Постбіотики - введення, класифікація та користь для здоров’я
Постбіотики - введення, класифікація та користь для здоров'я
Вперше опубліковано: 23 червня 2018 р
Редакційна група: MEDICHUB MEDIA
ДВА: 10.26416/Peri.2.2.2018.1816
Анотація
Постбіотики або парапробіотики - це нежиттєздатний бактеріальний продукт або побічний продукт метаболізму, що виділяється живими бактеріями, або продукти, що виділяються після хімічного або механічного лізису бактерій - наприклад, ферменти, органічні кислоти та пептиди. У цій статті ми хотіли б ознайомити наших читачів із концепцією постбіотиків, методами, що використовуються для отримання та ідентифікації постбіотиків, класами постбіотиків та їх використанням у харчовій промисловості.
Резюме
Постбіотики або парапробіотики - це нежиттєздатні бактеріальні продукти, метаболіти, які секретуються живими бактеріями або продуктами, що виділяються після їх хімічного або механічного лізису, такими як ферменти, органічні кислоти або пептиди. У цій статті ми хотіли б представити читачам нашого журналу концепцію постбіотиків, методи, що використовуються для їх ідентифікації, класи постбіотиків та їх роль у харчовій промисловості.
Постбіотики - це розчинні фактори, що виділяються живими бактеріями або є результатом процесів їх лізису. Місце їх дії - тонкий кишечник, де разом із пре- та постбіотиками вони впливають на мікробіоти кишечника (1) .
Кишкова мікробіота представляє сукупність мікроорганізмів з тонкої та товстої кишки, здатних виробляти сигнальні молекули, відіграючи важливу роль у регулюванні нормальної роботи організму. Він складається з понад 100 трильйонів бактеріальних клітин, приблизно з 1000 видів бактерій (2) .
Кишкова мікробіота є важливою частиною організму, виконуючи безліч функцій, і одночасно через дисбаланс, що виникає на її рівні, вона бере участь у багатьох патологіях.
Склад кишкової мікробіоти починає формуватися ще до народження (3) .
Крім того, на це впливають різні фактори, такі як спосіб народження, дієта, годування груддю або грудне вигодовування. Приблизно у віці 2-3 років склад мікробіоти стабілізується і починає нагадувати склад дорослої людини; навіть після дозрівання можуть відбуватися зміни або внаслідок типу дієти - вегетаріанської чи ні, гіпо- або нормокалорійної - або внаслідок введення ліків або внаслідок середовища, в якому живе людина (4) .
Ролі мікробіоти різноманітні, найпоширенішим є активний механічний та біологічний бар'єр, призначений для захисту організму від інфекційних агресій на цьому рівні (5) .
Якісна та кількісна модифікація мікробіоти з подальшим зміною структури слизової оболонки кишечника призводить до підвищення проникності для імунологічно переносимих бактерій, що в поєднанні з патологічним запаленням кишечника та надмірною стимуляцією імунної відповіді ініціює процеси з місцевими та системними наслідками.: кишкові, печінкові, метаболічні розлади (дисліпідемія, діабет), ревматологічні або нервово-психічні розлади (тривога, депресія) (6) .
Таким чином, виявлення нових класів постбіотиків та шляхів, відповідальних за їх вироблення, повинно призвести до кращого механічного розуміння ролі пробіотиків, пребіотиків та специфічних постбіотиків у відновленні складу та функції кишкової мікробіоти (7). .
Незважаючи на те, що механізми, пов'язані з набуттям користі для здоров'я постбіотиків, ще не з'ясовані до кінця, наукові дані показали, що постбіотики мають різні функціональні властивості, такі як: протимікробні, антиоксидантні та імуномодулюючі. Ці властивості можуть позитивно впливати на гомеостаз мікробіоти або метаболізм господаря та його сигнальні шляхи, впливаючи тим самим на конкретні фізіологічні, нейрогормональні, регуляторні, імунологічні та певні метаболічні реакції (8). .
В даний час існує досить велика інформація про основні, терапевтичні та технологічні аспекти "хороших" бактерій. Однак більшість досліджень зосереджувались на цілих клітинах (живих клітинах або термічно інактивованих клітинах) або на компонентах клітинної мембрани/стінки, а з точки зору розчинної внутрішньоклітинної фракції (тобто постбіотиків) література менше зосереджувалась на них. (9) .
Хоча нещодавно було виявлено значення постбіотиків, і незважаючи на те, що їх механізми дії та структура не були повністю визначені, дані про їх користь для здоров'я продовжували зростати. На сьогоднішній день існує лише декілька досліджень постбіотиків, особливо синтезованих постбіотиків із видів Lactobacillus (10) .
Кишкові коменсальні бактерії повністю залежать від хазяїна, забезпечуючи поживні речовини, необхідні для росту та розвитку мікробіоти. У той же час протягом життєвого циклу бактерія виробляє метаболіти з низькою молекулярною масою; ці сполуки відіграють ключову роль у регулюванні процесів росту та розмноження, стимулюють процеси росту інших мікроорганізмів, міжклітинного зв'язку та забезпечують захист від стресових факторів. Деякі з цих розчинних метаболітів можуть секретуватися живими бактеріями або секретуватися бактеріальним лізисом, забезпечуючи фізіологічні переваги, змінюючи клітинні процеси та метаболічні шляхи господаря (11) .
Хоча ці переваги можуть відрізнятися від бактерії до бактерії, можливо (принаймні теоретично), використовуючи біоінженерію, виробляти рекомбінантні пробіотики, здатні надавати різноманітні корисні властивості, оскільки вони містять біологічні копії цих біоактивних метаболітів.
Взагалі, постбіотики можна диференціювати між собою або за їх елементарним складом (наприклад: ліпіди, білки, вуглеводи, вітаміни, органічні кислоти) або за їх фізіологічними властивостями, включаючи: імуномодулюючі, протизапальні, знижуючі холестерин, проти ожиріння, гіпотензивні засоби, антипроліферативні та антиоксидантні (12) .
Постбіотики також мають деякі загальні характеристики, такі як: однакові обмеження безпеки та тривалий термін зберігання (до п’яти років, коли їх використовують як інгредієнт у їжі, напоях або харчових добавках). Крім того, дослідження Шендерова (2013) показало, що постбіотики мають інші дуже корисні характеристики, такі як легке всмоктування, метаболізм, розподіл та елімінація, властивості, які можна використовувати для візуалізації/дослідження різних органів та тканин. господаря, активізуючи тим самим різні біологічні реакції (13) .
Більше того, дуже важливою властивістю постбіотиків є те, що вони можуть імітувати корисний для здоров'я ефект пробіотиків, але без введення живих бактерій, які також можуть мати небажані негативні наслідки для господаря - ефекти, продемонстровані в дослідженні Цілінгрі (2012), який зазначив, що пробіотики можуть викликати місцеву запальну реакцію, подібну до індукованої сальмонелою (14). Більше того, існують й інші ризики, пов’язані із введенням живих бактерій - наприклад, здуття живота, метеоризм і навіть бактеріємія можуть виникати у пацієнтів з імунодепресією та недоношеними в результаті транслокації пробіотиків. З цих причин використання постбіотиків розглядається як життєздатна і набагато безпечніша альтернатива, ніж пробіотики (15) .
Постбіотики отримували за допомогою методів лізису клітин, і сюди ми включаємо: тепло, ферментативні обробки, екстракцію розчинником, ультразвук. На додаток до цих первинних процедур використовувались такі методи, як центрифугування, діаліз та хроматографія.
Незважаючи на всі методи, що використовуються для виявлення, ідентифікації та кількісної оцінки постбіотиків, необхідні поглиблені дослідження використовуваних методів та протоколів екстракції, щоб мати можливість ідентифікувати нові постбіотики, зрозуміти їх механізми дії та шляхи модуляції.
Біоактивність постбіотиків та їх наслідки
За останні роки було проведено кілька досліджень, як in vitro, так і in vivo, для оцінки біоактивності та впливу на здоров'я, включаючи внутрішньоклітинні метаболіти, а також певні компоненти клітинної стінки.
Більшість виявлених на сьогоднішній день постбіотиків походять із штамів Lactobacillus та Bifidobacterium, але постбіотики також синтезовані із штамів Streptococcus та Faecalibacterium. Доведено, що дієтичні добавки постбіотиками знижують артеріальний тиск, надаючи їм антигіпертензивний ефект. Цей захисний механізм на ендотелії ще не з'ясований, але вважається, що він пов'язаний зі змінами мікробіоти, відновленням функції кишкового бар'єру та симпатичною стимуляцією нирок (16) .
Постбіотики також мають інгібуючу дію на патогенні бактерії - Listeria monocytogenes, Salmonella enterica S-100, Escherichia coli E-30 та стійкі до ванкоміцину види Enterococcus. Більше того, виявлено антиоксидантну дію, як in vitro, так і in vivo, у деяких метаболітах, що зазнали дії специфічних екзополісахаридів із штамів Bifidobacterium animalis, яким вдалося інгібувати оксидні та супероксидні радикали. Цей антиоксидантний ефект був виявлений у різних внутрішньоклітинних бактеріальних ферментах - глутатіонпероксидазі (GPx), супероксиддисмутазі (SOD), нікотинамід-аденін-динуклеотиді (NADH) та NADH-пероксидазі. З іншого боку, деякі сполуки клітинної стінки пов’язані з імуномодулюючими властивостями in vitro - ліпопротеїновими кислотами, білками S. Крім того, деякі постбіотики мають кілька біоактивностей, здатних одночасно активувати різні внутрішньоклітинні сигнальні шляхи. Ліпопротеїнові кислоти (ЛТА) розвивають кілька властивостей цього типу, вони виконують різні функції - протипухлинну, антиоксидантну та імуномодулюючу (17) .
Також була виявлена гепатопротекторна роль постбіотиків. У зв'язку з цим суспензія, отримана після лізису клітинної стінки Lactobacillus fermentum BGHV110, мала здатність зменшувати індуковану ацетамінофеном гепатотоксичність у клітинах печінки G2. Цей ефект став можливим завдяки активації аутофагії в клітинах G2 шляхом активації сигнального шляху PINK1. Цей ефект був відтворений в інших дослідженнях, таких як Шарма та ін. (2011), який продемонстрував на лабораторних тваринах гепатопротекторну дію внутрішньоклітинної суспензії з видів Enterococcus lactis та Lactobacillus acidophilus. Крім того, дослідники виявили, що постбіотики мають потенціал для нормалізації рівня глутатіону та зниження біомаркерів окисного стресу.
Ще один важливий ефект був описаний у дослідженні Canonici та співавт. (2011), які, використовуючи культуру, отриману з Saccharomyces boulardii на моделях in vitro, спостерігали збільшення відновлювальної здатності уражень та міграцію клітин за рахунок активації 2 b 1 рецепторів колагену. значно відновлюють епітелій кишечника після травми і можуть використовуватись при широкому діапазоні шлунково-кишкових розладів (18) .
Біоактивність постбіотиків свідчить про те, що ці сполуки можуть сприяти поліпшенню стану здоров’я, активуючи безліч внутрішньоклітинних сигналів та поєднуючи їх дію з іншими живими метаболітами та мікроорганізмами.
Значення постбіотиків у харчовій та фармацевтичній промисловості
Харчова промисловість постійно розвивається, постійно прагне запропонувати нові продукти. Таким чином, в останні роки був розроблений новий асортимент продуктів, що містять пробіотики.
З іншого боку, проблема, пов’язана із вживанням пробіотиків у їжі, пов’язана з тим, що деякі штами пробіотиків мають здатність протистояти дії антибіотиків.
Іншим приводом для занепокоєння щодо використання пробіотиків є підтримка життєздатності бактерій під час переробки та зберігання продуктів. На життєздатність бактерій, що використовуються в пробіотиках, можуть впливати різні фактори - взаємодія з іншими мікробними видами, рівень кислотності продукту, температура навколишнього середовища, час бродіння тощо. (19) .
На відміну від цього, постбіотики набагато стабільніші, ніж форми, отримані з живих бактерій. Наприклад, пептиди з антимікробними властивостями, головним чином бацилізин та холотетаїн, що виробляються Bacillus sp. Штам CS93, розчинні і залишаються активними протягом тривалого діапазону рН. Крім того, постбіотики можна використовувати в контрольованому та стандартизованому середовищі, тоді як у випадку з пробіотиками їх біоактивність у кишечнику залежить від конкретної метаболічної активності кожного штаму.
В даний час у фармацевтичній промисловості використовуються такі продукти: Colibiogen ® - «вільний від клітин та білків», отриманий із культур штаму Escherichia coli Laves 1931; містить амінокислоти, пептиди, полісахариди та жирні кислоти. Основний ефект - протизапальний та регенеративний слизової оболонки кишечника.
Del-Immune ® - це ще один продукт, який містить пептиди, амінокислоти та фрагменти ДНК із штаму L. rhamosus V - зменшує шлунково-кишковий дискомфорт у дітей з аутизмом (20) .
Недавні дослідження показали, що метаболіти, що є результатом лізису бактерій - гіалуронова кислота, сфінгомієлін, пептидоглікани, ліпотехоєва кислота, молочна кислота, оцтова кислота - можуть надавати широкий спектр дії і можуть приносити великі переваги в дерматологічних станах: екзема, атопічний дерматит, загоєння рубців. і сонячні опіки, захист від сонця (21) .
Основним застосуванням постбіотиків є їх введення в молочні суміші.
На додаток до вже відомих молочних сумішей, які містять пре- та пробіотики, нові молочні продукти, отримані в процесі бродіння, можуть бути життєздатною альтернативою для немовлят з проблемами шлунково-кишкового тракту.
Зброджуючи коров’яче молоко різними штамами бактерій з подальшою короткою термічною обробкою, виходить молочна суміш, яка не містить активних бактерій, а лише продукти бродіння.
Хоча розлади шлунково-кишкового тракту зазвичай незначні та нешкідливі для дитини, вони можуть більше вплинути на батьків, оскільки дитина невтішна, і вони йдуть до лікаря. Зазвичай ці проблеми з часом вирішуються, і тому лікування наркотиками не є першим наміром. Формули, що містять постбіотики, дуже корисні в цих ситуаціях, головним чином завдяки тому, що вони полегшують травлення та дозрівання кишечника (22) .
Постбіотики складаються з метаболітів та/або компонентів клітинної стінки, що виділяються живими бактеріями або є результатом лізису бактерій, що благотворно впливає на здоров’я господаря. Вони мають протизапальні, імуномодулюючі, антибіогенні, гіпотензивні, гіпохолестеринемічні, антипроліферативні та антиоксидантні властивості. Ці властивості підкріплюють твердження про те, що постбіотики покращують здоров’я хазяїна, стимулюючи внутрішньо- та міжклітинні шляхи та відповіді, які до кінця не з’ясовані.
Потрібні подальші дослідження, щоб зрозуміти їхні дії та сигнали, які вони модулюють. Після розуміння можна закласти основи безпечного та ефективного великого виробництва постбіотиків.
Щодо механізмів виробництва, дуже важливо з великою обережністю ставитися до кожного штаму, не змінюючи його, щоб усунути мінливість постбіотиків, що виникають внаслідок різних штамів, та вплив на них факторів навколишнього середовища, які найчастіше неможливо контролювати.
Крім того, щоб постбіотики стали довготривалим терапевтичним засобом, слід проводити рандомізовані подвійні сліпі дослідження на людях та лабораторних тваринах для підтвердження сприятливого впливу на господаря.
Конфлікт інтересів: Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.