Постбиотици - въведение, класификация и ползи за здравето

Първо публикувано: 23 юни 2018 г.

Редакционна група: MEDICHUB MEDIA

ДВЕ: 10.26416/Пери.2.2.2018.1816

Резюме

Постбиотиците или парапробиотиците са нежизнеспособен бактериален продукт или метаболитен страничен продукт, които се секретират от живи бактерии, или продукти, които се отделят след химическия или механичен лизис на бактерии - като ензими, органични киселини и пептиди. В тази статия бихме искали да приспособим нашите читатели към постбиотичната концепция, използваните методи за получаване и идентифициране на постбиотици, класове постбиотици и тяхното използване в хранителната индустрия.

Обобщение

Постбиотиците или парапробиотиците са нежизнеспособни бактериални продукти, метаболити, които се секретират от живи бактерии или продукти, отделени след техния химичен или механичен лизис, като ензими, органични киселини или пептиди. В тази статия бихме искали да представим на читателите на нашето списание концепцията за постбиотиците, използваните методи за тяхното идентифициране, класовете постбиотици и тяхната роля в хранителната индустрия.

Постбиотиците са разтворими фактори, секретирани от живи бактерии или произтичащи от процесите им на лизис. Мястото им на действие е тънките черва, където заедно с пред- и постбиотиците влияят върху чревната микробиота (1) .

Чревната микробиота представлява съвкупността от микроорганизми от тънкото и дебелото черво, способни да произвеждат сигнални молекули, с важни роли в регулирането на нормалното функциониране на тялото. Състои се от повече от 100 трилиона бактериални клетки, с около 1000 бактериални вида (2) .

Чревната микробиота е важна част от тялото, има много функции и в същото време чрез дисбалансите, които се появяват на нейното ниво, тя участва в множество патологии.

Съставът на чревната микробиота започва да се формира още преди раждането (3) .

Освен това се влияе от различни фактори, като начин на раждане, диета, кърмене или кърмене. Около 2-3-годишна възраст съставът на микробиотата се стабилизира и започва да прилича на този на възрастния; дори след узряването могат да настъпят промени, или поради вида на диетата - вегетарианска или не, хипо- или нормокалорична - или поради прилаганото лекарство или поради средата, в която човек живее (4) .

Ролите на микробиотата са разнообразни, като най-разпространената е активната механична и биологична бариера, предназначена да предпазва тялото от инфекциозни агресии на това ниво (5) .

Качествената и количествена модификация на микробиотата, последвана от промяна на структурата на чревната лигавица, води до повишаване на нейната пропускливост за имунологично поносими бактерии, които, потвърдени с патологично чревно възпаление и прекомерно стимулиране на имунния отговор, инициират процеси с локални и системни последици.: чревни, чернодробни, метаболитни нарушения (дислипидемия, диабет), ревматологични или невропсихични нарушения (тревожност, депресия) (6) .

По този начин идентифицирането на нови класове постбиотици и пътищата, отговорни за тяхното производство, трябва да доведе до по-добро механично разбиране на ролята на пробиотиците, пребиотиците и специфичните постбиотици за възстановяване на състава и функцията на чревната микробиота (7). .

Въпреки факта, че механизмите, свързани с придобиването на ползите за здравето от постбиотиците, все още не са напълно изяснени, научните данни показват, че постбиотиците имат различни функционални свойства, като: антимикробни, антиоксидантни и имуномодулиращи. Тези свойства могат да повлияят положително на хомеостазата на микробиотата или метаболизма на гостоприемника и неговите сигнални пътища, като по този начин влияят на специфични физиологични, неврохормонални, регулаторни, имунологични и определени метаболитни реакции (8). .

В момента има доста обширна информация за основните, терапевтични и технологични аспекти на "добрите" бактерии. Повечето проучвания обаче са фокусирани върху цели клетки (живи клетки или термично инактивирани клетки) или върху компоненти на клетъчната мембрана/стена, а по отношение на разтворимата вътреклетъчна фракция (т.е. постбиотици), литературата се фокусира по-малко върху тях. (9) .

Въпреки че наскоро беше открито значението на постбиотиците и въпреки факта, че техните механизми на действие и структура не са напълно идентифицирани, данните за техните ползи за здравето продължават да нарастват. Към днешна дата има само няколко изследвания върху постбиотици, особено синтезирани постбиотици от видове Lactobacillus (10) .

Чревните коменсални бактерии зависят изцяло от гостоприемника, за да осигурят хранителните вещества, необходими за растежа и развитието на микробиотата. В същото време, по време на жизнения цикъл, бактерията произвежда метаболити с ниско молекулно тегло; тези съединения играят ключова роля в регулирането на процесите на растеж и размножаване, стимулират процесите на растеж на други микроорганизми, междуклетъчната комуникация и осигуряват защита срещу стресори. Някои от тези разтворими метаболити могат да бъдат секретирани от живи бактерии или секретирани чрез бактериален лизис, осигурявайки физиологични ползи чрез промяна на клетъчните процеси и метаболитните пътища на гостоприемника (11) .

Въпреки че тези ползи могат да се различават при различните бактерии, възможно е (поне теоретично), използвайки биоинженерство, да се получат рекомбинантни пробиотици, способни да упражняват различни полезни свойства, тъй като съдържат биологични копия на тези биоактивни метаболити.

По принцип постбиотиците могат да бъдат диференцирани един от друг, или чрез елементарния им състав (например: липиди, протеини, въглехидрати, витамини, органични киселини) или чрез техните физиологични свойства, включително: имуномодулиращо, противовъзпалително, понижаващо холестерола, затлъстяване, антихипертензивно, антипролиферативни и антиоксидантни (12) .

Постбиотиците също имат някои общи характеристики, като: същите граници на безопасност и дълъг срок на годност (до пет години, когато се използват като съставка в храни, напитки или хранителни добавки). В допълнение, проучване на Shenderov (2013) показа, че постбиотиците имат и други много полезни характеристики, като лесно усвояване, метаболизъм, разпределение и елиминиране, свойства, които могат да се използват за визуализиране/изследване на различни органи и тъкани. на гостоприемника, като по този начин активира различни биологични реакции (13) .

Освен това много важно свойство на постбиотиците е, че те могат да имитират полезния здравен ефект, произведен от пробиотиците, но без да се прилагат живи бактерии, които също могат да имат нежелани неблагоприятни ефекти върху гостоприемника - ефекти, демонстрирани в проучване на Tsilingri (2012), който посочи, че пробиотиците могат да индуцират локален възпалителен отговор, подобен на този, предизвикан от Salmonella (14). Освен това има и други рискове, свързани с прилагането на живи бактерии - например подуване на корема, метеоризъм и дори бактериемия могат да се появят при имуносупресирани и недоносени пациенти в резултат на транслокация на пробиотици. Поради тези причини използването на постбиотици се разглежда като жизнеспособна и много по-безопасна алтернатива от пробиотиците (15) .

Постбиотиците са получени с помощта на методи за клетъчен лизис и тук включваме: топлина, ензимно третиране, екстракция с разтворител, ултразвук. В допълнение към тези първични процедури бяха използвани и методи като центрофугиране, диализа и хроматография.

Въпреки всички методи, използвани за откриване, идентифициране и количествено определяне на постбиотиците, са необходими задълбочени изследвания на използваните методи и протоколи за екстракция, за да могат да се идентифицират нови постбиотици, да се разберат техните механизми на действие и пътища на модулация.

Биоактивността на постбиотиците и техните ефекти

През последните години са проведени няколко проучвания, както in vitro, така и in vivo, за оценка на биоактивността и ефектите върху здравето, включително вътреклетъчни метаболити, както и някои компоненти на клетъчната стена.

Повечето открити до момента постбиотици са получени от щамове Lactobacillus и Bifidobacterium, но постбиотиците са синтезирани и от щамове Streptococcus и Faecalibacterium. Доказано е, че хранителните добавки с постбиотици понижават кръвното налягане, придавайки им антихипертензивен ефект. Този защитен механизъм на ендотела все още не е изяснен, но се смята, че е свързан с промени в микробиотата, възстановяване на чревната бариерна функция и симпатикова стимулация на бъбреците (16) .

Постбиотиците имат и инхибиторен ефект върху патогенните бактерии - Listeria monocytogenes, Salmonella enterica S-100, Escherichia coli E-30 и устойчиви на ванкомицин видове Enterococcus. Освен това е установен антиоксидантен ефект, както in vitro, така и in vivo, при някои метаболити, изложени на специфични екзополизахариди от щамове Bifidobacterium animalis, които са успели да инхибират оксидните и супероксидните радикали. Този антиоксидантен ефект е открит в различни вътреклетъчни бактериални ензими - глутатион пероксидаза (GPx), супероксид дисмутаза (SOD), никотинамид-аденин-динуклеотид (NADH) и NADH-пероксидаза. От друга страна, някои съединения на клетъчната стена са свързани с in vitro имуномодулиращи свойства - липопротеинови киселини, протеини S. Освен това някои постбиотици имат няколко биоактивност, като могат едновременно да активират различни вътреклетъчни сигнални пътища. Липопротеиновите киселини (LTA) развиват няколко свойства от този тип, те имат различни функции - антитуморна, антиоксидантна и имуномодулираща (17) .

Открита е и хепатопротективната роля на постбиотиците. В тази връзка, суспензия, получена след лизис на клетъчната стена на Lactobacillus fermentum BGHV110, има способността да намалява индуцираната от ацетаминофен хепатотоксичност в G2 чернодробни клетки. Този ефект е възможен чрез активиране на автофагия в G2 клетки чрез активиране на сигналния път PINK1. Този ефект е повторен в други проучвания, като този на Sharma et al. (2011), които демонстрират на лабораторни животни хепатопротективния ефект на вътреклетъчна суспензия от Enterococcus lactis и Lactobacillus acidophilus. В допълнение, изследователите установиха, че постбиотиците имат потенциала да нормализират нивата на глутатион и да намалят биомаркерите на оксидативен стрес.

Друг важен ефект е описан в изследването от Canonici et al. (2011), които, използвайки култура, получена от Saccharomyces boulardii на in vitro модели, наблюдават увеличаване на възстановителния капацитет на лезиите и клетъчната миграция поради активирането на 2 b 1 рецептори за колаген. значително възстановяват чревния епител след нараняване и имат потенциал да се използват при широк спектър от стомашно-чревни разстройства (18) .

Биоактивността на постбиотиците предполага, че тези съединения могат да допринесат за подобряване на здравето чрез активиране на множество вътреклетъчни сигнали и чрез комбинирания им ефект с други живи метаболити и микроорганизми.

Значението на постбиотиците в хранителната и фармацевтичната индустрия

Хранителната индустрия непрекъснато се развива, непрекъснато се стреми да предлага нови продукти. По този начин през последните години е разработена нова гама от продукти, съдържащи пробиотици.

От друга страна, проблем, свързан с употребата на пробиотици в храната, е свързан с факта, че някои щамове пробиотици имат способността да се противопоставят на действието на антибиотиците.

Друга причина за безпокойство относно употребата на пробиотици е поддържането на жизнеспособността на бактериите по време на обработката и съхранението на продуктите. Жизнеспособността на бактериите, използвани в пробиотиците, може да бъде повлияна от различни фактори - взаимодействието с други микробни видове, нивото на киселинност на продукта, околната температура, времето на ферментация и др. (19) .

За разлика от това, постбиотиците са много по-стабилни от формите, получени от живи бактерии. Например, пептиди с антимикробни свойства, главно бацилизин и холотетаин, произведени от Bacillus sp. CS93 щам, са разтворими и остават активни в дълъг диапазон на pH. Освен това постбиотиците могат да се използват в контролирана и стандартизирана среда, докато при пробиотиците тяхната биоактивност в червата зависи от специфичната метаболитна активност за всеки щам.

Понастоящем във фармацевтичната индустрия се използват следните продукти: Colibiogen ® - "без клетки и протеини", получени от култури от щам Escherichia coli Laves 1931; съдържа аминокиселини, пептиди, полизахариди и мастни киселини. Основният ефект е противовъзпалително и регенеративно на чревната лигавица.

Del-Immune ® е друг продукт, който съдържа пептиди, аминокиселини и ДНК фрагменти от L. rhamosus V щам DV - намалява стомашно-чревния дискомфорт при деца с аутизъм (20) .

Последните проучвания показват, че метаболитите, получени в резултат на бактериален лизис - хиалуронова киселина, сфингомиелин, пептидогликани, липотехоева киселина, млечна киселина, оцетна киселина - могат да осигурят широк спектър на действие и да донесат големи ползи при дерматологични състояния: екзема, атопичен дерматит, зарастване на белези. и слънчеви изгаряния, слънцезащита (21) .

Основно приложение на постбиотиците е тяхното въвеждане в млечните формули.

В допълнение към вече познатите млечни формули, които съдържат пре- и пробиотици, новите млечни продукти, получени чрез ферментационния процес, могат да бъдат жизнеспособна алтернатива за кърмачета с проблеми със стомашно-чревния тракт.

Чрез ферментация на кравето мляко с различни щамове бактерии, последвано от кратка топлинна обработка, се получава млечна формула, която не съдържа активни бактерии, а само ферментационни продукти.

Въпреки че стомашно-чревните разстройства обикновено са незначителни и безвредни за бебето, те могат да засегнат повече родителите, защото бебето е неутешимо и те отиват на лекар. Обикновено тези проблеми се разрешават с течение на времето и следователно лечението с лекарства не е първо намерение. Формулите, съдържащи постбиотици, са много полезни в тези ситуации, главно поради факта, че улесняват храносмилането и узряването на червата (22) .

Постбиотиците се състоят от метаболити и/или компоненти на клетъчната стена, секретирани от живи бактерии или резултат от бактериален лизис, с благоприятно въздействие върху здравето на гостоприемника. Те имат противовъзпалителни, имуномодулиращи, антибиогенни, антихипертензивни, хипохолестеролемични, антипролиферативни и антиоксидантни свойства. Тези свойства подсилват твърдението, че постбиотиците подобряват здравето на гостоприемника чрез стимулиране на вътре- и междуклетъчни пътища и отговори, които до момента не са напълно изяснени.

Необходими са допълнителни проучвания, за да се разберат техните действия и сигналите, които те модулират. След като бъдат разбрани, могат да бъдат положени основите за безопасно и ефективно широкомащабно постбиотично производство.

По отношение на производствените механизми е много важно всеки щам да се третира много внимателно, без да се променя, за да се елиминира вариабилността на постбиотиците в резултат на различни щамове и въздействието на факторите на околната среда върху тях, които най-често не може да се контролира.

Освен това, за да се превърнат постбиотиците в дългосрочно терапевтично лекарство, трябва да се извършват рандомизирани, двойно-сляпи проучвания при хора и лабораторни животни, за да се подпомогнат благоприятните ефекти върху гостоприемника.

Конфликт на интереси: Авторите не декларират конфликт на интереси.