Clinical Application of S.salivarius 24SMBc in the Prevention of Recurrent Otitis Media in Paediatric Age

ABSTRACT (English) Introduction. Much attention has recently been devoted to the analysis of the oral microbiota to develop a bacteriotherapy focused on prevention and/or treatment of upper respiratory tract infections. The oral cavity harbours some beneficial bacterial species such as Streptococcus salivarius which is considered the predominant 'safe' colonizer, capable of fostering more balanced, health-associated oral microflora, interfering with potential pathogens. This antagonist activity is often mediated by competition for nutriments, better adhesion to target cells and release of bioactive agents such as bacteriocins. In our laboratory, we characterized one strain, S.salivarius 24SMBc, isolated from healthy children which showed excellent inhibitory activity against S.pneumoniae and S.pyogenes and potent capacity of adhesion to HEp-2 cells. These properties encouraged us to evaluate a possible application of S.salivarius 24SMBc as an oral probiotic for children with recurrent otitis media. Material and methods. We sequenced the S.salivarius 24SMBc genome by pyrosequencing to verify the presence of virulent factors and to look for genes encoding bacteriocins that inhibit the growth of the pathogens previously described. Then, we included S.salivarius 24SMBc in a clinical trial protocol conducted on 17 healthy adult volunteers to evaluate its safety for the human host and its ability to colonize and persist in the upper respiratory tract. The presence of S.salivarius 24SMBc in rhinopharynx tissue was determined after different time intervals from nasal administration by molecular identification, antagonism test to evaluate BLIS production and RAPD-PCR to distinguish S.salivarius 24SMBc s genotype from other S.salivarius strains. The following phase for the assessment of the colonization of S.salivarius 24SMBc in the upper respiratory tract of children and its efficacy to reduce the number of episodes of otitis media (OM), was realized through a paediatric randomized, placebo-controlled, double-blind trial. This study enrolled 120 otitis prone children and included phenotypic and molecular identification of S.salivarius 24SMBc and pathogenic strains of OM from the biological samples. Moreover, the level of colonization of our strain was determined by qPCR using a specific genomic target to identify S.salivarius 24SMBc. Results and conclusion. Genome annotation showed that S.salivarius 24SMBc is free of streptococcal virulent factors. The results of clinical trials demonstrated the absence of adverse effects for the human host and a good capability of S.salivarius 24SMBc to colonize the human rhinopharynx tissue. Prophylactic administration of S.salivarius 24SMB to children with a history of recurrent OM reduces episodes of this disease as well the incidence of infection by some causative pathogens such as S.pneumoniae and S.pyogenes. Therefore, S.salivarius 24SMBc appears a competitive nasopharyngeal - localized strain with a good potential for use as an oral probiotic to prevent OM in paediatric subjects.

ABSTRACT (Italian) Introduzione. Recentemente, lo studio della microflora orale ha suscitato molto interesse al fine di sviluppare una batterioterapia mirata alla prevenzione e/o trattamento delle infezioni delle alte vie respiratorie. La cavità orale ospita alcune specie di batteri benefici come Streptococcus salivarius che è considerato un microrganismo colonizzatore 'sicuro' e predominante in questo microhabitat, in grado di promuovere una microflora orale più equilibrata e associata allo stato di benessere, interferendo con i potenziali patogeni. Questa attività antagonista è spesso mediata dalla competizione per i nutrienti, una migliore adesione alle cellule target e il rilascio di agenti bioattivi quali le batteriocine. Nel nostro laboratorio, abbiamo caratterizzato un ceppo, S.salivarius 24SMBc, isolato da bambini sani, che ha mostrato un eccellente attività inibitoria nei confronti di S.pneumoniae e S.pyogenes e una buona capacità di adesione alle cellule HEp-2. Queste proprietà ci hanno indotto a valutare una possibile applicazione di S.salivarius 24 SMBC come probiotico orale nei bambini con otite media ricorrente. Materiali e metodi. Abbiamo sequenziato il genoma di S.salivarius 24SMBc mediante pyrosequencing per verificare la presenza di fattori virulenza e determinare la presenza di geni codificanti le batteriocine che inibiscono la crescita dei patogeni descritti in precedenza. Successivamente, abbiamo incluso S.salivarius 24SMBc in un protocollo di sperimentazione clinica condotto su 17 volontari adulti sani per valutare la sicurezza di questo microrganismo nei confronti dell ospite umano e la sua capacità di colonizzare e persistere nelle alte vie respiratorie. La presenza di S.salivarius 24SMBc nel tessuto rinofaringeo è stata determinata dopo diversi intervalli di tempo in seguito alla somministrazione nasale del ceppo in studio, mediante identificazione molecolare, test dell antagonismo per valutare la produzione di batteriocine e RAPD-PCR per distinguere il genotipo di S.salivarius 24SMBc da quello di altri ceppi appartenenti alla specie S.salivarius. Lo step seguente, finalizzato alla valutazione della colonizzazione di S.salivarius 24SMBc nelle alte vie respiratorie dei bambini e della sua efficacia nel ridurre il numero di episodi di otite media, è stato realizzato attraverso uno studio pediatrico randomizzato, controllato con placebo, in doppio cieco. Questo studio ha arruolato 120 bambini con otite ricorrente ed ha previsto la ricerca di S.salivarius 24SMBc e dei ceppi responsabili di otite media dai campioni biologici, mediante identificazione fenotipica e molecolare. Inoltre, è stato determinato il livello di colonizzazione del nostro ceppo mediante qPCR, utilizzando una specifica sequenza genomica come target molecolare per identificare S.salivarius 24SMBc. Risultati e conclusioni. La sequenza del genoma ha dimostrato che S.salivarius 24SMBc è privo dei fattori di virulenza che possono ritrovarsi nel genere Streptococcus. I risultati ottenuti dagli studi clinici hanno dimostrato che il nostro ceppo batterico è sicuro per l uomo ed ha una buona capacità di colonizzare il tessuto rinofaringeo umano. La somministrazione profilattica di S.salivarius 24SMB nei bambini con una storia di otite media ricorrente, riduce gli episodi di questa malattia e anche l'incidenza di infezione da parte di alcuni agenti patogeni responsabili come S.pneumoniae e S.pyogenes. Pertanto, S.salivarius 24SMBc appare essere un microrganismo dalla localizzazione nasofaringea, competitivo e con un buon potenziale per un suo uso come probiotico orale nella prevenzione dell'otite media nei soggetti pediatrici.