Probiotics and virus infections : The effects of Lactobacillus rhamnosus GG on respiratory and gastrointestinal virus infections

Viral respiratory and gastrointestinal infections are a major health problem, in particular among children. A large range of etiologic agents and increasing antiviral and antibiotic resistance, challenge the development of efficient therapies. Accumulating evidence suggests that specific probiotic bacteria are able to decrease the risk and symptoms of these infections. This thesis investigated the effects of specific probiotics, in particular Lactobacillus rhamnosus GG, on respiratory and gastrointestinal virus infections in a cell model in vitro, in a rat model in vivo, and in children. A particular focus was on questions, whether viability of a probiotic is an important factor in probiotic-virus interaction, and whether a combination of probiotics is more effective than single strains. A novel colorimetric neutralization assay was developed for measuring influenza virus antibodies in human sera. The method was applied to measure antibody response after the administration of a seasonal, inactivated, trivalent influenza vaccine. The results were compared with those obtained with a traditional hemagglutinin inhibition test. The results obtained with both assays correlated well. Moreover, neutralization test proved to be more sensitive and specific than the hemagglutinin inhibition test. Thus, the method is valid for influenza virus research, and it could be applied for studying immune adjuvant effects of probiotics on serum influenza antibody titers in the future. Immunomodulatory effects of probiotics were screened in human macrophage model in vitro. After 24 hours of bacterial stimulation, probiotic combination of L. rhamnosus GG and L. rhamnosus Lc705 was not able to significantly induce higher macrophage cytokine and chemokine production (TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-10, and IL-12, MCP-1, IP-10) over individual L. rhamnosus strains. However, cytokine responses induced by this combination were stronger than responses induced by traditional starter culture bacterium Lactococcus lactis ARH74, highlighting that immunomodulatory effects of probiotics are strain specific. The effects of viable and unviable L. rhamnosus GG in rotavirus infection were investigated in a neonatal rat model. Consistency of feces, animal weight, colon weight and the rotavirus colonization of plasma and intestinal tissues were considered as indexes of infection severity. Nonviable L. rhamnosus GG had beneficial effects in rotavirus infection in terms of reducing rotavirus induced body weight reduction and colon weight increase. However, viable L. rhamnosus GG was more effective in reducing significantly viral load in the gastrointestinal tract. The effects of L. rhamnosus GG alone or probiotic combination containing L. rhamnosus GG on the occurrence of viral respiratory infections was assessed in a six month intervention trial in children or in otitis-prone children. Children receiving only L. rhamnosus GG had fewer days with respiratory tract symptoms during the intervention period. However, L. rhamnosus GG did not reduce viral occurrence in the nasopharynx, suggesting that L.rhamnosus GG is able to reduce respiratory virus symptoms through enhancing immune response. In otitis-prone children, L. rhamnosus GG in a combination with L. rhamnosus Lc705, Bifidobacterium breve 99, and Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii JS significantly reduced human bocavirus load in the nasopharynx three to six months after intervention. In conclusion, probiotics and their combinations differ in their ability to elicit immunomodulatory effects in vitro. Viability of a probiotic is an important factor in virus infection. The probiotic L. rhamnosus GG reduced days with respiratory tract symptoms. In children, L. rhamnosus GG alone was not effective in reducing viral occurrence in the nasopharynx. However in otitis-prone children, L. rhamnosus GG in a combination reduced the numbers of human bocavirus.Hengitystie- ja suolistovirusinfektiot ovat lasten yleisimpiä sairauksia ja ne aiheuttavat vuosittain huomattavia terveydellisiä ja taloudellisia kustannuksia yhteiskunnalle. Mahdollisia taudinaiheuttajaviruksia tunnetaan yli 200. Tällä hetkellä ainoat olemassa olevat viruslääkkeet ja rokotteet hengitystie- ja suolistovirusinfektioiden ennaltaehkäisyyn/oireiden lieventämiseen ovat saatavilla vain influenssaviruksille ja rotaviruksille. Hengitystieinfektioita aiheuttavien muiden aiheuttajavirusten suuri määrä ja lisääntyvät viruslääke- ja antibioottiresistenssi vaikeuttavat tehokkaiden hoitomuotojen kehittämistä. On tärkeää löytää vaihtoehtoisia ja turvallisia keinoja vähentää hengitystieinfektioiden riskiä. Lisäksi virusten muuntuessa jatkuvasti, tarvitaan uusia herkkiä menetelmiä, joilla voidaan tunnistaa virusinfektioita, jotta voidaan tehdä tarkempia virusmäärityksiä/diagnooseja ja kehittää virushoitoja. Probioottiset bakteerit ovat mikrobeja, jotka suun kautta otettuna voivat edistää ihmisten hyvinvointia tasapainottamalla mikrobistoa ja sen toimintaa. Vahvin näyttö probioottien vaikutuksista on rotavirusripulissa, jossa ne lieventävät akuutin rotavirusripulin kestoa ja vakavuutta. Lisäksi on havaittu, että probiootit vähentävät hengitystieinfektioiden riskiä lapsilla. Probioottien hyödyllisten vaikutusten toimintamekanismit virusinfektioissa sekä probiootin yhdistelmän vaikutukset yksittäisiin verrattuna ja probiootin elävyyden merkitys ovat vielä kuitenkin puutteellisesti tunnettuja. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää probioottien erityisesti Lactobacillus rhamnosus GG (GG)-bakteerin vaikutuksia hengitystie- ja suolistovirusinfektioihin solumallissa, vastasyntyneillä rotilla sekä lapsilla. Lisäksi tarkasteltiin onko probioottien yhdistelmän vaikutuksilla eroja yksittäisiin kantoihin verrattuna ja onko probiootin elävyydellä merkitystä virusinfektiossa. Väitöskirjatyössä osoitettiin, että bakteerien yhdistelmä L. rhamnosus GG (GG) ja L. rhamnosus Lc705 (Lc705) ei saanut aikaan vahvempia immunologisia vasteita ihmisten makrofageissa kuin GG ja Lc705 kannat yksinään. Yhdistelmä oli kuitenkin tehokkaampi aiheuttamaan tulehduksellisia vasteita kuin yleisesti viileissä käytetty Lactococcus lactis ARH74. Tutkimus osoittaa, että probioottien vaikutukset immuunipuolustukseen ovat kantakohtaisia ja ne tulisi arvioida huolella ennen kliinisiä ihmiskokeita soluviljelmissä. Elävän ja kuolleen GG:n vaikutuksia rotavirusinfektiossa tutkittiin vastasyntyneillä rotilla. Tulokset osoittivat, että kuolleella GG:llä oli yhtä suotuisia vaikutuksia rotavirusinfektioissa kuin elävällä, sillä se esti rotavirusinfektion aikaansaamaa painon alenemista ja paksusuolen painon nousua. Kuitenkin vain elävä GG vähensi merkitsevästi virusta paksusuolessa, osoittaen että elävyydellä on merkitystä virusinfektiossa. Väitöskirjatyössä selvitettiin myös GG:n vaikutusta hengitystievirusinfektioihin lapsilla. Perusterveillä lapsilla GG ei vähentänyt merkitsevästi yleisten eri hengitystievirusten määrää lasten nenänielussa tai niiden yhteydessä ilmenneitä oireita. Kuitenkin GG vähensi merkitsevästi puolen vuoden aikana kuukausittaisten hengitystieinfektio-oireiden määrää. Tulokset saattaisivat viitata siihen, että GG:n hyödylliset vaikutukset hengitystievirusinfektioissa saattavat perustuvat elimistön immuunijärjestelmän toiminnan vahvistamiseen. Bocavirus löydettiin ensimmäisen kerran vasta vuonna 2005, jonka jälkeen sitä on löydetty maailmanlaajuisesti pieniltä lapsilta, joilla on hengitystieinfektio. Väitöskirjatyössä osoitettiin, että neljän probioottibakteerin yhdistelmä (GG, Lc705, Bifidobacterium breve 99 sekä Probionibacterium freudenreichii PJS) vähensi merkitsevästi bocavirusta korvatulehduskierteisten lasten nenänielussa 3-6 kuukautta interventiosta. Yhteenvetona väitöskirjatyön tulokset osoittavat, että probioottien vaikutukset immunologisiin vasteisiin ovat kantakohtaisia. Lisäksi L. rhamnosus GG-bakteerin elävyydellä on merkitystä rotavirus-bakteeri-interaktiossa. L. rhamnosus GG ei yksinään vähennä hengitystievirusten määrää lasten nenänielussa, mutta probiootti voi vaikuttaa näihin infektioihin suotuisasti lieventämällä hengitystieoireiden määrää. Spesifisellä probioottiyhdistelmällä saattaa kuitenkin olla suotuisa vaikutus hengitystievirusten määrän vähenemiseen

Ikäihmisten laitoshoidon laadun kehittämishanke : Loppuraportti 2007

Verkkoversion ISSN 1795-821

Vesihuollon kiertotalouden edistäminen kaupunkiympäristössä. Erottelevan sanitaation mahdollisuudet

Ravinteiden tehokas kierrättäminen on tärkeässä asemassa siirryttäessä kohti kiertotaloutta ja kestävämpää ruokajärjestelmää ja myös kaupunkien tulisi olla yhä näkyvämpi osa kiertotaloutta ja ravinteiden kierrätystä. Uusien ratkaisujen kehittämistä ja käyttöönottoa tukee myös kaupunkien kiinnostus profiloitua kestävän kehityksen edelläkävijöiksi. Kaupungeissa ravinteiden kierrättäminen voi tarkoittaa esimerkiksi ravinneviisasta sanitaatiota, kuten mustien vesien erottelua ja käsittelyä erillään muista jätevesistä. Näin voidaan tuottaa nykyjärjestelmää vähemmän haitta-aineita ja enemmän ravinteita sisältäviä ravinnetuotteita, sekä mahdollistaa energian paikallista tuotantoa. Tampereen kaupungin koordinoimassa ravinnekiertoa edistävässä NutriCity-hankkeessa on selvitetty mahdollisuutta soveltaa erottelevaa sanitaatiota ja ravinteita talteen ottavia teknisiä ratkaisuja Hiedanrannan uudella asuinalueella superkorttelimittakaavassa. NutriCity-hankkeessa on mm. pilotoitu erilaisia käymälävaihtoehtoja Hiedanrannan Kartanolla ja Kuivaamolla, tehty käyttäjäkyselyitä niiden käytöstä, testattu tekniikoita käymäläjätevesijakeiden jatkojalostamiseen ja tutkittu erilliskerätyn virtsan käsittelyvaihtoehtoja todellisessa ympäristössä. Tässä raportissa esitetty toimintamalli on suunnattu kaupungeille ja kunnille työkaluksi edistämään ravinteita kierrättäviä sanitaatioratkaisuja uusilla kaupunkiasumisen alueilla sekä soveltuvin osin myös saneerattavissa kohteissa. Hankkeessa saadut kokemukset osoittavat, että vallalla olevien liiketoiminta- ja palvelumallien murtaminen on haasteellista. Muutos haastaa nykyiset organisaatiot kehittämään toimintaansa ja löytämään uusia yhteistyökumppaneita ja toimintatapoja, joille lainsäädäntö voi asettaa rajoitteita. Kiertotalouden toteutus kaupungeissa vaatii eri sektoreiden yhteistyön kehittämistä ja uusien toimintatapojen luomista sekä mm. suunnittelijoiden koulutusta. Strategisten tavoitteiden ja käytännön suunnittelun ja toteutuksen välillä on kuilu, joka hankaloittaa tavoitteiden saavuttamista. Kaupunkisuunnittelua sekä kaupunkien investointeja tulisi hyödyntää yhä enemmän kokeilu- ja kehittämisympäristöinä. Kansainväliset esimerkit osoittavat, että kokeilut pienemmän mittaluokan erottelevan sanitaation kohteissa ovat mahdollistaneet siirtymisen suurempiin mittaluokkien suunnitteluun ja toteutukseen. Ravinteiden kierrätykseen perustuvien erottelevien järjestelmien koetaan edistävän kokonaisuutena kestävää tulevaisuutta ja edelläkävijyyttä. Kaupunkialueilla tällaiset ratkaisut voisivat tulla kyseeseen etenkin uusilla asuinalueilla tai saneerattavissa kohteissa, jolloin erottelevan sanitaation kytkentä osaksi asumisen hiilijalanjälkeä vähentäviin toimiin olisi keskeistä. Rakentamista tulisi ohjata kokonaisvaltaisesti kestävämpään suuntaan, jossa ravinteiden kierrätys on yksi osa-alue, joka on vahvasti kytketty muihin osa-alueisiin, kuten energian tuotantoon ja kulutukseen alueella. Ravinnekiertoa tukevat sanitaatioratkaisut edellyttävät jätevesien keräystä ja käsittelyä koskevien teknisten muutosten lisäksi myös lainsäädännöllisiä muutoksia. Erottelevalla sanitaatiolla voidaan tuottaa kokonaan uusia ihmisperäisiä kierrätysravinteita, joiden hyödyntäminen tulisi olla tietyin reunaehdoin sallittua

The effect of gypsum on phosphorus losses at the catchment scale

The ability of novel measures to reduce the loss of phosphorus from fields to surface waters is seeing increasing testing. Gypsum, by elevating the ionic strength in soil solution, has been shown to reduce phosphorus losses from Finnish soils under laboratory conditions. This report presents the results of a catchment-scale gypsum experiment. In a 2.45 km2 catchment in southern Finland, 91% of the field area (93 out of 101 hectares, mostly on clayey soils) was amended with gypsum after the harvest in 2008. Runoff volume and quality (e.g., turbidity, nutrients, cations, and anions) were monitored for six high-flow periods in February 2008 to November 2010 – i.e., before, during, and after the amendment – by means of on-line sensors and manual sampling. Additional data were collected by a local water protection association at the site and in a nearby ‘reference’ catchment where gypsum was not used. Moreover, the effect of gypsum was simulated with the ICECREAM model and scaled for the clay fields in the catchment of the Archipelago Sea via the assessment tool VIHMA. Potential changes in soil chemistry were monitored with soil analyses. Finally, the impact on lakes caused by sulphate lost from gypsum was studied by means of laboratory soil and sediment incubations. The turbidity recorded by the on-line sensors from the runoff correlated with the concentration of particulate phosphorus analysed in the laboratory, which enabled the evaluation of changes in particulate phosphorus loss from the on-line data. Using a covariance model with gypsum application as a qualitative and runoff volume as a quantitative variable, we approximated gypsum as having reduced the loss of particulate phosphorus by 57 %. The loss of dissolved reactive phosphorus decreased by approximately one third. The total phosphorus reduction was about 54 %. According to the ICECREAM model, the reduction in total phosphorus was 45 %. No corresponding changes were found in the reference catchment. Gypsum did not affect soil test values for phosphorus, potassium, magnesium, or calcium but did increase the ionic strength and sulphur in soil. The proportion of gypsum lost in runoff could not be estimated precisely, because there were insufficient background data on sulphate losses. At maximum, 45 % of the gypsum was lost, as calculated from conductivity values recorded by the sensors. Since sulphate may aggravate eutrophication in sulphate-poor lakes, the sulphate lost from gypsum may restrict extensive gypsum application to only those catchments discharging directly into the Baltic Sea. Fortunately, most clayey fields in Finland with a risk of erosion are located in the coastal catchments without a great presence of lakes. As an example, the application of gypsum on all clayey fields used for cereals or high-value crops in the catchment of the Archipelago Sea could reduce the total phosphorus load by 68 t y−1, as calculated with the assessment tool VIHMA. That would be more than half of the national target (120 t y−1) for this sea area. The duration of the gypsum effect and impact of gypsum-derived sulphate on the ecology of rivers and lakes has yet to be determined

Effects of the viability of Lactobacillus rhamnosus GG on rotavirus infection in neonatal rats

Peer reviewe

Uudet keinot metsä- ja vesialueiden kestävän virkistys- ja matkailukäytön kehittämiseksi ja turvaamiseksi

Luontoon perustuvissa matkailu- ja virkistyspalveluissa on merkittäviä kehittämismahdollisuuksia. Sektorin toiminnan lähtökohtana on monimuotoinen ja kaunis luontoympäristö, johon liittyy usein kulttuurisia arvoja. Luontomatkailun ja luonnon virkistyskäytön valtakunnallisten ja alueellisten kehittämistarpeiden tunnistamista hankaloittaa tietopohjan hajanaisuus. Hankkeessa tarkasteltiin kolmea teemakokonaisuutta: luontomatkailun kestäviä liiketoimintamalleja ja tuotteistamista, tarpeita ja keinoja virkistyskäytön ja luontomatkailun tietovarantojen kehittämiseksi sekä uusia rahoitus- ja toimintamalleja luonnon monimuotoisuuden ja vetovoimaisuuden turvaamiseksi. Sektorin kestävän kasvun toteuttamiseksi esitetään 25 kehittämisehdotusta. Liiketoiminnan ja uusien tuotteiden kehittämiseksi tarvitaan esimerkiksi innovaatiotoiminnan vahvistamista sekä asiakaslähtöisen markkinoinnin ja myynnin vahvistamista. Virkistyskäytön ja matkailupalvelujen tilastoinnissa ja seurannassa tiedon saatavuutta sekä tiedonkeruun kustannustehokkuutta on parannettava. Luontoympäristön laadun turvaamiseksi tarvitaan puolestaan uudentyyppisten rahoitus- ja toimintamallien kehittämistä ja käytännön kokeiluja sekä niitä tukevaa tutkimusta. Kasvumahdollisuuksien realisoimiseksi on tärkeää, että sektorin kehitystä ohjaavilla tahoilla on yhteinen visio sektorin tavoitteista. Lisäksi tarvitaan luonnonvara-alan sekä matkailu- ja virkistyspalvelujen tuottajien yhteistyön tiivistämistä. Hanke toteutettiin Luonnonvarakeskuksen, Itä-Suomen yliopiston ja Suomen ympäristökeskuksen yhteistyön

Potential Biomarkers, Risk Factors and their Associations with IgE-mediated Food Allergy in Early Life: A Narrative Review

Food allergy affects the quality of life of millions of people worldwide and presents a significant psychological and financial burden for both national and international public health. In the past few decades, the prevalence of allergic disease has been on the rise worldwide. Identified risk factors for food allergy include family history, mode of delivery, variations in infant feeding practices, prior diagnosis of other atopic diseases such as eczema, and social economic status. Identifying reliable biomarkers which predict the risk of developing food allergy in early life would be valuable in both preventing morbidity and mortality and by making current interventions available at the earliest opportunity. There is also the potential to identify new therapeutic targets. This narrative review provides details on the genetic, epigenetic, dietary and microbiome influences upon the development of food allergy and synthesizes the currently available data indicating potential biomarkers. While there is a large body of research evidence available within each field of potential risk factors, there are very limited number of studies which span multiple methodological fields, for example including immunology, microbiome, genetic/epigenetic factors and dietary assessment. We recommend that further collaborative research with detailed cohort phenotyping is required to identify biomarkers, and whether these vary between at-risk populations and the wider population. The low incidence of oral food challenge confirmed food allergy in the general population, and the complexities of designing nutritional intervention studies will provide challenges for researchers to address in generating high quality, reliable and reproducible research findings.\nFood allergy affects the quality of life of millions of people worldwide and presents a significant psychological and financial burden for both national and international public health. Identifying reliable biomarkers which predict the risk of developing food allergy would be valuable in both preventing morbidity and mortality and by making current interventions available at the earliest opportunity. This review provides details on the genetic, epigenetic, dietary and microbiome influences upon the development of food allergy. This helps in identifying reliable biomarkers to predict the risk of developing food allergy, which could be valuable in both preventing morbidity and mortality and by making interventions available at the earliest opportunity.</p