharides de glucose. L'étude plus détaillée d'une paire souche d'origine / souche résistante a indiqué que l'acquisition de résistance s'accompagne d'un maintien de la viabilité de cultures âgées et d'un changement de profil de fermentation des sucres, qui modifie la croissance sur des milieux contenant du maltose ou du glucose comme source de carbone, ainsi que d'un changement de profil des acides organiques formés. Les mécanismes adaptatifs de tolérance aux sels biliaires pourraient conduire à une meilleure adaptation à l'environnement colique et aux sources de carbone disponibles ainsi qu'à une augmentation de la viabilité et de la persistance de Bifidobacterium dans l'environnement intestinal.

Key words: Bifidobacterium / carbohydrate / bile salt resistance / organic acid / glycosidase

Mots clés : Bifidobacterium / sucre / résistance aux sels biliaires / acides organiques / glycosidase

Corresponding author: Clara G. de los Reyes-Gavilán greyes_gavilan@ipla.csic.es

© INRA, EDP Sciences 2005