Probiotyki i prebiotyki Katarzyna Gafka
Probiotyki- dla życia Terminem tym określa się bakterie naturalnego mikrobiomu wywołujące wielokierunkowe, korzystne efekty dla funkcjonowania organizmu człowieka, zarówno miejscowe jak i ogólnoustrojowe. Również preparaty lub produkty zawierające ściśle zdefiniowane żywe drobnoustroje o właściwościach probiotycznych w odpowiedniej ilości, wpływające na mikrobiom określonego miejsca w organizmie człowieka i dzięki temu wywierające efekty zdrowotne.
Cechy funkcjonalne szczepów probiotycznych 1. Pochodzenie z mikrobiomu człowieka 2. Ściśle określona przynależność rodzajowa i gatunkowa potwierdzona metodami biologii molekularnej 3. Brak działania patogennego, inwazyjnego oraz karcynogennego 4. Oporność na działanie soku żołądkowego i kwasów żółciowych po podaniu doustnym 5. Zachowywanie właściwości probiotycznych po procesie technologicznym oraz względnie długim okresie przechowywania 6. Zdolność do produkcji substancji o działaniu przeciwdrobnoustrojowym, w tym kwasów organicznych, nadtlenku wodoru oraz bakteriocyn 7. Właściwości powierzchniowe umożliwiające adherencję do komórek nabłonkowych 8. Anatgonizm wobec typowych patogenów przewodu pokarmowego lub układu moczowo-płciowego 9. Konkurencja o receptory z komórkami drobnoustrojów patogennych takich jak Escherichia coli i Salmonella typhimurium 10. Korzystny wpływ na organizm gospodarza, potwierdzony w prawidłowo przeprowadzonych, kontrolowanych badaniach klinicznych
Cechy technologiczne szczepów probiotycznych 1. Łatwość produkcji dużej ilości biomasy 2. Oporność na procedury utrwalania, takie jak zamrażanie czy liofilizacja 3. Żywotność i stabilność cech bakterii w czasie przechowywania i dystrybucji produktów probiotycznych 4. Wysoka przeżywalność przechowalnicza w gotowym produkcie 5. Brak pogorszenia cech organoleptycznych gotowych produktów 6. Oporność na bakteriofagi 7. Stabilność genetyczna
Drobnoustroje o działaniu probiotycznym Głównie bakterie kwasu mlekowego, mogące zasiedlać różne środowiska, w tym organizm człowieka. Probiotyk może mieć w swym składzie: - pojedyncze szczepy bakterii kwasu mlekowego (Lactobacillus spp., Streptococcus spp.), - szczepy drożdży (Saccharomyces spp.), - kultury pleśni (Aspergillus spp.) - bakterie kwasu mlekowego łącznie z wyselekcjonowanymi szczepami drożdżowymi
przede wszystkim bakterie z rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium z grupy bakterii kwasu mlekowego, których wspólną cechą jest zdolność beztlenowego rozkładu węglowodanów na drodze fermentacji mlekowej Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Enterococcus, Carnobacterium, Oenococcus, Tetragenococcus, rzadziej Vagococcus i Weissella, Bacillus spp., niektóre szczepy Escherichia coli (np. E.coli Nissle 1917) oraz Propionibacterium spp. Saccharomyces, np. S.boulardii
Źródło bakterii probiotycznych Szczepy stosowane w preparatach probiotycznych dla ludzi powinny pochodzić z mikrobiomu człowieka. Probiotyki pochodzenia jelitowego uzyskuje się przez selekcjonowanie szczepów bakterii wyizolowanych z przewodu pokarmowego zdrowych noworodków, biorąc pod uwagę fakt, że bakterie zasiedlające ich jelita w kilka dni po urodzeniu reprezentują pionierskie, zdolne do szybkiej i skutecznej kolonizacji przewodu pokarmowego gatunki oraz dodatkowo są szybko rozpoznawane przez komórki układu immunologicznego zwane komórkami prezentującymi antygen. W przypadku probiotyków dopochwowych, szczepy powinny być izolowane z układu moczowo-płciowego zdrowych, młodych kobiet
Mechanizm działania właściwości przeciwbakteryjne, skierowane przeciwko patogenom przewodu pokarmowego lub układu moczowo-płciowego kobiet wywierają bezpośredni wpływ na wzrost bakterii chorobotwórczych Znacznie ograniczają adhezję patogenów do receptorów na powierzchni komórek nabłonkowych, unieczynniają toksyny bakteryjne konkurują o substancje odżywcze pośredni wpływ wytwarzając substancje o aktywności przeciwdrobnoustrojowej, np. bakteriocyny czy kwasy organiczne Działanie immunomodulujące(wpływ na odpowiedź komórkową i humoralną) w postaci : nasilenia syntezy IgA w kępkach Peyera, osłabienie reakcji zapalnej, modyfikacja wychwytywania, prezentacji i degradacji antygenów. W warunkach in vivo wymienione czynniki działają jednocześnie i często synergistycznie
Mechanizm a jednostka chorobowa 1. Znoszenie efektu nietolerancji laktozy 2. Pozytywny wpływ na układ mikroorganizmów jelitowych. 3. Profilaktyka zakażeń dróg jelitowych 4. Poprawa systemu immunologicznego 5.Działanie przeciwalergiczne 6. Aktywność przeciwnowotworowa 7.Wpływ na stężenie lipidów we krwi i ryzyko chorób serca 8. Obniżanie ciśnienia. 9. Wpływ na infekcje moczowo-płciowe. 10. Zakażenia wywołane przez Helicobacter pylori 11. Regulacja motoryki przewodu pokarmowego (zaparcia). 12. Dobre samopoczucie.
Jak powstają? Proces liofilizacji (suszenie sublimacyjne) zapewnia najlepsze parametry jakościowe suchego preparatu bakteryjnego i prowadzi do powstanie liofilizowanej biomasy zamkniętej w szklanych ampułkach lub fiolkach, saszetkach lub kapsułkach twardych (celulozowych lub żelatynowych) Przeżywalność liofilizowanych bakterii probiotycznych zależy od ich właściwości ale także od sposobu produkcji, opakowania i przechowywania.
Probiotyk dopuszczony do sprzedaży musi: zostać odpowiednio oznakowany Etykieta powinna zwierać: skład opisujący rodzaj, gatunek i nazwę szczepu, minimalną ilość żywych bakterii pod koniec terminu ważności; odpowiednie warunki przechowywania oraz dane kontaktowe wytwórcy probiotyku. Nazewnictwo bakterii musi być zgodne z aktualnymi, naukowo rozpoznawalnymi nazwami. Pacjent po otrzymaniu probiotyku powinien być dokładnie poinstruowany, jak z nim postępować aby preparat zachował swoje parametry jakościowe.
Zalety zwiększenie liczby pozytywnej mikroflory jelitowej u osobników chorych zmniejszenie ilości flory szkodliwej i przywrócenie równowagi między szczepami. przywracanie naturalnej mikroflory jelitowej (po antybiotykoterapii), produkcja żywności funkcjonalnej, konserwacji produktów spożywczych. Wspomagają procesy trawienne i leczą kandydozę oraz próchnicę zębów Wpływają także pozytywnie w leczeniu alergii pokarmowych, zwiększaniu wydajności układu immunologicznego, lepszemu wchłanianiu składników mineralnych i witamin. Produkują witaminy z grupy B (B1, B2, B6, B8=H, B12), PP-niacynę, kwas foliowy, Stymulują powstawanie kwasów organicznych i aminokwasów Wytwarzają także enzymy esterazy i lipazy, oraz koenzym A, Q, NAD i NADP. produkty metabolizmu - substancje antybiotyczne, takie jak: acidofilina, bacytracyna, laktacyna, związki antykancerogenne i immunosupresyjne
Wady Żywe bakterie-warunki przechowywania nie sformułowano uniwersalnych, ściśle określonych lub narzuconych standardów, co do dawki stąd aby zastosować probiotyk należy wybrać preparat zawierający znany, zidentyfikowany szczep bakterii o dobrze udokumentowanym w badaniach klinicznych działaniu probiotycznym.
Przyszłość Wysoka wrażliwość bakterii na warunki fizyczne związane z przeprowadzaniem procesów technologicznych ( wysoka temperatura i niska aktywność wody) mechanizmy chroniące bakterie przed stresem temperaturowym i niską aktywnością wody- akumulacja osmoprotektantów :trehaloza i betaina gen betl, warunkujący kodowanie systemu transportu betainy u L. monocytogenes, wklonowany do szczepu probiotycznego Lactobacillus salivarius UCC118 oraz po transformacji probiotycznego szczepu Lactococcus lactis genem ostab warunkującym syntezę trehalozy u E.coli znacząco poprawia jego oporność na biotechnologiczne czynniki stresowe, wpływając na cechy takie jak osmo-, baro- i krio-oporność wykorzystanie specyficznie modyfikowanych probiotyków w leczeniu infekcji jelitowych wywołanych przez enteropatogenne bakterie, wytwarzające toksyny ekspresji na powierzchni komórek bakteryjnych specyficznego receptora dla określonej toksyny (Shigella dysenteriae, Vibrio cholerae, projektowaniu nowych strategii w leczeniu zakażeń HIV) wykorzystanie ich jako nośnika antygenów w celu przygotowania doustnych szczepionek.
Prebiotyki Nietrawione składniki żywności, selektywnie pobudzające wzrost lub aktywność jednego lub określonej liczby rodzajów bakterii w okrężnicy, korzystnie wpływających na zdrowie gospodarza Są one pożywką dla probiotyków, stymulują ich wzrost i w przeciwieństwie do nich, nie ma w ich składzie mikroorganizmów
Prebiotyki powinny selektywnie stymulować wzrost i aktywność wybranych szczepów bakterii mających korzystny wpływ na zdrowie, obniżać ph treści jelitowej, wykazywać korzystne dla człowieka działanie miejscowe w przewodzie pokarmowym, być odporne na hydrolizę i działanie enzymów przewodu pokarmowego, nie ulegać wchłanianiu w górnym odcinku przewodu pokarmowego, stanowić selektywny substrat dla jednego lub określonej liczby pożytecznych gatunków mikroorganizmów w okrężnicy, być stabilne w procesie przetwórstwa spożywczego.
5 kryteriów klasyfikacji Produkt nietrawiony w górnych odc. p.pok. Selektywna fermentacja w jelicie grubym przez korzystne bakterie Fermentacja ta może prowadzić do zwiększenia ekspresji lub zmiany w składzie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, zwiększenia masy kałowej, umiarkowanej redukcji ph jelita grubego, zmniejszenia azotowych produktów końcowych i enzymów fekalnych do poprawy systemu immunologicznego Selektywna stymulacja wzrostu i/lub aktywności bakterii jelitowych potencjalnie związanych z ochroną zdrowia i dobrego samopoczucia Prebiotyk musi wytrzymywać warunki przetwarzania żywności tak, aby pozostać nienaruszonym, niezdegradowanym lub chemicznie zmienionym i dostępnym do metabolizmu bakterii w jelitach
Prebiotyki naturalne Prebiotki naturalnie występują w ponad 36 000 produktów pochodzenia roślinnego, m. in. w czosnku (9-16%), cykorii (13-20%), karczochach (15-20%), szparagach(10-15%),cebuli (2-6%), pszenicy (1-4%) czy bananach (0,3-0,7%)
Prebiotyki sztuczne laktuloza, galaktooligosacharydy, fruktooligosacharydy, malotoligosacharydy, cyklodekstryny, laktosacharozy Za najczęściej używane i najbardziej efektywne prebiotyki są uznawane fruktany inulina i oligofruktoza
Zalety obniżanie frakcji cholesterolu LDL we krwi, stymulowanie układu immunologicznego, zwiększenie przyswajalność wapnia, zapewnienie odpowiedniej wartości ph w jelitach, niska wartość kaloryczna, łagodzenie objawów wrzodów żołądka i grzybicy pochwy. Zapobiegają także reakcji nowotworzenia i wspomagają leczenie nietolerancji laktozy i próchnicy zębów Prebiotyki wykazują większą trwałość i nie ma problemów z ich włączaniem do produktów spożywczych, ponieważ nie trzeba się martwić o ich przeżycie w przewodzie pokarmowym i niższych temperaturach.
Bibliografia Jach M, Łoś R, Maj M, Malm A, Probiotyki- Asprkty funkcjonalne i technologiczne, POST. MIKROBIOL., 2013, 52, 2, 161 170 Nowak A, Śliżewska K, Libudzisz Z, Probiotyki- Historia i mechanizmy działania, ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2010, 4 (71), 5 19 Mojka K, Probiotyki, prebiotyki i synbiotyki charakterystyka i funkcje, Mojka K. Probiotyki, prebiotyki i synbiotyki Śliżewska K, Nowak A, Barczewska R, Libudzisz Z, Prebiotyki- definicja, właściwości o zastosowanie w przemyśle, ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2013, 1 (86), 5 20