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Superoxide dismutase secreting Bacillus amyloliquefaciens spores attenuate pulmonary fibrosis - 11/11/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115647 
Na Hyun Kim a, 1, Hee Young Kim a, b, 1, Jang Ho Lee a, Inik Chang b, Sun-Hee Heo a, Jiseon Kim a, c, Jeong Hyun Kim d, Jung-Hyun Kang d, Sei Won Lee a,
a Department of Pulmonology and Critical Care Medicine, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine, Seoul, Republic of Korea 
b BiomLogic, Inc., Seoul, Republic of Korea 
c Department of Pharmacology and Regnerative Medicine, University of Illinois College of Medicine, Chicago, USA 
d GenoFocus, Inc., Daejeon, Republic of Korea 

Correspondence to: Division of Pulmonology and Critical Care Medicine, Department of Internal Medicine, University of Ulsan College of Medicine, Asan Medical Centre, 88 Olympic-ro 43-gil, Songpa-gu, Seoul 05505, Republic of Korea.Division of Pulmonology and Critical Care Medicine, Department of Internal Medicine, University of Ulsan College of Medicine, Asan Medical Centre88 Olympic-ro 43-gil, Songpa-guSeoul05505Republic of Korea

Abstract

Superoxide dismutase (SOD) can convert active oxygen to oxygen or hydrogen peroxide, and recent research has suggested that it can protect against lung damage and fibrosis. Clinical applications based on SOD remain limited however due to costs and low stability. We here investigated a potential new therapeutic delivery system for this enzyme in the form of SOD-overexpressing Bacillus amyloliquefaciens spores which we introduced into a bleomycin-induced pulmonary fibrosis mouse model. This treatment significantly alleviated the disease, as quantified using a hydroxyproline assay, at 107 colony forming unit (CFU) of Bacillus spores per day. Exposure of the mice to the spores was further found to decrease the lung mRNA levels of CTGF, Col1a1, α-SMA, TGF-β, TNF-α, and IL-6, and the protein levels of TGF-β, Smad2/3, αSMA and Col1a1, all major indicators of pulmonary fibrosis. Survival benefits, and reduced byproducts of lipid peroxidase such as malondialdehyde and 4-hydroxynen, were also noted in the treated animals. The beneficial effects of these Bacillus spores on pulmonary fibrosis were further found to be greater than the equivalent free SOD concentration. Immunofluorescence staining of primary pulmonary fibroblasts extracted from the bleomycin-induced model showed decreased αSMA expression following the in vivo treatment with SOD-overexpressing Bacillus. Our treatment approach SOD through Bacillus spores shows beneficial effects against pulmonary fibrosis, combined with the suppression of the SMAD/TGF-β pathway, suggesting that it is an effective novel delivery route for antioxidants.

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Keywords : Superoxide dismutase, Pulmonary fibrosis, Bacillus amyloliquefaciens


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Vol 168

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