Wpływ mikroflory jelit na nasze zdrowie. Część II: Cechy funkcjonalne i technologiczne probiotyków.

PrzezRedakcja Aptekarza Polskiego

Stan w jakim znajduje się mikroflora jelit ma niekwestionowany wpływ na nasze zdrowie. Toteż powinniśmy wspomagać i uzupełniać naszą mikroflorę jelitową probiotykami, ale posiadającymi odpowiednie cechy funkcjonalne i spełniającymi określone kryteria technologiczne, gdyż tylko takie przyniosą  korzyść dla zdrowia.

W wyniku przeprowadzanych badań klinicznych na ludziach i zwierzętach  poznawano mechanizmy warunkujące właściwości probiotyczne wybranych szczepów i określono parametry niezbędne do uzyskania odpowiednich korzyści prozdrowotnych. Dowiedziono, że szczepy probiotyczne przywracają fizjologiczny, właściwie funkcjonujący skład flory jelitowej, hamują rozwój wielu patogennych mikroorganizmów, zmniejszają częstość występowania i łagodzą przebieg „biegunek podróżnych”, biegunek bakteryjnych, wirusowych, popromiennych i poantybiotykowych, a nawet obniżają poziom cholesterolu.

Obecnie rynek zalewany jest produktami noszącymi miano probiotycznych. Szczepy bakterii probiotycznych są stosowane jako dodatki do żywności lub w postaci preparatów farmaceutycznych, suplementów diety czy też preparatów specjalnego medycznego przeznaczenia. Jednak znaczna część tych preparatów nie spełnia stawianych im wymogów. Dobre probiotyki powinny spełniać kryteria, określone przez FAO/WHO. Najważniejsze z tych kryteriów omówione są w niniejszym artykule.

Drobnoustroje o działaniu probiotycznym

Do drobnoustrojów o działaniu probiotycznym należą 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. Oprócz nich do bakterii kwasu mlekowego zaliczane są także  mikroorganizmy z rodzaju Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Enterococcus, Carnobacterium, Oenococcus, Tetragenococcus, Vagococcus i Weissella, Bacillus spp., niektóre szczepy Escherichia coli (np. E. coli Nissle 1917) oraz Propionibacterium spp.,  jak również drożdżaki z rodzaju Saccharomyces (np. S. boulardii). Do produkcji żywności funkcjonalnej i preparatów probiotycznych najczęściej stosuje się bakterie z rodzaju Bifidobacterium, Lactobacillus, Lactococcus i Streptococcus.

Identyfikacja drobnoustrojów probiotycznych

Precyzyjne zdefiniowanie szczepu drobnoustroju jest najistotniejszą charakterystyką probiotyku, gdyż w danym rodzaju występuje wiele gatunków, a każdy z nich może mieć inne działanie.

Drobnoustrój probiotyczny zastosowany w produkcie,  powinien być  opisany  według następującego wzorca:

– rodzaj (np. Lactobacillus);

– gatunek (np. acidophilus);

– szczep – nazwa składająca się z oznaczenia literowo-cyfrowego (np. LA201).

Niestety, częstą praktyką jest podawanie przez producenta wyłącznie rodzaju zastosowanych drobnoustrojów.

Pochodzenie szczepu

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. W przypadku probiotyków dopochwowych, szczepy powinny być izolowane z układu moczowo-płciowego zdrowych, młodych kobiet. Selekcja szczepów o najkorzystniejszych właściwościach probiotycznych odbywa się wielokierunkowo. Jedną z istotnych cech probiotyków są ich właściwości przeciwbakteryjne, skierowane przeciwko patogenom przewodu pokarmowego lub układu moczowo-płciowego kobiet. Probiotyki wywierają bezpośredni wpływ na wzrost bakterii chorobotwórczych. Wywierają również pośredni wpływ, wytwarzając substancje o aktywności przeciwdrobnoustrojowej, np. bakteriocyny czy kwasy organiczne. W warunkach in vivo wymienione czynniki działają jednocześnie i często synergistycznie. Wykazano wyższą efektywność działania preparatów wieloszczepowych w porównaniu do pojedynczych szczepów. Należy jednak pamiętać, że szczepy użyte do produkcji preparatu probiotycznego wieloszczepowego nie mogą wykazywać względem siebie właściwości antagonistycznych.

Według zaleceń Światowej Organizacji Zdrowia, bakterie probiotyczne powinny produkować kwas mlekowy, z tym, że produkcja izomeru L(+) kwasu mlekowego powinna wynosić powyżej 50% całkowitej ilości produkowanego kwasu. Kwas ten, jako identyczny z powstającym w mięśniach, jest w pełni metabolizowany przez człowieka, a zakwaszenie treści jelitowej sprzyja utrzymaniu równowagi mikrobiomu jelita grubego. Niektóre bakterie mlekowe wytwarzają także kwas octowy, który łatwo wnika do wnętrza komórek i hamuje rozwój mikroorganizmów znacznie silniej niż kwas mlekowy. Istotnym jest, że bakterie kwasu mlekowego tolerują niskie pH (ok. 3–4). Podczas hodowli bakterii kwasu mlekowego w mleku, podstawowym substratem fermentacji jest laktoza, która jest rozkładana na glukozę i galaktozę. Zdolność rozkładania laktozy przez dany szczep jest bardzo ważna, ze względu na możliwość stosowania probiotyków przez pacjentów z nietolerancją laktozy.

Adhezja do komórek epithelium jelitowego

Z punktu widzenia skuteczności probiotyku, istotna jest ocena jego zdolności przylegania do komórek nabłonka jelit lub pochwy oraz żywotności w miejscu docelowym. Konkurencja in vivo o adhezję do powierzchni nabłonka miedzy mikrobiomem probiotycznym i komensalnym z jednej strony, a mikroorganizmami chorobotwórczymi z drugiej, decyduje o utrzymaniu odpowiednich relacji miedzy tymi populacjami i tym samym ma zasadniczy wpływ na zdrowie człowieka.  Zdolność do adhezji jest cechą indywidualną poszczególnych szczepów bakterii. Siła adhezji możne decydować o właściwościach probiotycznych danego szczepu. Podczas przesuwania się masy pokarmowej w kierunku odbytnicy następuje oderwanie słabo przytwierdzonych bakterii oraz skrawków nabłonka wraz z zasiedlonymi tam bakteriami. W ten sposób tworzy się nowa powierzchnia do zasiedlenia przez bakterie. Proces ten jest jedną z przyczyn zmian w składzie mikrobiomu jelitowego. Wymiana gatunków na powierzchni jelit oraz fakt, że niektóre bakterie probiotyczne mogą mieć dłuższy kontakt z organizmem ludzkim poprzez silniejsze właściwości adhezyjne, możne decydować o ich lepszej skuteczności prozdrowotnej.

Przeżywalność w przewodzie pokarmowym

Probiotyczne znaczenie mają tylko te komórki bakterii, które dotrą do miejsca oczekiwanego ich działania. W przypadku szczepów, które są stosowane doustnie, selekcja musi obejmować wybranie bakterii opornych na działanie soku żołądkowego, wydzieliny trzustki i żółci, aby mogły przetrwać pasaż przez przewód pokarmowy. Wynik badania in vitro powinien potwierdzać brak lub minimalny spadek gęstości badanego szczepu po inkubacji ze sztucznym sokiem żołądkowym.

Ze względu na fakt, iż właściwości probiotyków są swoiste dla danego szczepu, identyfikacja szczepu powinna następować zarówno za pomocą metod fenotypowych jak i metod genotypowych. W preparatach probiotycznych korzystnie jest stosować szczepy izolowane z populacji, w której mają mieć później zastosowanie. Wiadomo bowiem, że skład mikrobiomu człowieka jest inny u mieszkańców rożnych rejonów świata i zmienia się w zależności od diety i wieku.

Ilość bakterii

Przyjmuje się, że liczba mikroorganizmów probiotycznych w preparatach farmaceutycznych i probiotycznych suplementach diety powinna wynosić około 1010 – 1011  komórek na 1 g produktu, w mleku w proszku dla niemowląt ok. 107 komórek na 1 g, w produktach spożywczych natomiast ok. 108 komórek w 1 gramie, tak aby porcja 100 gramowa dostarczyła około 1010 bakterii probiotycznych. Poziom taki powinien  być zachowany do końca terminu przydatności produktu do spożycia.

Bezpieczeństwo probiotyków

Stosowane w probiotykach drobnoustroje nie mogą być patogenne, czyli powinny posiadać status GRAS (generally recognized as safe). W aspekcie toksyczności ostrej i przewlekłej probiotyki są uważane za bezpieczne. Zakłada się, że  bezpieczna dawka bakterii probiotycznych dla człowieka o masie ciała 70 kg wynosi 35 g suchej masy bakterii. Prowadzone badania nad ewentualną toksycznością przewlekłą bakterii kwasu mlekowego nie wykazały widocznych efektów toksycznych, w  tym zaburzeń funkcji wątroby i  śledziony. Dowiedziono także, ze pałeczki kwasu mlekowego oraz inne bakterie probiotyczne nie wywołują efektów karcynogennych. 

Otrzymywanie produktów probiotycznych

Probiotyki stosowane profilaktycznie lub leczniczo są najczęściej przygotowywane w postaci liofilizowanej biomasy zamkniętej w szklanych fiolkach, saszetkach lub kapsułkach twardych.  Proces liofilizacji zapewnia najlepsze parametry jakościowe suchego preparatu bakteryjnego. Większość bakterii probiotycznych jest wrażliwa na ogrzewanie i ginie w temperaturze 60–85°C, stąd suszenie sublimacyjne, które można prowadzić długo i w niższych temperaturach, jest najszerzej stosowaną techniką produkcyjną dla otrzymania suchej biomasy. Preparaty liofilizowane, dzięki dużej powierzchni cząstek, odznaczają się na ogół dobrą rozpuszczalnością, często są silnie higroskopijne. Technologia produkcji liofilizowanych bakterii probiotycznych pozwala na uzyskanie preparatów odznaczających się trwałością i cechujących się wysokim poziomem żywotności podczas suszenia i przechowywania.

Rzadziej stosowaną metodą otrzymywania suchej biomasy bakteryjnej jest suszenie rozpyłowe.  Jednak podczas tego procesu często dochodzi do uszkodzenia komórek i utraty żywotności kultur probiotycznych. Proszek bakterii otrzymywany suszeniem rozpyłowym ma złą zwilżalność, utrudniającą rehydratację. Za stosowaniem suszenia rozpyłowego do utrwalania biomasy przemawiają przede wszystkim względy ekonomiczne, gdyż koszty tej metody są sześć razy niższe niż koszty liofilizacji.

Odporność na procedury technologiczne i czas konserwacji

Stabilność i przeżywalność szczepów probiotycznych w formie suchej zależy od temperatury przechowywania i zawartej w nich wody, przy czym aktywność wody jest tu funkcją temperatury. Stąd trwają ciągle poszukiwania metod temu przeciwdziałających. Szczególnie korzystnym nośnikiem bakterii probiotycznych podczas suszenia jest mleko. Mleko jest naturalnym środowiskiem występowania bakterii kwasu mlekowego. Zapewnia buforowanie treści żołądka i lepsze przeżycie bakterii podczas pasażu przez przewód pokarmowy, a zawarta w mleku laktoza stanowi substrat wzrostowy dla bakterii. Przeżywalność podczas suszenia oraz stabilność podczas  przechowywania udaje się także poprawić, dodając substancji o charakterze ochronnym, takich jak kwas askorbinowy, glutaminian sodu, ekstrakt drożdżowy, maltodekstryna, skrobia, guma arabska, żelatyna lub jogurt.

Dla zapewnienia odpowiedniej żywotności bakterii w preparacie probiotycznym korzystne jest zapewnienie warunków chłodniczych, niskiego poziomu aktywnej wody oraz stosunkowo krótkiego czasu trwałości (12–24 miesięcy). Jednakże produkt konfekcjonowany z niską zawartością wody  możne być przechowywany w wyższej temperaturze (4–30°C).

Badania nad jakością produktów probiotycznych wykazują, że największym problemem technologicznym jest zachowanie wysokich stężeń bakterii probiotycznych podczas przechowywania i pasażowania przez żołądek. Toteż pojawiły się nowe techniki przygotowania probiotyków, z wykorzystaniem mikrokapsułek  chroniących przed działaniem kwasu żołądkowego i żółci, przez co wpływają na polepszenie przeżywalności w przewodzie pokarmowym. Każda mikrokapsułka jest powleczona specjalną polewą, zabezpieczającą ją przed działaniem kwasu i temperatury. W procesie mikrokapsulacji używa się takich substancji jak alginiany, gumy (żelatynowa i ksantanowa), K-karagenian, ftalan octanu celulozy, chitosan, skrobia, żelatyna, białka mleka. Oprócz funkcji ochronnych i kontrolujących reakcje oksydacyjne, mikrokapsułki pełnią także role maskowania smaku, koloru i zapachu, zapewnienia trwałego i kontrolowanego uwalniania, przedłużenia terminu ważności i wiele innych.

Podsumowując powyższe rozważania nasuwa się wniosek, że obecnie probiotyki wykorzystywane są głównie do wspierania mikroorganizmów jelitowych w ich walce z zakażeniami. Ale coraz liczniejsze doniesienia naukowe wskazują, że mogą one też być modyfikowane genetycznie w celu otrzymywania szczepów o ukierunkowanym działaniu terapeutycznym. Badania prowadzone w tym kierunku stwarzają nadzieję, że probiotyki będą w niedalekiej przyszłości odgrywać znaczącą rolę w  mikrobiologii farmaceutycznej i lecznictwie.

dr Karol Adamkowski

adres autora: adamkowski.karol@gmail.com

Piśmiennictwo

  1. Adamkowski K.: Wpływ mikroflory jelit na nasze zdrowie. Część I: Interakcje jelitowo-mózgowe. http://archiwum.aptekarzpolski.pl/2017/04/wplyw-mikroflory-jelit-na-nasze-zdrowie-czesc-i-interakcje-jelitowo-mozgowe/
  2. Chen S.: Development of a novel probiotic delivery system based on microencapsulation with protectans. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93,1447, (2012)
  3. Collado M.C.: Adhesion and aggregation properties of probiotic and pathogen strains. Eur. Food Res. Technol. 226, 1065, (2008)
  4. Dunne C.: In vitro selection criteria for probiotic bacteria of human origin: correlation with in vivo findings. Am. J. Clin. Nutr. 73(suppl), 386, (2001)
  5. Forrsten S.D.: Probiotics from an industrial perspective. Anaerobe, 17, 410, (2011)
  6. Grajek W,. Sip A.: Antagonistic activity of probiotics against pathogenic microorganisms. Zakażenia, zesz. 1, 49, (2006)
  7. Libudzisz Z.: Human intestinal microfora and probiotics. Zakażenia, zesz. 6, 47, (2004)
  8. Shanahan F.: Probiotics in perspective. Gastroenterology, 139, 1808 (2010)

Podobne wpisy