vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2025-2-64-69vguit-3656Research ArticleПищевые системыFood systemsВлияние пробиотической бактерии Bacillus subtilis на поведенческие характеристики мышей и биохимические показатели сыворотки крови при индуцированном системном воспаленииEffect of Bacillus subtilis probiotic bacteria on behavioral characteristics of mice and serum biochemical parameters during induced systemic inflammationhttps://orcid.org/0009-0002-7924-8027ПогореловаС. В.PogorelovaS. V.

м.н.с., лаборатория метагеномики и пищевых биотехнологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

jr. scientist, laboratory of metagenomics and food biotechnology, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

zubkowa.sweta@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0000-0021-6408ЧиркинЕ. А.ChirkinE. A.

студент, техник, лаборатория метагеномики и пищевых биотехнологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

student, technician, laboratory of metagenomics and food biotechnology, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

chirkin@bio.vsu.ruhttps://orcid.org/0009-0000-0075-9170МорозоваП. Д.MorozovaP. D.

аспирант, м.н.с., лаборатория метагеномики и пищевых биотехнологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

postgraduate student, junior researcher, laboratory of metagenomics and food biotechnology, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

ms.cloud00.00@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9028-0613СыромятниковМ. Ю.SyromyatnikovM. Y.

к.б.н., в.н.с., лаборатория метаге-номики и пищевых биотехнологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Biolog.), leading researcher, laboratory of metagenomics and food biotechnology, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

syromyatnikov@bio.vsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7051-9858ЗвереваО. В.ZverevaO. V.

м.н.с., лаборатория метагеномики и пищевых биотехнологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

junior researcher, laboratory of metagenomics and food biotechnology, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

bond.vrn15@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0725-6482ТолкачеваА. А.TolkachevaA. A.

м.н.с., лаборатория метагеномики и пищевых биотехнологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

junior researcher, laboratory of metagenomics and food biotechnology, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

anna-biotech@ya.ruВоронежский государственный университет инженерных технологийVoronezh State University of Engineering TechnologiesВоронежский государст-венный университет инженерных технологийVoronezh State University of Engineering Technologies2025300520258726469Copyright © Погорелова С.В., Чиркин Е.А., Морозова П.Д., Сыромятников М.Ю., Зверева О.В., Толкачева А.А., 20252025Погорелова С.В., Чиркин Е.А., Морозова П.Д., Сыромятников М.Ю., Зверева О.В., Толкачева А.А.Pogorelova S.V., Chirkin E.A., Morozova P.D., Syromyatnikov M.Y., Zvereva O.V., Tolkacheva A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3656

Настоящее исследование было направлено на комплексную оценку влияния пробиотического штамма Bacillus subtilis на поведенческие реакции и биохимические параметры сыворотки крови мышей в условиях липополисахарид-индуцированного системного воспаления. Экспериментальная модель на животных линии C57BL/6 продемонстрировала выраженное модулирующее действие пробиотика на ключевые аспекты поведения. Введение B. subtilis привело к значительному снижению частоты актов груминга, что интерпретируется как снижение тревожности и проявление анксиолитического эффекта. Одновременно наблюдалось увеличение исследовательской активности, проявляющееся в росте количества заглядываний в норки и вертикальных стоек в тесте «Открытое поле», что свидетельствует о потенциальном позитивном влиянии на когнитивные функции. Напротив, индуцированное ЛПС воспаление вызывало подавление exploratory-активности и снижение дефекации, что отражает негативное воздействие на кишечную перистальтику и общее стрессовое состояние животных. Биохимический анализ выявил двойственность эффектов B. subtilis: на фоне поведенческого улучшения было зафиксировано статистически значимое повышение уровня мочевины в сыворотке крови, что может быть косвенно связано с перестройкой микробиома и метаболическими сдвигами. Параллельно в группе ЛПС было обнаружено снижение концентрации холестерина, вероятно, обусловленное активацией макрофагов и нарушением его синтеза. Полученные данные подчеркивают комплексный характер взаимодействия пробиотика с физиологией хозяина, указывая на необходимость дальнейшего изучения механизмов влияния B. subtilis на ось «кишечник–мозг» и метаболизм в условиях воспаления для разработки эффективных стратегий коррекции LPS-индуцированных нарушений.

This study aimed to comprehensively evaluate the influence of the probiotic strain Bacillus subtilis on behavioral responses and serum biochemical parameters in mice under conditions of lipopolysaccharide (LPS)-induced systemic inflammation. The experimental model using C57BL/6 mice demonstrated the probiotic's pronounced modulating effect on key behavioral aspects. The administration of B. subtilis significantly reduced the frequency of grooming acts, which is interpreted as a reduction in anxiety and a manifestation of an anxiolytic effect. Simultaneously, an increase in exploratory activity was observed, manifested by a rise in the number of hole pokes and vertical rearings in the Open Field test, indicating a potential positive impact on cognitive functions. In contrast, LPS-induced inflammation caused suppression of exploratory activity and a decrease in defecation, reflecting a negative impact on intestinal peristalsis and the general stress state of the animals. Biochemical analysis revealed a duality of B. subtilis effects: alongside behavioral improvement, a statistically significant increase in serum urea levels was recorded, which may be indirectly related to microbiome restructuring and metabolic shifts. Concurrently, a decrease in cholesterol concentration was detected in the LPS group, likely due to macrophage activation and disruption of its synthesis. The obtained data emphasize the complex nature of the interaction between the probiotic and host physiology, indicating the need for further study of the mechanisms of B. subtilis influence on the gut-brain axis and metabolism under inflammatory conditions to develop effective strategies for correcting LPS-induced disorders.

мышилипополисахаридBacillus subtilisтест «Открытое поле»поведенческая активностьбиохимический анализ кровиmicelipopolysaccharideBacillus subtilisopen field testbehavioral activityblood biochemistryReferencesŻółkiewicz J., Marzec A., Ruszczyński M., Feleszko W. Postbiotics—A Step Beyond Pre- and Probiotics // Nutrients. 2020. Vol. 12. No. 8. P. 2189. doi: 10.3390/nu12082189.Żółkiewicz J., Marzec A., Ruszczyński M., Feleszko W. Postbiotics-A Step Beyond Pre- and Probiotics. Nutrients. 2020. vol. 12. no. 8. p. 2189. doi:10.3390/nu12082189Vicente-Hil S., Núñez-Ortiz N., Morel E., et al. Immunomodulatory properties of Bacillus subtilis extracellular vesicles on intestinal cells and splenocytes of rainbow trout // Frontiers in Immunology. 2024. Vol. 15. P. 1394501. doi: 10.3389/fimmu.2024.1394501.Vicente-Gil S., Nuñez-Ortiz N., Morel E., Serra C.R., Docando F., Díaz-Rosales P., Tafalla C. Immunomodulatory properties of Bacillus subtilis extracellular vesicles on rainbow trout intestinal cells and splenic leukocytes. Frontiers in Immunology. 2024. vol. 15. p. 1394501. doi:10.3389/fimmu.2024.1394501Zhang J., Zhang R., Wang J., et al. A Strategy for the Efficient Production of a Novel Bacillus subtilis Postbiotic and Its Antioxidant and Anti-Inflammatory Effects // Molecules. 2025. Vol. 30. No. 10. P. 2089. doi: 10.3390/molecules30102089.Zhang J., Zhang R., Wang J., Abbas Z., Tong Y., Fang Y., Zhou Y., Zhang H., Li Z., Si D. et al. Efficient Production Strategy of a Novel Postbiotic Produced by Bacillus subtilis and Its Antioxidant and Anti-Inflammatory Effects. Molecules. 2025. vol. 30. p. 2089. doi:10.3390/molecules30102089Domínguez-Oliva A., Hernández-Ávalos I., Martínez-Burnes J., et al. The Importance of Animal Models in Biomedical Research: Current Advances and Applications // Animals. 2023. Vol. 13. No. 7. P. 1223. doi: 10.3390/ani13071223.Domínguez-Oliva A., Hernández-Ávalos I., Martínez-Burnes J., Olmos-Hernández A., Verduzco-Mendoza A., Mota-Rojas D. The Importance of Animal Models in Biomedical Research: Current Insights and Applications. Animals. 2023. vol. 13. no. 7. p. 1223. doi:10.3390/ani13071223Ren Y., Zhang Y., Li S., et al. Bacteriocin production and inhibition of Bacillus subtilis by Lactobacillus paracasei HD1.7 in an indirect coculture system // Preparative Biochemistry & Biotechnology. 2022. Vol. 52. No. 7. P. 783–788. doi: 10.1080/10826068.2021.1995412.Ren Y., Zhang Y., Li X., Gao D., Sun Y., Ping W., Ge J. Bacteriocin production and inhibition of Bacillus subtilis by Lactobacillus paracasei HD1.7 in an indirect coculture system. Preparative Biochemistry and Biotechnology. 2022. vol. 52. no. 7. pp. 783–788. doi:10.1080/10826068.2021.1995412Geng J., Shi Y., Zhang J., et al. TLR4 signalling via Piezo1 is a critical step in macrophage activation during bacterial infection // Scientific Reports. 2021. Vol. 12. No. 1. P. 3519. doi: 10.1038/s41467-021-23683-y.Geng J., Shi Y., Zhang J., Yang B., Wang P., Yuan W., Zhao H., Li J., Qin F., Hong L., Xie C., Deng X., Sun Y., Wu C., Chen L., Zhou D. TLR4 signalling via Piezo1 engages and enhances the macrophage mediated host response during bacterial infection. Nature Communications. 2021. vol. 12. p. 3519. doi:10.1038/s41467-021-23683-yLaicki T., Brown M., Craning S.A., et al. LPS induces opposing inflammatory responses in murine bone marrow neutrophils // International Journal of Molecular Sciences. 2021. Vol. 22. No. 18. P. 9803. doi: 10.3390/ijms22189803.Lajqi T., Braun M., Kranig S.A., Frommhold D., Pöschl J., Hudalla H. LPS Induces Opposing Memory-like Inflammatory Responses in Mouse Bone Marrow Neutrophils. International Journal of Molecular Sciences. 2021. vol. 22. no. 18. p. 9803. doi:10.3390/ijms22189803Gryaznova M.V., Burakova I.I., Smirnova Y.S., et al. The Effect of Probiotic Bacteria on the Gut Microbiota in Mice with LPS-Induced Inflammation // Microorganisms. 2024. Vol. 12. No. 7. P. 1341. doi: 10.3390/microorganisms12071341.Gryaznova M., Burakova I., Smirnova Y., Morozova P., Chirkin E., Gureev A., Mikhaylov E., Korneeva O., Syromyatnikov M. Effect of Probiotic Bacteria on the Gut Microbiome of Mice with Lipopolysaccharide-Induced Inflammation. Microorganisms. 2024. vol. 12. no. 7. p. 1341. doi:10.3390/microorganisms12071341Ennaceur A. Tests of unconditioned anxiety — Pitfalls and disappointments // Physiology & Behavior. 2014. Vol. 135. P. 55–71. doi: 10.1016/j.physbeh.2014.05.032.Ennaceur A. Tests of unconditioned anxiety – pitfalls and disappointments. Physiology & Behavior. 2014. vol. 135. pp. 55–71. doi: 10.1016/j.physbeh.2014.05.032Yang J., Ning H.C., Zhang C., et al. Effect of Bacillus subtilis BS-Z15 on the Gut Microbiota and Weight Gain in Mice // Probiotics and Antimicrobial Proteins. 2023. Vol. 15. No. 3. P. 706–715. doi: 10.1007/s12602-021-09897-y.Yang J., Ning H.C., Zhang Q., Yue J.Q., Cao X.V., Li J.Y., Liu L., Zhao H.P., Zhao H.X. Effects of Bacillus subtilis BS-Z15 on Intestinal Microbiota Structure and Body Weight Gain in Mice. Probiotics and Antimicrobial Proteins. 2023. vol. 15. no. 3. pp. 706–715. doi:10.1007/s12602-021-09897-ySeibenhener M.L., Wooten M.C. Use of the Open Field Maze to Measure Locomotor and Anxiety-Like Behavior in Mice // Journal of Visualized Experiments (JoVE). 2015. No. 96. P. e52434. doi: 10.3791/52434.Seibenhener M.L., Wooten M.C. Use of the Open Field Maze to measure locomotor and anxiety-like behavior in mice. Journal of Visualized Experiments. 2015. no. 96. p. e52434. doi:10.3791/52434Яковлева О.В. (Архипова), Мулакаева А.И., Салихзянова А.Ф. и др. Влияние метаболита микробиоты – масляной кислоты на двигательную координацию, силу мышц и уровень окислительного стресса в скелетных мышцах при дисбиозе у мышей. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2023. Т. 109. № 6. С. 723–736.Yakovleva O.V. (Arkhipova), Mullakaeva A.I., Salikhzyanova A.F. et al. Effect of Microbiota Metabolite Butyric Acid on Motor Coordination, Muscle Strength and Oxidative Stress Level in Skeletal Muscles of Mice with Dysbiosis. Russian Physiological Journal Named After I.M. Sechenov. 2023. vol. 109. no. 6. pp. 723–736. (in Russian)Kalueff A.V., Stewart A.M., Song C., et al. Neurobiology of rodent self-grooming and its value for translational neuroscience // Nature Reviews Neuroscience. 2016. Vol. 17. No. 1. P. 45–59. doi: 10.1038/nrn.2015.8.Kalueff A.V., Stewart A.M., Song C. et al. Neurobiology of rodent self-grooming and its value for translational neuroscience. Nature Reviews Neuroscience. 2016. vol. 17. no. 1. pp. 45–59. doi:10.1038/nrn.2015.8Cheng H.W., Jiang S., Hu J. The Gut-Brain Axis: Probiotic Bacillus subtilis Prevents Aggression via Modulation of Serotonergic System // Gut Microbiota. 2019. doi: 10.5772/intechopen.86775.Cheng H.W., Jiang S., Hu J. The Gut-Brain Axis: Probiotic Bacillus subtilis Prevents Aggression via Modulation of Serotonergic System. Gut Microbiota. 2019. doi:10.5772/intechopen.86775Dang E.V., McDonald J.G., Russell D.W., Cyster J.G. Oxysterol Restraint of Cholesterol Synthesis Prevents AIM2 Inflammasome Activation // Cell. 2017. Vol. 171. No. 5. P. 1057–1071.e11. doi: 10.1016/j.cell.2017.09.029.Dang E.V., McDonald J.G., Russell D.W., Cyster J.G. Oxysterol Restraint of Cholesterol Synthesis Prevents AIM2 Inflammasome Activation. Cell. 2017. vol. 171. no. 5. pp. 1057–1071. doi: 10.1016/j.cell.2017.09.029Aljumaa M.R., Alhulaifi M.M., Abudabos A.M., et al. Bacillus subtilis PB6-Based Probiotic (CloSTAT) Improves Recovery Following Necrotic Enteritis Challenge // PLOS ONE. 2020. Vol. 15. No. 6. P. e0232781. doi: 10.1371/journal.pone.0232781.Aljumaa M.R., Alhulaifi M.M., Abudabos A.M. et al. Bacillus subtilis PB6-Based Probiotic (CloSTAT) Improves Recovery Following Necrotic Enteritis Challenge. PLOS ONE. 2020. vol. 15. no. 6. p. e0232781. doi: 10.1371/journal.pone.0232781Wright J., Morland P., Wipat A., et al. Engineered ureolytic Bacillus subtilis and its potential in microbial-induced calcium carbonate precipitation // Access Microbiology. 2020. Vol. 2. doi: 10.1099/acmi.ac2020.po0143.Wright J., Morland P., Wipat A. et al. Engineered ureolytic Bacillus subtilis and its potential in microbial-induced calcium carbonate precipitation. Access Microbiology. 2020. vol. 2. doi: 10.1099/acmi.ac2020.po0143Salminen S., Collado M.C., Endo A., et al. The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics // Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 2021. Vol. 18. No. 9. P. 649–667. doi: 10.1038/s41575-021-00440-6.Salminen S., Collado M.C., Endo A. et al. The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 2021. vol. 18. no. 9. pp. 649–667. doi:10.1038/s41575-021-00440-6Nataraj B.H., Ali S.A., Behare P.V., Yadav H. Postbiotics-parabiotics: the new horizons in microbial biotherapy and functional foods // Microbial Cell Factories. 2020. Vol. 19. No. 1. P. 168. doi: 10.1186/s12934-020-01426-w.Nataraj B.H., Ali S.A., Behare P.V., Yadav H. Postbiotics-parabiotics: the new horizons in microbial biotherapy and functional foods. Microbial Cell Factories. 2020. vol. 19. no. 1. p. 168. doi: 10.1186/s12934-020-01426-wTeame T., Wang A., Xie M., et al. Paraprobiotics and Postbiotics of Probiotic Lactobacilli, Their Positive Effects on the Host and Action Mechanisms: A Review // Frontiers in Nutrition. 2020. Vol. 7. P. 570344. doi: 10.3389/fnut.2020.570344.Teame T., Wang A., Xie M. et al. Paraprobiotics and Postbiotics of Probiotic Lactobacilli, Their Positive Effects on the Host and Action Mechanisms: A Review. Frontiers in Nutrition. 2020. vol. 7. p. 570344. doi: 10.3389/fnut.2020.570344

The authors declare that there are no conflicts of interest present.