Resveratrol protects Lactobacillus reuteri against H2O2- induced oxidative stress and stimulates antioxidant defenses through upregulation of the dhaT gene

Abstract

Understanding of the mechanisms implicated in the protective role of probiotic bacteria is of the utmost scientific interest. This study provides original insight into the genetic and molecular basis of the responses of Lactobacillus reuteri PL503 against hydrogen peroxide (H2O2)-induced oxidative stress. Six experimental groups were considered depending on the addition and concentration of H2O2 and resveratrol: 1. CONTROL (L. reuteri in MRS broth); 2. H2O2 (L. reuteri in MRS broth + 0.5 mM H2O2); 3. LRES (L. reuteri in MRS broth + 20 μM resveratrol); 4. HRES (L. reuteri in MRS broth + 100 μM resveratrol); 5. H2O2-LRES (L. reuteri in MRS broth + 0.5 mM H2O2 + 20 μM resveratrol); 6. H2O2-HRES (L. reuteri in MRS broth + 0.5 mM H2O2 + 100 μM resveratrol). Three replicates were incubated at 37 °C for 24 h in microaerophilic conditions sampled at 12, 16, 20 and 24 h. The NADH-dependent-oxidoreductase encoded by the dhaT gene is a plausible candidate to be strongly implicated in the antioxidant response of L. reuteri. Resveratrol (100 μM) is found to protect L. reuteri against protein carbonylation plausibly through various mechanisms including direct scavenging of reactive oxygen species (ROS), upregulation of the dhaT gene and promoting the synthesis of sulfur containing compounds. The hypothesis formulated on the ability of L. reuteri to detoxify H2O2 and its underlying mechanism needs to be clarified. Furthermore, the consequences of protein carbonylation as a reflection of oxidative damage to bacteria and its role in the responses of bacteria to oxidative stress need to be further investigated.

La comprensión de los mecanismos implicados en la función protectora de las bacterias probióticas reviste el máximo interés científico. Este estudio proporciona una visión original de las bases genéticas y moleculares de las respuestas de Lactobacillus reuteri PL503 frente al estrés oxidativo inducido por peróxido de hidrógeno (H2O2). Se consideraron seis grupos experimentales en función de la adición y concentración de H2O2 y resveratrol: 1. CONTROL (L. reuteri en caldo MRS); 2. H2O2 (L. reuteri en caldo MRS + 0,5 mM H2O2); 3. LRES (L. reuteri en caldo MRS + 20 μM de resveratrol); 4. HRES (L. reuteri en caldo MRS + 100 μM de resveratrol); 5. H2O2-LRES (L. reuteri en caldo MRS + 0,5 mM de H2O2 + 20 μM de resveratrol); 6. H2O2-HRES (L. reuteri en caldo MRS + 0,5 mM de H2O2 + 100 μM de resveratrol). Se incubaron tres réplicas a 37 °C durante 24 h en condiciones microaerófilas muestreadas a las 12, 16, 20 y 24 h. La NADH-oxidorreductasa dependiente codificada por el gen dhaT es un candidato plausible para estar fuertemente implicado en la respuesta antioxidante de L. reuteri. Se ha observado que el resveratrol (100 μM) protege a L. reuteri contra la carbonilación de proteínas, posiblemente a través de varios mecanismos, como la eliminación directa de las especies reactivas del oxígeno (ROS), el aumento de la regulación del gen dhaT y la promoción de la síntesis de compuestos que contienen azufre. Es necesario aclarar la hipótesis formulada sobre la capacidad de L. reuteri para desintoxicar el H2O2 y su mecanismo subyacente. Además, es necesario seguir investigando las consecuencias de la carbonilación de proteínas como reflejo del daño oxidativo en las bacterias y su papel en las respuestas de las bacterias al estrés oxidativo.