Postbiotiká - úvod, klasifikácia a zdravotné prínosy

Prvýkrát zverejnené: 23. júna 2018

Redakčná skupina: MEDICHUB MEDIA

DVA: 10.26416/Peri.2.2.2018.1816

Abstrakt

Postbiotiká alebo paraprobiotiká sú neživotaschopné bakteriálne produkty alebo metabolické vedľajšie produkty, ktoré sa vylučujú zo živých baktérií, alebo produkty, ktoré sa uvoľňujú po chemickej alebo mechanickej lýze baktérií - ako sú enzýmy, organické kyseliny a peptidy. V tomto článku by sme chceli našim čitateľom priblížiť postbiotický koncept, metódy používané na získanie a identifikáciu postbiotík, triedy postbiotík a ich použitie v potravinárskom priemysle.

Zhrnutie

Postbiotiká alebo paraprobiotiká sú neživotaschopné bakteriálne produkty, metabolity, ktoré sú vylučované živými baktériami alebo produkty uvoľnené po ich chemickej alebo mechanickej lýze, ako sú enzýmy, organické kyseliny alebo peptidy. V tomto článku by sme chceli predstaviť čitateľom nášho časopisu pojem postbiotika, metódy použité na ich identifikáciu, triedy postbiotík a ich úloha v potravinárskom priemysle.

Pstbiotiká sú rozpustné faktory vylučované živými baktériami alebo vznikajúce pri ich lýze. Miesto ich pôsobenia je tenké črevo, kde spolu s pre- a postbiotikami ovplyvňujú črevnú mikrobiotu (1) .

Črevná mikrobiota predstavuje súhrn mikroorganizmov z tenkého a hrubého čreva, ktoré sú schopné produkovať signálne molekuly a majú dôležitú úlohu pri regulácii normálneho fungovania tela. Skladá sa z viac ako 100 biliónov bakteriálnych buniek s asi 1 000 bakteriálnymi druhmi (2) .

Črevná mikrobiota je dôležitou súčasťou tela s mnohými funkciami a súčasne sa prostredníctvom nerovnováh, ktoré sa vyskytujú na jej úrovni, podieľa na viacerých patológiách.

Zloženie črevnej mikrobioty sa začína formovať už pred narodením (3) .

Ďalej na ňu majú vplyv rôzne faktory, ako napríklad spôsob narodenia, strava, dojčenie alebo dojčenie. Okolo veku 2 - 3 rokov sa zloženie mikrobioty stabilizuje a začína sa podobať zloženiu dospelého; dokonca aj po dozretí môžu nastať zmeny, a to buď v závislosti od typu stravy - vegetariánskej alebo nie, hypo- alebo normokalorickej - alebo v dôsledku podaného lieku alebo v prostredí, v ktorom osoba žije (4) .

Úlohy mikrobioty sú rôznorodé, najbežnejšia je aktívna mechanická a biologická bariéra určená na ochranu tela pred infekčnými agresiami na tejto úrovni (5). .

Kvalitatívna a kvantitatívna modifikácia mikrobioty, po ktorej nasleduje zmena štruktúry črevnej sliznice, vedie k zvýšenej permeabilite pre imunologicky tolerované baktérie, čo spolu s patologickým črevným zápalom a nadmernou stimuláciou imunitnej odpovede iniciuje procesy s lokálnymi a systémovými následkami.: črevné, pečeňové, metabolické poruchy (dyslipidémia, cukrovka), reumatologické alebo neuropsychiatrické poruchy (úzkosť, depresia) (6) .

Identifikácia nových tried postbiotík a spôsobov zodpovedných za ich produkciu by teda mala viesť k lepšiemu mechanickému porozumeniu úlohy probiotík, prebiotík a špecifických postbiotík pri obnove zloženia a funkcie črevnej mikrobioty (7). .

Napriek tomu, že mechanizmy získavania zdravotných prínosov postbiotík ešte nie sú úplne objasnené, vedecké údaje ukazujú, že postbiotiká majú rôzne funkčné vlastnosti, ako napríklad: antimikrobiálne, antioxidačné a imunomodulačné. Tieto vlastnosti môžu pozitívne ovplyvniť homeostázu mikroflóry alebo metabolizmus hostiteľa a jeho signálne dráhy, a tým ovplyvniť špecifické fyziologické, neurohormonálne, regulačné, imunologické a určité metabolické reakcie (8). .

V súčasnosti existuje dosť rozsiahlych informácií o základných, terapeutických a technologických aspektoch „dobrých“ baktérií. Väčšina štúdií sa však zamerala na celé bunky (živé bunky alebo tepelne inaktivované bunky) alebo na komponenty bunkovej membrány/steny a pokiaľ ide o rozpustnú intracelulárnu frakciu (tj postbiotiká), literatúra sa na ne zamerala menej. (9) .

Aj keď nedávno bol objavený význam postbiotík, a to napriek skutočnosti, že neboli úplne identifikované mechanizmy ich pôsobenia a štruktúra, údaje o ich prínosoch pre zdravie stále stúpajú. K dnešnému dňu existuje iba niekoľko štúdií o postbiotikách, najmä syntetizovaných postbiotikách z druhu Lactobacillus (10) .

Črevné komenzálne baktérie úplne závisia od hostiteľa, ktorý poskytuje živiny potrebné na produkciu rastu a vývoja mikrobioty. Zároveň počas životného cyklu baktéria produkuje metabolity s nízkou molekulovou hmotnosťou; tieto zlúčeniny zohrávajú kľúčovú úlohu pri regulácii procesov rastu a reprodukcie, stimulujú procesy rastu iných mikroorganizmov, medzibunkovú komunikáciu a poskytujú ochranu pred stresormi. Niektoré z týchto rozpustných metabolitov môžu byť vylučované živými baktériami alebo vylučované bakteriálnou lýzou, čo poskytuje fyziologické výhody zmenou bunkových procesov a metabolických dráh hostiteľa (11) .

Aj keď sa tieto výhody môžu u jednotlivých baktérií líšiť, je možné (aspoň teoreticky) pomocou bioinžinierstva vyrobiť rekombinantné probiotiká schopné vykonávať rôzne prospešné vlastnosti, pretože obsahujú biologické kópie týchto bioaktívnych metabolitov.

Všeobecne možno postbiotiká navzájom odlíšiť, a to buď podľa ich elementárneho zloženia (napr. Lipidy, bielkoviny, uhľohydráty, vitamíny, organické kyseliny), alebo podľa ich fyziologických vlastností vrátane: imunomodulačných, protizápalových, znižujúcich hladinu cholesterolu, antiobezity, antihypertenzív., antiproliferatívne a antioxidačné (12) .

Postbiotiká majú tiež niektoré spoločné vlastnosti, ako napríklad: rovnaké bezpečnostné limity a dlhá trvanlivosť (až päť rokov, ak sa používajú ako prísada do potravín, nápojov alebo výživových doplnkov). Štúdia Shenderova (2013) navyše ukázala, že postbiotiká majú ďalšie veľmi užitočné vlastnosti, ako je ľahká absorpcia, metabolizmus, distribúcia a eliminácia, vlastnosti, ktoré možno použiť na vizualizáciu/vyšetrovanie rôznych orgánov a tkanív. hostiteľa, čím sa aktivujú rôzne biologické reakcie (13) .

Veľmi dôležitou vlastnosťou postbiotík je navyše to, že môžu napodobňovať priaznivý zdravotný účinok probiotík, ale bez podávania živých baktérií, čo môže mať tiež nežiaduce nepriaznivé účinky na hostiteľa - účinky preukázané v štúdii Tsilingri (2012), ktorý poukázal na to, že probiotiká môžu vyvolať lokálnu zápalovú reakciu podobnú tej, ktorú vyvoláva Salmonella (14). S podávaním živých baktérií sú spojené aj ďalšie riziká - napríklad u imunosuprimovaných a predčasne narodených pacientov sa v dôsledku probiotickej translokácie môže vyskytnúť nadúvanie, plynatosť alebo dokonca bakteriémia. Z týchto dôvodov sa užívanie postbiotík považuje za životaschopnú a oveľa bezpečnejšiu alternatívu ako probiotiká (15). .

Postbiotiká sa získavali pomocou metód lýzy buniek a sem zaraďujeme: teplo, enzymatické ošetrenie, extrakciu rozpúšťadlom, ultrazvuk. Okrem týchto primárnych postupov sa použili aj metódy, ako je centrifugácia, dialýza a chromatografia.

Napriek všetkým metódam používaným na detekciu, identifikáciu a kvantifikáciu postbiotík je potrebný podrobný výskum použitých metód a extrakčných protokolov, aby bolo možné identifikovať nové postbiotiká, porozumieť mechanizmom ich pôsobenia a modulačných dráh.

Bioaktivita postbiotík a ich účinky

V posledných rokoch sa uskutočnilo niekoľko štúdií in vitro aj in vivo zameraných na hodnotenie bioaktivity a účinkov na zdravie vrátane intracelulárnych metabolitov, ako aj určitých zložiek bunkovej steny.

Väčšina doteraz objavených postbiotík pochádza z kmeňov Lactobacillus a Bifidobacterium, ale postbiotiká sa syntetizovali aj z kmeňov Streptococcus a Faecalibacterium. Ukázalo sa, že suplementácia stravy postbiotikami znižuje krvný tlak a dodáva im antihypertenzívny účinok. Tento ochranný mechanizmus na endoteli ešte nebol objasnený, predpokladá sa však, že súvisí so zmenami v mikrobiote, obnovením funkcie črevnej bariéry a sympatickou stimuláciou obličiek (16). .

Postbiotiká majú tiež inhibičný účinok na patogénne baktérie - Listeria monocytogenes, Salmonella enterica S-100, Escherichia coli E-30 a druhy Enterococcus rezistentné na vankomycín. Okrem toho bol zistený antioxidačný účinok, in vitro aj in vivo, na určité metabolity vystavené špecifickým exopolysacharidom z kmeňov Bifidobacterium animalis, ktorým sa podarilo inhibovať oxidické a superoxidové radikály. Tento antioxidačný účinok sa zistil v rôznych intracelulárnych bakteriálnych enzýmoch - glutatiónperoxidáza (GPx), superoxiddismutáza (SOD), nikotínamid-adenín-dinukleotid (NADH) a NADH-peroxidáza. Na druhej strane sú niektoré zlúčeniny bunkových stien spojené s imunomodulačnými vlastnosťami in vitro - lipoproteínové kyseliny, proteíny S. Okrem toho majú niektoré postbiotiká niekoľko biologických aktivít, ktoré sú schopné súčasne aktivovať rôzne intracelulárne signálne dráhy. Lipoproteínové kyseliny (LTA) rozvíjajú niekoľko vlastností tohto typu, majú rôzne funkcie - protinádorové, antioxidačné a imunomodulačné (17) .

Taktiež bola objavená hepatoprotektívna úloha postbiotík. V tomto ohľade mala suspenzia získaná po lýze bunkovej steny Lactobacillus fermentum BGHV110 schopnosť znižovať hepatotoxicitu vyvolanú acetaminofénom v pečeňových bunkách G2. Tento efekt bol možný aktiváciou autofágie v bunkách G2 aktiváciou signálnej dráhy PINK1. Tento účinok sa replikoval v ďalších štúdiách, napríklad v štúdiách Sharma a kol. (2011), ktorí demonštrovali na laboratórnych zvieratách hepatoprotektívny účinok intracelulárnej suspenzie druhov Enterococcus lactis a Lactobacillus acidophilus. Vedci navyše zistili, že postbiotiká majú potenciál normalizovať hladinu glutatiónu a znižovať biomarkery oxidačného stresu.

Ďalším dôležitým účinkom bol popísaný v štúdii Canonici et al. (2011), ktorí pomocou kultúry získanej zo Saccharomyces boulardii na modeloch in vitro pozorovali zvýšenie opravnej kapacity lézií a migráciu buniek v dôsledku aktivácie 2b 1 kolagénových receptorov. významne opravujú črevný epitel po poranení a majú potenciál na použitie pri širokej škále gastrointestinálnych porúch (18) .

Biologická aktivita postbiotík naznačuje, že tieto zlúčeniny môžu prispievať k zlepšeniu zdravia aktiváciou viacerých intracelulárnych signálov a ich kombinovaným účinkom s inými živými metabolitmi a mikroorganizmami.

Význam postbiotík v potravinárskom a farmaceutickom priemysle

Potravinársky priemysel sa neustále vyvíja, neustále sa snaží ponúkať nové výrobky. V posledných rokoch bola vyvinutá nová rada produktov obsahujúcich probiotiká.

Na druhej strane problém súvisiaci s používaním probiotík v potravinách súvisí so skutočnosťou, že niektoré kmene probiotík majú schopnosť odolávať pôsobeniu antibiotík.

Ďalším dôvodom na obavy týkajúce sa používania probiotík je udržiavanie životaschopnosti baktérií počas spracovania a skladovania výrobkov. Na životaschopnosť baktérií používaných v probiotikách môžu mať vplyv rôzne faktory - interakcia s inými mikrobiálnymi druhmi, úroveň kyslosti produktu, teplota prostredia, doba fermentácie atď. (19) .

Naopak, postbiotiká sú oveľa stabilnejšie ako formy pochádzajúce zo živých baktérií. Napríklad peptidy s antimikrobiálnymi vlastnosťami, hlavne bacilyzín a cholotetaín, produkované Bacillus sp. Kmeň CS93 sú rozpustné a zostávajú aktívne v dlhom rozmedzí pH. Okrem toho sa postbiotiká môžu používať v kontrolovanom a štandardizovanom prostredí, zatiaľ čo v prípade probiotík závisí ich bioaktivita v čreve od špecifickej metabolickej aktivity pre každý kmeň.

V súčasnosti sa vo farmaceutickom priemysle používajú nasledujúce produkty: Colibiogen® - „bez buniek a bez proteínov“, odvodený z kultúr kmeňa Escherichia coli Laves 1931; obsahuje aminokyseliny, peptidy, polysacharidy a mastné kyseliny. Hlavný účinok je protizápalový a regeneračný na črevnú sliznicu.

Del-Immune ® je ďalší produkt, ktorý obsahuje peptidy, aminokyseliny a fragmenty DNA z L. rhamosus V kmeň DV - znižuje gastrointestinálne ťažkosti u detí s autizmom (20) .

Posledné štúdie naznačujú, že metabolity vznikajúce pri bakteriálnej lýze - kyselina hyalurónová, sfingomyelín, peptidoglykány, kyselina lipotechoová, kyselina mliečna, kyselina octová - môžu poskytovať široké spektrum účinku a môžu priniesť veľké výhody pri dermatologických stavoch: ekzémy, atopické dermatitídy, hojenie jaziev. a úpal, ochrana pred slnkom (21) .

Hlavnou aplikáciou postbiotík je ich zavádzanie do mliečnych receptúr.

Okrem už známych mliečnych receptúr, ktoré obsahujú pre- a probiotiká, môžu byť pre dojčatá s problémami s gastrointestinálnym traktom životaschopnou alternatívou nové mliečne výrobky získané fermentačným procesom.

Fermentáciou kravského mlieka s rôznymi kmeňmi baktérií, po ktorej nasleduje krátke tepelné ošetrenie, vznikne mliečna receptúra, ktorá neobsahuje aktívne baktérie, ale iba produkty fermentácie.

Aj keď sú gastrointestinálne poruchy pre dieťa zvyčajne malé a neškodné, môžu mať väčší vplyv na rodičov, pretože dieťa je neutíšiteľné a idú k lekárovi. Zvyčajne sa tieto problémy časom vyriešia, a preto liečba drogami nie je prvým zámerom. Prípravky obsahujúce postbiotiká sú v týchto situáciách veľmi užitočné, hlavne kvôli tomu, že uľahčujú trávenie a dozrievanie čreva (22) .

Postbiotiká pozostávajú z metabolitov a/alebo zložiek bunkovej steny vylučovaných živými baktériami alebo vznikajúcich pri bakteriálnej lýze s priaznivými účinkami na zdravie hostiteľa. Majú protizápalové, imunomodulačné, anti-biogénne, antihypertenzívne, hypocholesterolemické, antiproliferatívne a antioxidačné vlastnosti. Tieto vlastnosti posilňujú tvrdenie, že postbiotiká zlepšujú zdravie hostiteľa stimuláciou intra- a medzibunkových ciest a reakcií, ktoré doposiaľ neboli úplne objasnené.

Na pochopenie ich priebehu a signálov, ktoré modulujú, sú potrebné ďalšie štúdie. Po pochopení je možné položiť základy bezpečnej a efektívnej postbiotickej produkcie vo veľkom.

Pokiaľ ide o výrobné mechanizmy, je veľmi dôležité zaobchádzať s každým kmeňom veľmi opatrne, bez zmeny, aby sa eliminovala variabilita postbiotík spôsobená rôznymi kmeňmi a vplyv environmentálnych faktorov na ne, ktoré najčastejšie nemožno ovládať.

Ďalej, aby sa z postbiotík stal dlhodobý liečebný prostriedok, musia sa vykonať randomizované, dvojito zaslepené štúdie u ľudí a laboratórnych zvierat, aby sa podporili priaznivé účinky na hostiteľa.

Konflikt záujmov: Autori neprehlasujú, že by došlo ku konfliktu záujmov.