Wpływ mikroflory jelit na nasze zdrowie. Cz. III: Terapeutyczne właściwości probiotyków.

Dotychczasowa praktyka kliniczna wykazuje, że tylko kompleksowe i indywidualne podejście do pacjenta daje wymierne efekty. Toteż nie jest wyjściem sięgnięcie po pierwszy lepszy probiotyk, gdyż okazało się, że warunkiem osiągnięcia zamierzonego efektu terapeutycznego jest przyjmowanie preparatu w sposób celowany. Można to porównać do przyjęcia konkretnego antybiotyku na konkretną infekcję bakteryjną. Niezbędna jest tu analiza stanu pacjenta i diagnostyka, często w oparciu o badanie mikrobiologiczne stanu flory jelitowej (nie mylić z badaniem kału na pasożyty).

Literatura medyczna wskazuje, które szczepy bakterii probiotycznych są pomocne w leczeniu danego schorzenia. Preparat terapeutyczny powinien być sporządzony w oparciu o szczepy wzorcowe, zdeponowane w branżowych instytutach mikrobiologicznych. Jedną z najbardziej znanych kolekcji takich szczepów jest Collection Nationale de Cultures de Microorganismes w Instytucie Pasteura w Lille, we Francji.

Leczenie nieswoistego zapalenia jelit (IBD)

Termin nieswoiste zapalenie jelit (IBD – inflammatory bowel disease) jest stosowany do określenia dwóch przewlekłych chorób jelit: wrzodziejącego zapalenia jelita grubego (colitis ulcerosa – UC) i choroby Leśniowskiego-Crohna (Crohn disease – CD). Częstość występowania zachorowań na IBD wciąż wzrasta, głównie w krajach wysoko rozwiniętych. Nie jest do końca poznana etiologia tych schorzeń. Częściowo zachorowalność związana jest z predyspozycjami genetycznymi (osoby z mutacją genu CARD15/NOD wykazują predyspozycję do rozwoju CD), ale występują także czynniki środowiskowe, biorące udział w patogenezie choroby. Najważniejsze z nich to dieta, nieprawidłowy skład mikroflory jelitowej (ilościowy i jakościowy) oraz uszkodzenie tkanek związanych z układem odpornościowym.

Okazuje się, że flora bakteryjna odgrywa znaczącą rolę w wywoływaniu i nasilaniu stanu zapalnego. Badania dotyczące składu flory jelitowej u osób chorych wykazały, że u pacjentów UC i CD wzrastała liczba bakterii tlenowych, np. E. coli i bakterii beztlenowych z rodzaju Bacteroides, a malała liczba drobnoustrojów z rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium. U chorych z UC stosowanie niepatogennego szczepu E. coli Nisle 1917 działało równie skutecznie jak leczenie samą mesalazyną. Podanie pacjentom z CD szczepu Saccharomyces boulardii z mesalazyną znacząco zmniejszało częstość remisji, w porównaniu z wynikami uzyskanymi w grupie, która otrzymywała tylko mesalazynę. Wykazano, że probiotyk zawierający w swym składzie Bifidobacterium lactis LA 304, Lactobacillus acidophilus LA 201 oraz Lactobacillus salivarius LA 302 wzmacnia florę jelitową, zmniejsza stan zapalny i łagodzi ból (efekt porównywalny z zastosowaniem 1 mg/kg morfiny).

Z kolei w Zespole Jelita Drażliwego (ZJD) z przewlekłą biegunką, zaburzenia jelitowe łagodzone są przez probiotyk zawierający następujące szczepy: Bifidobacterium lactis LA 303, Bifidobacterium lactis LA 304, Lactobacillus acidophilus LA 201, Lactobacillus plantarum LA 301 oraz Lactobacillus salivarius LA 302 . W ZJD z przewlekłymi zaparciami, pasaż jelitowy poprawiają następujące szczepy probiotyczne: Bifidobacterium longum LA 101, Lactobacillus helveticus LA 102, Lactococcus lactis LA 103 oraz Streptococcus thermophilus LA 104.

Leczenie alergii pokarmowej

Teoria mikrobiologiczna, tłumacząca powstawanie alergii, opiera się na zmianie składu mikroflory jelitowej w okresie noworodkowym, która wpływa na układ immunologiczny różnicując go w kierunku prozapalnym i proalergicznym. Stwierdzono, że podawanie probiotyków w okresie perinatalnym znacznie zmniejsza występowanie chorób alergicznych w późniejszym wieku. W grupie pacjentów otrzymujących szczep Lactobacillus rhamosus GG stwierdzono dwukrotny spadek występowania wyprysku atopowego w drugim roku życia. Podobne wyniki otrzymano stosując szczep Lactobacillus rhamosus GG wraz z innymi trzema szczepami: Lactobacillus rhamosus LC705, Bifidobacterium breve bb99 i Propionibacterium freudenreichii spp. Należy zaznaczyć, że efekt kliniczny działania probiotyków jest ściśle szczepo- i dawkozależny, a także może zależeć od sposobu podawania bakterii.

Leczenie zakażeń bakteriami Helicobacter pylori

Helicobacter pylori to oportunistyczna, Gram-ujemna bakteria zaliczana do pałeczek. Zasiedla ona śluzówkę żołądka. Jest odpowiedzialna za zwiększenie ryzyka wystąpienia takich schorzeń jak: zapalenie żołądka, wrzody żołądka oraz wrzody dwunastnicy. Bakterie te wytwarzają ureazę, która hydrolizuje mocznik do amoniaku, powodując wzrost pH w żołądku, sprzyjający zasiedlaniu go przez te drobnoustroje.

W wyniku przeprowadzonych in vitro i in vivo badań stwierdzono, że szczepy Lactobacillus reuteri, Bacillus subtilis 3, Lactobacillus salivarius LA 302 i Lactobacillus plantarum LA 301 hamują wzrost i adhezję Helicobacter pylori do nabłonka żołądka. Wyniki badań klinicznych nie są jednak do końca zadowalające. Co prawda szczep Lactobacillus acidophilus (johnsonii) La1 obniżał ilość mocznika w teście oddechowym i redukował stan zapalny, ale nie prowadził do eradykacji Helicobacter pylori. Podobne wyniki uzyskano testując szczep Lactobacillus reuteri i mieszaninę różnych szczepów probiotycznych w połączeniu z antybiotykami. Interesujące okazały się wyniki badaczy, którzy do standardowej metody leczenia zakażenia włączyli jogurt zawierający Lactobacillus acidophilus HY2177, Lactobacillus casei HY2743, Bifidobacterium longum HY8001 i Streptococcus thermophilus B-1. Wpływał on znacząco na podniesienie stopnia eradykacji Helicobacter pylori.

Leczenie zakażeń bakteriami Enterobacteriaceae

Bakterie należące do rodziny Enterobacteriaceae to Gram-ujemne pałeczki, będące względnymi beztlenowcami. Większość z nich stanowi naturalną florę jelitową człowieka, ale część z nich wywołuje choroby układu pokarmowego. Niektóre z nich występują w środowisku naturalnym i mogą stanowić czynnik etiologiczny wielu chorób m.in. biegunek. Bakterie takie jak E. coli, Salmonella, Shigella są odpowiedzialne za większość przypadków ostrych biegunek i „biegunek podróżnych”.

W badaniach in vitro z wykorzystaniem modelu linii ludzkich komórek Caco-2 wykazano, że probiotyczne szczepy Lactobacillus casei LA 205, Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus rhamonsus LC-705 znacznie hamowały adhezję do ściany jelita patogennych szczepów. Podobny efekt uzyskano w przypadku szczepów Lactobacillus acidophilus LA 201 i Lactobacillus plantarum LA 301. Natomiast szczepy Lactobacillus casei Shirota i Lactobacillus johnsonii LJ1 redukowały zdolność adhezji szczepu Salmonella Typhimurium.

Leczenie zakażeń rotawirusami

Rotawirusy to grupa wirusów należących do rodziny reowirusów (Reoviridae). Wyróżnia się wśród nich siedem głównych grup, z czego trzy (A, B i C) są patogenne dla ludzi. Najbardziej powszechne są zakażenia rotawirusami grupy A. Powodują one ostre stany zapalne żołądkowo-jelitowe, znane również jako grypa jelitowa. Są też najczęstszą przyczyną ostrej biegunki u dzieci. Dotychczas nie opracowano swoistego leczenia tych zakażeń.

W leczeniu choroby znalazły zastosowanie probiotyki. Istnieje wiele badań klinicznych potwierdzających korzystny wpływ szczepów probiotycznych (m.in. Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus helveticus LA102, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum LA101, Streptococcus thermophilus LA 104, Bifidobacterium lactis HN019, Lactococcus lactis LA103) polegający na w skracaniu czasu trwania biegunki i jej zapobieganiu.

Leczenie biegunek po antybiotykoterapii

Objawem niepożądanym, występującym u pacjentów leczonych antybiotykami, jest biegunka. Częstość jej występowania szacuje się na 5–25%. Leczenie antybiotykami prowadzi do rozwoju bakterii z rodzaju Clostridium, odpowiedzialnych za większość przypadków wystąpienia biegunki. Stosowanie probiotyków u pacjentów leczonych antybiotykami zmniejsza o prawie 60% ryzyko pojawienia się biegunki. Najwięcej badań dotyczących leczenia probiotykami przeprowadzono z użyciem szczepu Lactobacillus rhamnosus GG i Saccharomyces boulardii. Stwierdzono, że korzystny efekt terapeutyczny w dużej mierze zależy od dawki probiotyku i czasu jego podawania.

Probiotyki w profilaktyce chorób nowotworowych

U podłoża karcynogenezy leżą zarówno predyspozycje genetyczne, jak i czynniki środowiskowe. Ostatnio pojawiają się sugestie, że nie tylko czynniki takie jak spożywanie czerwonego mięsa, picie alkoholu lub brak aktywności fizycznej mogą prowadzić do chorób nowotworowych, ale także zmiany jakościowe i ilościowe w składzie mikroflory jelitowej mogą być źródłem choroby. Wykazano, że szczepy probiotyczne mogą zmniejszać aktywność działania wielu karcynogenów. Preparaty zawierające szczep Bifidobacterium infantis hamowały aktywność nowotworową, a szczepy Lactobacillus casei (LC9018) indukowały mechanizmy odpowiedzi immunologicznej przeciw komórkom nowotworowym. W badaniu z ludzką linią nowotworową HT-29, hodowaną na podłożu zawierającym szczepy Lactobacillus helveticus, Lactobacillus acidophilus, Streptococcus thermophilus i Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus uzyskano zahamowanie wzrostu 50% komórek rakowych.

Okazuje się, że karcynogeneza może być modyfikowana przez probiotyki także poprzez wpływ na gospodarkę lipidową, gdyż ludzkie komórki nowotworowe wymagają endogennej syntezy kwasów tłuszczowych. Zmniejszenie lipogenezy wątrobowej przez szczepy probiotyczne i prebiotyki może być pomocne w profilaktyce chorób nowotworowych a także w ich leczeniu.

Mechanizmy aktywności przeciwnowotworowej bakterii probiotycznych mogą być związane z hamowaniem w jelitach rozwoju bakterii syntetyzujących enzymy katalizujące przemiany prekursorów związków karcynogennych do związków karcynogennych. Bakterie probiotyczne zdolne są ponadto do wykorzystywania (lub wiązania) związków rakotwórczych pochodzących z diety lub tworzonych przez bakterie chorobotwórcze w jelitach.

Szanse na wykorzystanie probiotyków w leczeniu chorób nowotworowych są realne. Poznaje się coraz więcej mechanizmów uruchamianych przez probiotyki i wpływających na ochronę organizmu przed powstaniem zmian nowotworowych.

Probiotyki przyszłości – farmabiotyki

W projektowaniu probiotyków, mającym na celu otrzymanie szczepów o udoskonalonych cechach użytkowych, wykorzystuje się metody inżynierii genetycznej. Modyfikacje probiotyków dotyczą zarówno zmian w zakresie funkcjonalnym jak i technologicznym. Przykładem na uzyskanie korzystnej zmiany w zakresie technologicznym jest wykorzystanie wysoce funkcjonalnych mechanizmów osmoprotektantów od dzikich szczepów patogennych (np. Listeria monocytogenes).

Wykazano, iż gen betL, wklonowany do szczepu probiotycznego Lactobacillus salivarius UCC118, znacząco poprawia jego oporność na biotechnologiczne czynniki stresowe.

Bakterie probiotyczne po podaniu doustnym muszą wykazywać również odpowiedni poziom oporności na fizykochemiczne mechanizmy obronne organizmu gospodarza. Do mechanizmów tych należy kwaśne środowisko żołądka oraz działanie żółci i innych enzymów trawiennych. Transformacja genu bet L do szczepu Bifidobacterium breve UCC2003 pozwoliła osiągnąć jego wysoką przeżywalność w środowisku o podwyższonej osmolarności i obecności soków trawiennych.

Poza ulepszaniem szczepów probiotycznych w zakresie podniesienia oporności na czynniki technologiczne, modyfikacje genetyczne probiotyków wykorzystywane są również dla osiągnięcia lepszych efektów klinicznych. Możliwe jest wykorzystanie specyficznie modyfikowanych probiotyków w leczeniu infekcji jelitowych, wywołanych przez enteropatogenne bakterie, wytwarzające toksyny. W tym przypadku modyfikacje probiotyków polegają na ekspresji na powierzchni komórek bakteryjnych specyficznego receptora dla określonej toksyny. Przykładem jest zmodyfikowany szczep E. coli R1 z bardzo dużą liczbą analogów powierzchniowego receptora toksyny Stx, produkowanej przez Shigella dysenteriae. Podobne rozwiązanie zastosowano w projektowaniu nowych strategii w leczeniu zakażeń HIV.

Innym, potencjalnym zastosowaniem probiotyków, może stać się wykorzystanie ich jako nośnika antygenów w celu przygotowania doustnych szczepionek. Probiotyki mogą być zmodyfikowane w celu służenia jako swoisty nośnik dla genów kodujących antygeny specyficzne dla danych patogenów. W przeprowadzonych dotychczas badaniach wykorzystano do tego celu szczep probiotyczny Lactococcus lactis.

dr Karol Adamkowski

adres autora: adamkowski.karol@gmail.com

Piśmiennictwo:

Geert Huys: Microbial characterization of probiotics–Advisory report of the Working Group “8651 Probiotics” of the Belgian Superior Health Council (SHC)Mol. Nutr. Food Res. 2013, 57, 1479–1504
Sheehan V.M.: Heterologous expression of BetL, a betaine uptake system, enhances the stress tolerance of Lactobacillus salivarius UCC118. Appl.Environ. Microbiol. 72, 2170 (2006)
Guimarães V.D.: Internalin-expressing Lactococcus lactis is able to invade small intestine of guinea pigs and deliver DNA into mammalian epithelial cells. Microbes Infect. 7, 836–44 (2005)
Rao S.: Toward a live microbial microbicide for HIV: commensal bacteria secreting an HIV fusion inhibitor peptide. Proc. Natl. Acad.Sci. USA, 102, 11993–11998 (2005)
Oelschlaeger T.A.: Mechanisms of probiotic actions – a review. Int. J. Med. Microbiol. 2010; 300: 57–62.
Gorbach S.L.: Probiotics and gastrointestinal health. Am. J. Gastroenterol. 2000; 95: (supl. 1): S2–S4.
Gulati A.S., Dubinsky M.C.: Probiotics in pediatric inflammatory bowel diseases. Curr. Gastroenterol. Rep. 2009; 11: 238–247.
Saad N., Delattre C., Urdaci M. i wsp.: An overview of the last advances in probiotic and prebiotic field. Food Sci. Technol. 2013; 50: 1–16.
Sanders M.E., Gibson G., Harsharnjit S.G., Guarner F.: Probiotics: their potential to impact human health. CAST Issue Paper 2007; 36: 1–20.
Shanahan F.: Probiotics in perspective. Gastroenterology, 139, 1808 (2010)