Выберите ваш город
Или укажите в поле
Главная Архив новостей Новости проекта Пробиотики: актуальность и механизмы

Пробиотики: актуальность и механизмы

2 декабря 2019
Пробиотики: актуальность и механизмы

Пробиотики — это микроорганизмы способные при приёме с пищей оказывать положительный эффект на здоровье принимающих организмов. Предполагается, что пробиотики реализуют подобные положительные эффекты через взаимодействие с микрофлорой организма, а также за счёт модификации пищи посредством продуктов жизнедеятельности. В случае нарушения баланса и состава микрофлоры ЖКТ после болезни, неблагоприятного для микрофлоры питания, стресса, воздействия антибиотиков, правильный состав пробиотических организмов в пище способен восполнить утраченную полезную микрофлору. Пробиотики показали свою эффективность в профилактике ряда заболеваний, таких как диарея, вызванная приёмом антибиотиков и в облегчении симптомов синдрома раздраженного кишечника. Понижение разнообразия микрофлоры это воспроизводимый и стабильно наблюдаемый результат в случае многих заболеваний. Примерами могут служить: синдром раздраженного кишечника, атопический дерматит, целиакия, диабет первого типа, псориатический артрит, диабет второго типа. Картина корреляций между уменьшением разнообразия микрофлоры и заболеваниями позволяют заключить, что более разнообразная микрофлора обладает большим «запасом прочности» против негативных воздействий среды и болезней. Следовательно, разнообразие микрофлоры может служить достаточно надёжным индикатором здоровья ЖКТ. Тем не менее, недавние исследования показали, что различные безвредные факторы, такие как повышение количества волокна, в диете, также способны временно понизить относительное разнообразие микрофлоры. В этом конкретном случае это происходит потому, что микроорганизмы, специализирующиеся на расщеплении пищевого волокна, получают преимущество в данной среде.

Термин «пробиотик» изначально обозначал микроорганизмы, имеющие позитивный эффект на другие микроорганизмы. В октябре 2013 года Международная научная ассоциация по вопросам пробиотиков и пребиотиков провела ревизию термина «пробиотик». В итоге формулировка определения претерпела изменение на «живые микроорганизмы, при приёме которых в адекватных количествах, наблюдается положительный эффект на здоровье потребляющего». .Был сформулирован протокол для присвоения организмам официального статуса пробиотических, на основе свидетельств из контролируемых испытаний: предполагаемый пробиотик должен демонстрировать способность выживать в среде кишечника организмов-носителей, пробиотик должен демонстрировать репродуцируемые позитивные эффекты на здоровье носителя, пробиотический кандидат должен быть таксономически определённым видом бактерий или группой таксонов бактерий (штаммов, подвидов). Пробиотик должен пройти ряд исследований на биобезопасность.

Среди класса пробиотиков имеются широко распространенные механизмы и более специфические механизмы формирования положительного эффекта на здоровье носителя. Широко распространённые механизмы могут быть связаны с такими наблюдаемыми эффектами на организм, демонстрируемыми пробиотиками различных таксономических групп, как ингибирование потенциальных патогенов и производство полезных для организма носителя метаболитов и ферментов. Другие эффекты, наблюдаемые на кишечном и внекишечном уровнях, по всей видимости, являются штаммспецифичными, и заявления о подобных эффектах можно делать только в контексте штаммов, у которых подобные механизмы были продемонстрированы. Большинство известных на данный момент пробиотиков обладают сразу несколькими механизмами вызывающими положительные эффекты на организм хозяина. Эффекты можно классифицировать следующим образом. Редко встречающиеся, в основном штамм-специфичные: нейрологические, иммунологические, эндокринные эффекты, синтез специфических биологически активных соединений. Частые, в основном видоспецифичные: синтез витаминов, прямой антагонизм патогенам, усиление кишечного барьера, метаболизм желчных кислот, ферментативная активность, нейтрализация канцерогенов. Широко распространенные, представленные у большого количества пробиотиков из разных таксонов: продукция короткоцепочечных жирных и молочной кислот, регуляция кишечного переноса, нормализация возмущенной микрофлоры, увеличение наработки энтероцитов, вымещение патогенов.

Все представленные ниже организмы получили, согласно протоколу Международной научной ассоциации по вопросам пробиотиков и пребиотиков, статус пробиотических организмов. Соответственно эти микроорганизмы являются примером безопасных для организмов носителей культур, с подтвержденными позитивными эффектами для здоровья носителей.

Бактерии Bifidobacterium lactis

B. lactis — это подвид бактерий вида B.animalis, который входит в состав рода Bifidobacterium (семейство Bifidobacteriaceae). Полное название подвида — Bifidobacterium animalis lactis. B. lactis является естественной составляющей биоплёнок кишечника людей и играет роль в формировании сопротивляемости к колонизации патогенными бактериями. B. Lactis демонстрирует хорошую выживаемость в высококислотных средах и в присутствии желчи. Исследования показали способность B. Lactis размножаться при значениях pH 2, pH 3, и pH 4 а также хорошую их выживаемость при 1% растворе солей желчных кислот. Выживаемость в кислых средах у штаммов B. Lactis обусловлена активизацией H+-АТФазы (белкового комплекса выкачивающего ионы H+ из клетки с затратами энергии АТФ) при низких значениях внеклеточного pH, что обеспечивает поддержание внутриклеточного гомеостаза pH бактерии и препятствует «закислению» цитоплазмы. Наличие подобного механизма дает B. Lactis очевидное преимущество при обитании в кислых средах, позволяет лучше переносить условия кишечной полости и вытеснять менее приспособленные патогенные бактерии. Ещё одним приспособлением B. Lactis к выживанию в кишечнике позвоночных является наличие у большинства штаммов этой бактерии ферментов гидролаз солей желчных кислот, нейтрализующих негативное влияние на бактериальную клетку этих соединений.

Важными свойствами B. lactis как пробиотика являются различные механизмы подавления патогенной микрофлоры. Различные штаммы B. lactis демонстрируют способность производить субстанции ингибирующие развитие микроорганизмов в среде. Примерами могут служить органические кислоты, выделяемые при метаболизме углеводов, H2O2, специфические противобактериальные пептиды (бактериоцины). На модели кишечного эндотелия свиней была продемонстрирована способность B. Lactis модифицировать свойства слизи выстилающей кишечную стенку и препятствовать прикреплению патогенных организмов. Была продемонстрирована способность B. Lactis влиять на плотные контакты между эпителиальными клетками. Плотные контакты - очень важная форма межклеточных связей, критичная для формирования здорового эпителия и поддержания им барьерных функций. Было продемонстрировано, что продукты ферментативной деятельности B. Lactis способны улучшать характеристики плотных контактов клеток тестовой линии клеток Caco-24 in vitro. Механизм этого процесса изучен не до конца. Во множестве экспериментов продукты, секретируемые B. Lactis, продемонстрировали способность позитивно влиять на клетки иммунной системы позвоночных. Среди продемонстрированных эффектов можно выделить стимуляцию созревания дендритных клеток и пролиферации моноцитов, дозозависимую индукцию синтеза иммуномодулирующих цитокинов (IL-1β, IL-6, IL-10, IL-12 и IFN-γ), а также индукцию противовоспалительного ответа у макрофагов.

Lactobacillus acidophilus

L. acidophilus это вид бактерий рода Lactobacillus, он примечателен тем, что способен выживать в средах повышенной кислотности (pH 4—5 и меньше) и оптимально размножается при температурах около 30 °C. L. acidophilus  является естественным элементом микрофлоры человека и других млекопитающих. Штаммы этого вида ферментативно разлагают сахариды, лактозу в частности, до молочной кислоты, что характерно для многих молочнокислых бактерий. Некоторые представители рода Lactobacillus производят в качестве побочных продуктов ферментативного разложения сахаридов соединения, такие как этанол или уксусная кислота, однако, будучи гомоферментативным организмом, L. Acidophilus производит только молочную кислоту. При исследовании сравнительной эффективности переработки штаммами Lactobacillus acidophilus различных углеводов было показано, что способность получать энергию и выделять кислоту зависит от типа углеводного субстрата. Наибольший рост и уровень кислоты в среде L.acidophilus демонстрирует при питании глюкозой, после неё по показателям идёт сахароза, затем лактоза и наименьшие показатели даёт галактоза.

Lactobacillus acidophilus демонстрируют также способность влиять на свойства слизистых секретов кишечника, предотвращающих прикрепление патогенов к кишечному эпителию. Было показано, что поверхностные белки штаммов L. acidophilus LB и BG2FO4, ответственные за крепление к эпителию, устойчивы к действию протеаз слизистых оболочек животных. Что интересно, эти же самые белки при конечной деградации и переходе в среду слизистого секрета приобретают антимикробные свойства, улучшая противомикробные свойства слизи организма-носителя. Многие лактобактерии производят собственные антимикробные полипептиды. L. acidophilus производят лактацин B, пептид типа бактериоцинов, имеющий узкий спектр действия против родственных видов, включающих некоторые патогены. Общим механизмом действия бактериоцинов является создание пор в клеточной стенке поражаемой бактерии и подавление в ней синтеза элементов клеточной стенки.

Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus

Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus является родственным by Lactobacillus acidophilus представителем лактобактерий, также обладающим пробиотическими свойствами. L. Bulgaricus специфически катаболизирует углеводы в молочную кислоту, а также обладает усиленной протеолитической активностью и способностью связывать аминокислоты для выживания в богатой белком среде молока. Экспериментально показано что L. Bulgaricus не способны колонизировать кишечник в силу отсутствия муцин-связывающих белков позволяющих прикрепляться бактериям к эпителию кишечного просвета, а также не обладают механизмами нейтрализации солей желчных кислот. Это делает невозможным для L. Bulgaricus к длительной колонизации ЖКТ животных, поэтому, для поддержания пробиотических эффектов этих бактерий, необходимо постоянное их поступление с пищей. Тем не менее, исследование людей потребляющих продукты, содержащие культуры L. Bulgaricus показало возможность поддержания стабильной популяции бактерии в верхних отделах кишечника; Также имеются данные об улучшении адгезивных свойств других пробиотических микроорганизмов, таких как Bifidobacterium lactis в присутствии живых L. Bulgaricus in vitro что по всей видимости обусловлено эффектами синергии пробиотических микроорганизмов здоровой микрофлоры.

Пробиотическая активность L. Bulgaricus проявляется как в противодействии патогенным микроорганизмам за счет секреции противомикробных субстанций в среду (таких как органические кислоты, бактериоцины, H2O2), так и за счет модуляции иммунитета организма-носителя. Была показана обратная зависимость показателей цитотоксичного воздействия продуктов бактериального патогена C. Difficile c содержанием L. Bulgaricus в среде, на клеточную линию Caco-2, что позволяет предполагать о возможности облегчения вредоносных эффектов патогенна in vivo. L. bulgaricus демонстрируют способность индуцировать в культурах макрофагов и Т-клеток синтез цитокинов (TNF-a, IL-6, IL-2, и IL-5), играющих ключевые роли в активации как гуморального так и клеточного иммунитета. Также, была показана способность некоторых штаммов L. delbrueckii subsp. Bulgaricus выделять комплексы связывающие свободные радикалы и препятствующие окислению липопротеинов низкой плотности.

Streptococcus thermophilus

S. thermophilus - это вид грамположительных бактерий из семейства Streptococcaceae. S. thermophilus родственно близок множеству патогенных видов стрептококков, однако сам он не демонстрирует патогенных свойств. S.thermophilus адаптирован для выживания на лактозе и высокоэффективно конвертирует её в лактат в процессе жизнедеятельности. Лактоза транспортируется в бактериальную клетку лактозной пермиазой (функционирующей как антипорт лактозы/галактозы) и гидролизуется внутриклеточной b-галактозидазой. Большинство штаммов S.thermophilus метаболизируют только глюкозную часть лактозы, галактоза же исторгается из клетки обратно в среду. В силу того, что молоко, в котором обычно живут эти бактерии, бедно свободными аминокислотами, штаммы S.thermophilus обладают механизмами компенсации низкого уровня аминокислот. Это обуславливает их способность к расщеплению казеинов и других белков молока, что облегчает пищеварение организмов-носителей, либо способность к синтезу аминокислот de novo, что позволяет им служить источником незаменимых аминокислот. S. thermophilus как и большинство пробиотических организмов демонстрирует способность ингибировать патогенные организмы, в частности, за счёт синтеза бактериоцинов. Как минимум 14 различных бактерицинов было обнаружено у штаммов S. Thermophilus. Бактериоцины биобезопасны и специфично подавляют развитие близкородственных бактерий, что особенно важно в случае S. Thermophilus, поскольку многие представители рода Streptococcus являются патогенами млекопитающих (Streptococcus pyogenes, Streptococcus faecalis, Streptococcus faecies и т.д.). Была показана роль S. Thermophilus в борьбе с активными формами кислорода. Урон, наносимый клеткам и тканям свободными радикалами, играет важную роль в формировании многих заболеваний и является компонентом процесса старения. Для защиты от подобного типа урона организмы используют антиоксиданты, как эндогенной природы, так и поступающие извне с пищей вещества антиоксидантного действия (например, каротиноиды, фитоэстрогены, селен). Новые данные показывают что S. Thermophilus способны частично компенсировать неполноценность лабораторных крыс по антиоксидантам. Эти бактерии обладают механизмом позволяющим захватывать реактивные формы кислорода и использовать их для ингибирования пероксидации липидов.

Bacillus subtilis

B. subtilis является уникальным в плане противомикробного действия пробиотиком. Уникальность этой бактерии выражается в том, что очень значительная часть её генома (4—5%) кодирует вещества противомикробного характера. 66 веществ обладающих противомикробной активностью было идентифицировано среди продуктов выделяемых клеткой B. subtilis. Эти вещества представлены полипептидами (рибосомального и нерибосомального происхождения) и веществами непептидной природы, например поликетидами, аминосахарами и фосфолипидами. Спектр действия этих противомикробных веществ охватывает бактерии, вирусы и грибы, что делает B. subtilis пробиотиком способным противостоять большинству патогенов вызывающих заболевания ЖКТ. Необходимо понимать, что подобное разнообразие противопатогенных веществ не синтезируется всеми B. subtilis, но встречается у совокупности его штаммов. B. subtilis демонстрируют способность активизировать макрофаги и, опосредованно, нейтрофилы, что приводит к лучшей работе систем неспецифического иммунитета. Механизмы, посредством которых B. subtilis производит активизацию макрофагов, до конца не ясны, одним предполагаемым сигнальным фактором могут являться экзополисахариды. Некоторые штаммы B. subtilis способны синтезировать ряд витаминов, в частности тиамин (В1), пиридоксин (В6) и менахинон (К2), а также служить источником незаменимых аминокислот.

Существуют данные показывающие, что присутствие B. subtilis в микрофлоре способно стимулировать пролиферацию Т- и B-лимфоцитов, и активизировать системы специфического иммунитета организма-носителя. Возможными кандидатами на роль факторов вызывающих подобный эффект являются некоторые белки клеточной стенки, пептидогликаны и тейхоевые кислоты выделяемые B. subtilis. Касательно B. subtilis важно учесть еще одно обстоятельство. Данная бактерия, хотя постоянно попадает в пищеварительный канал из почвы, воды, воздуха и пищевых продуктов, тем не менее, не колонизирует его (как и описанная выше Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus). B. subtilis является своего рода транзитной бактерией, постоянно поступающей и выводящейся из пищеварительной трубки. Поэтому для поддержания B. subtilis в популяции микроорганизмов микробиоты животных, необходимо постоянное поступление этой бактерии извне. B. subtilis также синтезирует ряд пищеварительных ферментов: амилазы, липазы, протеазы, пектиназы и целлюлазы. Эти ферменты облегчает организму носителю пищеварительный процесс, и увеличивают ценность потребляемой пищи, а также позволяют переваривать обычно неперевариваемые компоненты.

Возможные осложнения, связанные с приемом пробиотиков.

Искусственное воздействие на соотношение бактерий микрофлоры является сложным процессом. Подобное может привести к непредвиденным взаимодействиям между носителями и бактериями. Подавляющее большинство коммерческих пробиотиков считаются безопасными для потребления, в частности за счет огромных объемов экспериментальных данных о результатах их применения. Тем не менее, некоторые пробиотики все же вызывают вопросы о безопасности их использования. Ряд заболеваний и состояний способны привести к негативным эффектам обычно пробиотических организмов на организм носителя. Примерами таких заболеваний могут служить некоторые формы иммунодефицита, синдром короткой кишки, синдром воспаленной кишки, клапанные пороки сердца. Главным фактором риска исходящего от пробиотиков может служить выход обычно безвредных бактерий за пределы ЖКТ во внутренние органы и кровь, что может привести к развитию бактериемии и сепсиса.

Вячеслав Одеянко
генеральный директор ООО «СибБиоТех»

Источник: «АПК Эксперт»

Поделиться: