Пробиотики: актуальность и механизмы

   Пробиотики —  это микроорганизмы способные при приеме с пищей оказывать положительный эффект на здоровье принимающих организмов. Предполагается, что пробиотики реализуют подобные положительные эффекты через взаимодействие с микрофлорой организма, а также за счет модификации пищи посредством продуктов жизнедеятельности. В случае нарушения баланса и состава микрофлоры ЖКТ после болезни, неблагоприятного для микрофлоры питания, стресса, воздействия антибиотиков, правильный состав пробиотических организмов в пище способен восполнить утраченную полезную микрофлору.  Пробиотики показали свою эффективность в профилактике ряда заболеваний, таких как диарея вызванная приемом антибиотиков и в облегчении симптомов Синдрома раздраженного кишечника.

В первую очередь, пробиотики влияют на микрофлору кишечника. Микрофлора кишечника предоставляет организму возможность ферментации не перевариваемых субстратов и необходима для полного усвоения пищи и достижения максимальных значений эффективности использования энергии и материала в ней заложенных.[1]

Разнообразие микрофлоры и здоровье.

Любые пробиотические организмы тем или иным образом влияют на микрофлору кишечника животного-носителя. Понижение разнообразия микрофлоры это воспроизводимый и стабильно наблюдаемый результат в случае многих заболеваний. Примерами могут служить: Синдром раздраженного кишечника, Атопический  дерматит, целиакия, диабет первого типа, Псориатический артрит, диабет второго типа. [2],[3] Картина корреляций между уменьшением разнообразия микрофлоры и заболеваниями позволяют заключить, что более разнообразная микрофлора обладает большим «запасом прочности» против негативных воздействий среды и болезней. Следовательно, разнообразие микрофлоры может служить достаточно надежным индикатором здоровья ЖКТ. [4] Тем не менее, недавние исследования показали, что различные безвредные факторы, такие как повышение количества волокна, в диете, также способны временно понизить относительное разнообразие микрофлоры. В этом конкретном случае это происходит потому, что микроорганизмы, специализирующиеся на расщеплении пищевого волокна, получают преимущество в данной среде. [5]

Эффект пищи и препаратов на кишечную микробиоту может быть не менее важен чем от болезней. Специфические продукты и схемы питания могут повлиять на биоразнообразие микрофлоры ЖКТ, а та в свою очередь и на состояние здоровья всего организма. Содержание эмульгаторов (например: карбоксиметилцеллюлезы и полисорбата-80 [6]) повышение количества животного белка в рационе [7], повышение содержания короткоцепочечных углеводов в диете [8], все эти факторы способны негативно  влиять на здоровье микрофлоры и усугубление сопутствующих расстройств [9]. Медикаментозные эффекты также являются ключевым фактором модифицирующим композицию составляющих микрофлору организмов в популяциях им подвергающихся. Влияние таких препаратов как осмотические слабительные, ингибиторов протонного насоса, прогестерона, ингибиторов фактора некроза опухоли и антигистаминных препаратов, способно обеспечивать до 10% отклонения микробного состава от нормы.[10] Антибиотики очевидно также имеют большой эффект на композицию кишечных микробов. Для улучшения показателей и выживаемости многих сельскохозяйственно-значимых животных им регулярно даются антибиотики. Большая часть антибиотических препаратов во многих странах уходит на нужды птицепромышленности и производства говядины. [11]

Не смотря на постоянное накопление новых сведений, современной науке пока не под силу составить комплексную модель влияния диеты и медикаментов на состояние микрофлоры кишечника, достаточную для подбора оптимальных условий для её поддержания. Но будущие разработки в области медикаментов и пищевых добавок могут потребовать подобную модель, поскольку эффекты микрофлоры на здоровье и усвоение препаратов становятся все более явными исследователям. Становится ясно, что микрофлора влияет на шанс удачного исхода при трансплантации костного мозга, химиотерапии у раковых больных и способна облегчить симптоматику при автоиммунных заболеваниях, маленькие изменения в соотношении штаммов микрофлоры порождают серьезные изменения эффекта. [12] Еще примером влияния микрофлоры может послужить эффект на животные модели рака груди препаратов фитоэстрогенов. Исследования показали, что защитный эффект фитоэстрогенов наблюдается только в присутствии бактерий микрофлоры (таких как Clostridium saccharogumia, Eggerthella lenta, Blautia producta, и Lactonifactor longoviformis) способных перерабатывать изофлавоны в биоактивные формы. [13]

История представлений о пробиотиках

Первой формой современных представлений о бактериях имеющих положительный эффект на организм была гипотеза русского ученого Ильи Ильича Мечникова, который в своей работе 1907 года предположил возможность вытеснять вредоносных бактерий из кишечника микроорганизмами позитивными для организма. Мечников предполагал, что процесс старения вызван действием токсичных продуктов вредной микрофлоры кишечника. Протеолитические бактерии, ответственные в частности за процесс посмертного гниения, производят в процессе метаболизма белка токсичные соединения, такие как фенолы, индолы и аммиак. Эти бактерии являются естественными составляющими кишечной микрофлоры. Мечников считал, что эти токсичные продукты жизнедеятельности бактерий, выделяющиеся в процессе, который он окрестил «кишечной аутоинтоксикацией», и вызывают симптомы старения. [14]

На тот момент уже было известно, что ферментация молока молочнокислыми бактериями ингибирует рост протеолитических бактерий за счет низкого pH обуславливаемого молочной кислотой получаемой из лактозы. Мечников также наблюдал, что в популяциях людей потребляющих в своем рационе в основном продукты ферментации молока, например среди степных народов Российской Империи или сельского населения Болгарии, имелось повышенное число долгожителей. Согласно этим наблюдениям, Мечников предположил, что потребление кисломолочных продуктов заселяет  кишечник безвредными лактобактериями и следующее за этим изменение pH среды останавливает развитие протеолитических бактерий. Мечников затем включил кислое молоко, ферментированное бактерией, которую он называл «Bulgarian Bacillus» (современное имя: Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus), в свою диету, и, по его собственным ощущениям, это улучшило состояние его здоровья. [15]

Во время вспышки шигеллеза в 1917 году, Германский профессор Альфред Ниссл изолировал специфический штамм E. coli из кала солдата, не демонстрировавшего признаков инфекции. В силу отсутствия в арсенале медиков того времени современных антибиотических препаратов, Ниссл разработал протокол использования изолированного  им штамма в профилактике и лечении шигелиозов и сальмонеллезов. [16]

Термин «Пробиотик» изначально обозначал микроорганизмы имеющие позитивный эффект на другие микроорганизмы. Этот термин был выдвинут в контраст термину «антибиотик» и присущей этому классу соединений способности подавлять рост и развитие микроорганизмов. [17] Формулировка идеи пробиотиков заключалась в том, что определенные микроорганизмы секретировали факторы стимулирующие рост других микроорганизмов. Термин также использовался для обозначения тканевых экстрактов стимулирующих размножение микробов. [18] Только в 1974 году термин пробиотик был употреблен Р. Б. Паркером  как «организмы и субстанции имеющие положительный эффект на животное потребитель, за счет вклада в микробный баланс кишечника»1. После этого, термин пробиотик был дальше концептуализирован в статье Р. Фуллера 1989 года «пробиотики в Человеке и животных». Новое значение термина было сформулировано как «Пищевые добавки из живых микроорганизмов, которые положительно влияют на здоровье организма-потребителя за счет улучшения баланса среди его кишечных микробов». Новый термин подчеркивал два важных заявления относительно свойств пробиотиков – их жизнеспособность в организме носителей и способность нормализации баланса кишечной микрофлоры. [19]

В 2001 году экспертная комиссия под руководством Продовольственной и Сельскохозяйственной Организации ООН и Всемирной Организации Здравоохранения сформулировала основные протоколы, постановления и определения, касающиеся зарождающейся на тот момент области коммерческой пробиотики. Одним из результатов их работы было формулирование определения пробиотиков как «живые микроорганизмы, которые при приеме их в адекватных количествах дают положительные эффекты на организм принимающего».2 Впоследствии это определение стало самым широко используемым принятым определением пробиотиков во всем мире. Число научных и клинических результатов в области изучения и применения пробиотиков, а также количество коммерческих продуктов на основе пробиотиков заметно увеличились с тех пор. К сожалению, также участилось и неверное использование термина «пробиотик», многие продукты и научные работы используют термин относительно организмов не соответствующих критериям. В то же время продукты на основе пробиотиков оказались в фокусе внимания регулирующих органов, заинтересованных в защите потребителей от вводящих в заблуждение заявлений.  [20]

В октябре 2013 года Международная Научная Ассоциация по Вопросам Пробиотиков и Пребиотиков провела ревизию термина пробиотик. В итоге формулировка определения претерпела изменение на «живые микроорганизмы при приеме которых в адекватных количествах наблюдается положительный эффект на здоровье потребляющего» 3. [21]

Был сформулирован протокол для присвоения организмам официального статуса пробиотических, на основе свидетельств из контролируемых испытаний:

  1. Предполагаемый пробиотик должен демонстрировать способность выживать в среде кишечника организмов-носителей. [22]
  2. Пробиотик должен демонстрировать репродуцируемые позитивные эффекты на здоровье носителя.
  3. Пробиотический кандидат должен быть таксономически определенным видом бактерий или группой таксонов бактерий (штаммов, подвидов).
  4. Пробиотик должен пройти ряд исследований на биобезопасность:
  • Должны быть определены паттерны устойчивости к антибиотикам
  • Необходимо провести оценку метаболической активности и продуктов жизнедеятельности бактерий-кандидатов
  • Должна быть проведена оценка возможных негативных эффектов на организм-носитель
  • Требуется эпидемиологическое исследование потребителей потенциального пробиотика
  • Также необходимо произвести исследование токсичности кандидатов
  • В случае если штамм-кандидат принадлежит к виду с документированным протеолитическим потенциалом, требуется определение его гемолитической активности
  1. Адекватное количество бактерий достаточных для получения позитивных пробиотических эффектов на организм должно быть оценено. [23]

Также было принято решение не включать в класс пробиотиков микроорганизмы участвующие в ферментации продуктов но не имеющие доказанной пользы для здоровья организма, а также организмы микрофлоры кишечника для которых не продемонстрирован положительный эффект на здоровье носителя.

На основании доступной литературы, включающей клинические испытания, систематические обзоры и результаты метаанализа, экспертная панель постановила нижепредставленные положительные эффекты в качестве соответствующих пробиотикам как классу.

Главным вкладом пробиотиков в положительный эффект на организм признается поддержание здоровой микрофлоры кишечника, однако комиссия также признала невозможность на основе современных данных, определения границ между здоровой и абнормальной микрофлорой на основании её бактериального состава. Тем не менее, общий положительный эффект пробиотиков на микрофлору кишечника состоит в формировании более благоприятной среды, за счет механизмов присущих пробиотикам как классу. Комиссия также рассмотрела два основных постулируемых эффекта пробиотиков на организм: поддержание здоровья ЖКТ и поддержание здоровой иммунной системы. Комиссия постановила, что эффект оказываемый на поддержание здоровья ЖКТ подтверждается данными исследований для широкого круга пробиотических штаммов бактерий и видов дрожжей. [24] Это постановление опиралось на большой объем доступных публикаций по различным исследованиям,  включающим высококачественный метаанализ по разнообразным клиническим заболеваниям, таким как инфекционная диарея, антибиотик ассоциированная диарея, вздутие язвенный колит, Синдром раздраженности кишечника, Некротический энтероколит. Также были рассмотрены потенциальные механизмы, позволяющие разнообразным штаммам иметь такие сходные эффекты на физиологию и здоровье кишечника.

Польза пробиотиков в поддержании здоровья иммунной системы также была признана комиссией, но её эффекты были отнесены к разделу более штамм-специфических, не имеющими общих для большинства пробиотиков механизмов. [25] Неспецифичность выражения «поддерживает здоровье иммунной системы», способного обозначать такие разнородные эффекты как предотвращение аллергических реакций, регуляция воспалительного процесса, усиление противопатогенной активности привела к тому, что в силу отсутствия общих подобных эффектов для большого класса пробиотиков было принято решение не включать подобные эффекты в качестве категоризирующих факторов для пробиотиков. Другие положительные эффекты, такие как поддержание здоровья репродуктивных путей, ротовой полости, легких, кожи и Кишечно-мозговой оси представлены у достаточно широкого круга микроорганизмов, но объема экспериментальных данных пока не позволяют связать эти эффекты с достаточно большим пластом пробиотических организмов, чтобы можно было утверждать, что они разделятся всем классом пробиотиков. [21]

Общие механизмы

Среди класса пробиотиков имеются как широко распространенные механизмы, так более специфические механизмы формирования положительного эффекта на здоровье носителя. Широко распространенные механизмы могут быть связаны с такими наблюдаемыми эффектами на организм, демонстрируемыми пробиотиками различных таксономических групп, как ингибирование потенциальных патогенов и производство полезных для организма носителя метаболитов и ферментов. [26] Другие эффекты, наблюдаемые как на кишечном, так и внекишечном уровнях, по всей видимости, являются штаммспецифичными, и заявления о подобных эффектах можно делать только в контексте штаммов, у которых  подобные механизмы были продемонстрированы.  Большинство известных на данный момент пробиотиков обладают сразу несколькими механизмами вызывающими положительные эффекты на организм хозяина. [27] Эффекты можно классифицировать следующим образом:

Редко встречающиеся, в основном штамм-специфичные.

Нейрологические эффекты. Иммунологические эффекты. Эндокринные эффекты. Синтез специфических биологически активных соединений.

Частые, в основном видоспецифичные.

Синтез витаминов. Прямой антагонизм патогенам. Усиление кишечного барьера. Метаболизм желчных кислот. Ферментативная активность. Нейтрализация канцерогенов.

Широко распространенные, представленные у большого количества пробиотиков из разных таксонов.

Продукция Короткоцепочечных жирных и молочной кислот. Регуляция кишечного переноса. Нормализация возмущенной микрофлоры. Увеличение наработки энтероцитов. Вымещение патогенов.

[28];[29]

Примеры пробиотиков и механизмов их пробиотических эффектов

Все представленные ниже организмы получили, согласно протоколу Международной Научной Ассоциации по Вопросам Пробиотиков и Пребиотиков, статус пробиотических организмов. В литературе имеются значительные массивы данных о коммерческом их применении и исследованиях их пробиотических механизмов. [30] Соответственно эти микроорганизмы являются примером безопасных для организмов носителей культур, с подтвержденными позитивными эффектами для здоровья носителей.

Бактерии Bifidobacterium lactis

  1. B. lactis — это подвид бактерий вида B.animalis, который входит в состав рода Bifidobacterium (семейство Bifidobacteriaceae). Полное название подвида — Bifidobacterium animalis lactis. B. lactis является естественной составляющей биопленок кишечника людей и играет роль в формировании сопротивляемости к колонизации патогенными бактериями.[31] B. Lactis демонстрирует хорошую выживаемость в высококислотных средах и в присутствии желчи. Исследования показали способность B. Lactis размножаться при значениях pH 2, pH 3, и pH 4 а также хорошую их выживаемость при 1% растворе солей желчных кислот. Выживаемость в кислых средах у штаммов B. Lactis обусловлена активизацией H+-АТФазы (белкового комплекса выкачивающего  ионы H+ из клетки с затратами энергии АТФ) при низких значениях внеклеточного pH, что обеспечивает поддержание внутриклеточного гомеостаза pH бактерии и препятствует «закислению» цитоплазмы. Наличие подобного механизма дает B. Lactis очевидное преимущество при обитании в кислых средах, позволяет лучше переносить условия кишечной полости и вытеснять менее приспособленные патогенные бактерии. Еще одним приспособлением B. Lactis к выживанию в кишечнике позвоночных является наличие у большинства штаммов этой бактерии ферментов гидролаз солей желчных кислот, нейтрализующих негативное влияние на бактериальную клетку этих соединений. [32]

Важными свойствами B. lactis как пробиотика являются различные механизмы подавления патогенной микрофлоры. Различные штаммы B. lactis демонстрируют способность производить субстанции ингибирующие развитие микроорганизмов в среде. Примерами могут служить органические кислоты, выделяемые при метаболизме углеводов, H2O2, специфические противобактериальные пептиды (бактериоцины). [33] На модели кишечного эндотелия свиней была продемонстрирована способность B. Lactis модифицировать свойства слизи выстилающей кишечную стенку и препятствовать прикреплению патогенных организмов. [33]

   Была продемонстрирована способность B. Lactis влиять на плотные контакты между эпителиальными клетками. Плотные контакты очень важная форма межклеточных связей, критичная для формирования здорового эпителия и поддержания им барьерных функций. Было продемонстрировано, что продукты ферментативной деятельности  B. Lactis способны улучшать характеристики плотных контактов клеток тестовой линии клеток Caco-24 in vitro. Механизм этого процесса изучен не до конца. [34]

   Во множестве экспериментов продукты, секретируемые B. Lactis, продемонстрировали способность позитивно влиять на клетки иммунной системы позвоночных. Среди продемонстрированных эффектов можно выделить стимуляцию созревания дендритных клеток и пролиферации моноцитов, дозозависимую индукцию синтеза иммуномодулирующих цитокинов  (IL-1β, IL-6, IL-10, IL-12 и IFN-γ) [35] а также индукцию противовоспалительного ответа у макрофагов. [36]

Lactobacillus acidophilus

  1. L. acidophilus это вид бактерий рода Lactobacillus, он примечателен тем, что способен выживать в средах повышенной кислотности (pH4—5 и меньше) и оптимально размножается при температурах около 30 °C.  acidophilus  является естественным элементом микрофлоры человека и других млекопитающих. Штаммы этого вида ферментативно разлагают сахариды, лактозу в частности, до молочной кислоты, что характерно для многих молочнокислых бактерий. Некоторые представители рода Lactobacillus производят в качестве побочных продуктов ферментативного разложения сахаридов соединения, такие как  этанол или уксусная кислота, однако, будучи гомоферментативным организмом,  L. Acidophilus производит только молочную кислоту. При исследовании сравнительной эффективности   переработки штаммами Lactobacillus acidophilus различных углеводов было показано, что способность получать энергию и выделять кислоту зависит от типа углеводного субстрата. Наибольший рост и уровень кислоты в среде L.acidophilus демонстрирует при питании глюкозой, после нее по показателям идет сахароза, затем лактоза и наименьшие показатели дает галактоза. [37]

   Lactobacillus acidophilus демонстрируют также способность влиять на свойства слизистых секретов кишечника, предотвращающих прикрепление патогенов к кишечному эпителию. [38] Было показано, что поверхностные белки штаммов L. acidophilus  LB и BG2FO4, ответственные за крепление к эпителию, устойчивы к действию протеаз слизистых оболочек животных. [39] Что интересно, эти же самые белки при конечной деградации и переходе в среду слизистого секрета приобретают антимикробные свойства, улучшая противомикробные свойства слизи организма-носителя. [40]

Многие лактобактерии производят собственные антимикробные полипептиды. L. acidophilus производят лактацин B, пептид типа бактериоцинов, имеющий узкий спектр действия против родственных видов, включающих некоторые патогены. Общим механизмом действия бактериоцинов является создание пор в клеточной стенке поражаемой бактерии и подавление в ней синтеза элементов клеточной стенки. [41]

Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus

   Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus является родственным by Lactobacillus acidophilus представителем лактобактерий, также обладающим пробиотическими свойствами. L. Bulgaricus  специфически катаболизирует углеводы в молочную кислоту, а также обладает усиленной протеолитической активностью и способностью связывать аминокислоты для выживания в богатой белком среде молока. [42] Экспериментально показано что L. Bulgaricus  неспособны колонизировать кишечник в силу отсутствия муцин-связывающих белков позволяющих прикрепляться бактериям к эпителию кишечного просвета, а также не обладают механизмами нейтрализации солей желчных кислот. Это делает невозможным для L. Bulgaricus к длительной колонизации ЖКТ животных, поэтому, для поддержания пробиотических эффектов этих бактерий, необходимо постоянное их поступление с пищей. [43] Тем не менее, исследование людей потребляющих продукты, содержащие культуры L. Bulgaricus показало возможность поддержания стабильной популяции бактерии в верхних отделах кишечника [44]; [45] Также имеются данные об улучшении адгезивных свойств других пробиотических микроорганизмов, таких как  Bifidobacterium lactis в присутствии живых L. Bulgaricus  in vitro что по всей видимости обусловлено эффектами синергии пробиотических микроорганизмов здоровой микрофлоры.

Пробиотическая активность L. Bulgaricus проявляется как в противодействии патогенным микроорганизмам за счет секреции противомикробных субстанций в среду (таких как органические кислоты, бактериоцины, H2O2), так и за счет модуляции иммунитета организма-носителя. [46]

Была показана обратная зависимость показателей цитотоксичного воздействия продуктов бактериального патогена C. Difficile c содержанием L. Bulgaricus в среде, на клеточную линию Caco-2, что позволяет предполагать о возможности облегчения вредоносных эффектов патогенна in vivo. [47]

  1. L. bulgaricus демонстрируют способность индуцировать в культурах макрофагов и Т-клеток синтез цитокинов (TNF-a, IL-6, IL-2, и IL-5), играющих ключевые роли в активации как гуморального так и клеточного иммунитета. Также, была показана способность некоторых штаммов L. delbrueckii subsp. Bulgaricus выделять комплексы связывающие свободные радикалы и препятствующие окислению липопротеинов низкой плотности. [48]

Streptococcus thermophilus

  1. S. thermophilus  это вид грамположительных бактерий   из семейства Streptococcaceae. S. thermophilus родственно близок множеству патогенных видов стрептококков, однако сам он не демонстрирует патогенных свойств. [49] S.thermophilus адаптирован для выживания на лактозе и высокоэффективно конвертирует её в лактат в процессе жизнедеятельности. Лактоза транспортируется в бактериальную клетку лактозной пермиазой (функционирующей как антипорт лактозы/галактозы) и гидролизуется внутриклеточной b-галактозидазой. Большинство штаммов S.thermophilus метаболизируют только глюкозную часть лактозы, галактоза же исторгается из клетки обратно в среду. В силу того, что молоко, в котором обычно живут эти бактерии, бедно свободными аминокислотами, штаммы S.thermophilus обладают механизмами компенсации низкого уровня аминокислот. Это обуславливает их способность к расщеплению казеинов и других белков молока, что облегчает пищеварение организмов-носителей, либо способность к синтезу аминокислот de novo, что позволяет им служить источником незаменимых аминокислот [50].
  2. S. thermophilus как и большинство пробиотических организмов демонстрирует способность ингибировать патогенные организмы, в частности за счет синтеза бактериоцинов. Как минимум 14 различных бактерицинов было обнаружено у штаммов S. Thermophilus. [51] Бактериоцины биобезопасны и специфично подавляют развитие близкородственных бактерий, что особенно важно  в случае S. Thermophilus, поскольку многие представители рода Streptococcus  являются патогенами млекопитающих (Streptococcus pyogenes, Streptococcus faecalis, Streptococcus faecies и т.д.) [52].

Была показана роль S. Thermophilus в борьбе с активными формами кислорода. Урон, наносимый клеткам и тканям свободными радикалами, играет важную роль в формировании многих заболеваний и является компонентом процесса старения. Для защиты от подобного типа урона организмы используют антиоксиданты, как эндогенной природы, так и поступающие извне с пищей вещества антиоксидантного действия (например, каротиноиды, фитоэстрогены, селен). Новые данные показывают что S. Thermophilus способны частично компенсировать неполноценность лабораторных крыс по антиоксидантам. Эти бактерии обладают механизмом позволяющим захватывать реактивные формы кислорода и использовать их для ингибирования пероксидации липидов. [53].

 

Bacillus subtilis

  1. subtilis является уникальным в плане противомикробного действия пробиотиком. Уникальность этой бактерии выражается в том, что очень значительная часть её генома (4—5%) кодирует вещества противомикробного характера. 66 веществ обладающих противомикробной активностью было идентифицировано среди продуктов выделяемых клеткой B. subtilis. Эти вещества представлены как полипептидами (рибосомального и нерибосомального происхождения) так и веществами непептидной природы, например поликетидами, аминосахарами и фосфолипидами. [54] Спектр действия этих противомикробных веществ охватывает бактерии, вирусы и грибы, что делает B. subtilis пробиотиком способным противостоять большинству патогенов вызывающих заболевания ЖКТ. [55] Необходимо понимать, что подобное разнообразие противопатогенных веществ не синтезируется всеми B. subtilis, но встречается у совокупности его штаммов. [56]
  2. subtilis демонстрируют способность активизировать макрофаги и, опосредованно, нейтрофилы, что приводит к лучшей работе систем неспецифического иммунитета. Механизмы, посредством которых B. subtilis производит активизацию макрофагов, до конца не ясны, одним предполагаемым сигнальным фактором могут являться экзополисахариды [57]. Некоторые штаммы B. subtilis способны синтезировать ряд витаминов, в частности тиамин (В1), пиридоксин (В6) и менахинон (К2), а также служить источником незаменимых аминокислот. [58]

Существуют данные показывающие, что присутствие B. subtilis в микрофлоре способно стимулировать пролиферацию Т- и B-лимфоцитов, и активизировать системы специфического иммунитета организма-носителя. Возможными кандидатами на роль факторов вызывающих подобный эффект являются некоторые белки клеточной стенки, пептидогликаны и тейхоевые кислоты выделяемые B. subtilis. [59]

Касательно B. subtilis важно учесть еще одно обстоятельство. Данная бактерия, хотя постоянно попадает в пищеварительный канал из почвы, воды, воздуха и пищевых продуктов, тем не менее, не колонизирует его (как и описанная выше Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus). B. subtilis является своего рода транзитной бактерией, постоянно поступающей и выводящейся из пищеварительной трубки. Поэтому для поддержания  B. subtilis  в популяции микроорганизмов микробиоты животных, необходимо постоянное поступление этой бактерии извне[60]

  1. subtilis также синтезирует ряд пищеварительных ферментов: амилазы, липазы, протеазы, пектиназы и целлюлазы. Эти ферменты облегчает организму носителю пищеварительный процесс, и увеличивают ценность потребляемой пищи [61], а также позволяют переваривать обычно неперевариваемые компоненты [62].

Возможные осложнения, связанные с приемом пробиотиков

Искусственное воздействие на соотношение бактерий микрофлоры является сложным процессом. Подобное может привести к непредвиденным взаимодействиям между носителями и бактериями.  Подавляющее большинство коммерческих пробиотиков считаются безопасными для потребления, в частности за счет огромных объемов экспериментальных данных о результатах их применения. Тем не менее, некоторые пробиотики все же вызывают вопросы о безопасности их использования. [63] Ряд заболеваний и состояний способны привести к негативным эффектам обычно пробиотических организмов на организм носителя. Примерами таких заболеваний могут служить некоторые формы иммунодефицита, синдром короткой кишки, синдром воспаленной кишки,  клапанные пороки сердца. [64] Главным фактором риска исходящего от пробиотиков может служить выход обычно безвредных бактерий за пределы ЖКТ во внутренние органы и кровь, что может привести к развитию бактериемии и сепсиса. [65]

  1. “Organisms and substances that have a beneficial effect on the host animal by contributing to its intestinal microbial balance”
  2. “Live microorganisms which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host”.
  3. “Live microorganisms that, when administered in adequate amounts, confer a health benefit on the host”
  4. 4. Линия клеток человеческой аденокарценомы, в определенных условиях культивирования способная дифференцироваться в клетки максимально сходные с кишечным эпителием.

 

Список литературы

[1] Wong JM, de Souza R, Kendall CW, Emam A, Jenkins DJ. «Colonic health: fermentation and short chain fatty acids.» J. Clin. Gastroenterol. 2006;40:235-43.

[2] Manichanh C, Rigottier-Gois L, Bonnaud E, et al. «Reduced diversity of faecal microbiota in Crohn’s disease revealed by a metagenomic approach.» Gut.2006;55:205-11

[3] Scher JU, Ubeda C, Artacho A, et al. «Decreased bacterial diversity characterizes the altered gut microbiota in patients with psoriatic arthritis, resembling dysbiosis in inflammatory bowel disease.» Arthritis Rheumatol. 2015;67:128-39.

[4] Sommer F, Rühlemann MC, Bang C, et al. «Microbiomarkers in inflammatory bowel diseases: caveats come with caviar.» Gut. 2017;66:1734-8.

[5] Zhao L, Zhang F, Ding X, et al. «Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes.» Science 2018;359:1151-6.

[6] Chassaing B, Koren O, Goodrich JK, et al. «Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome.» Nature 2015;519:92-6.

[7] Wu GD, Compher C, Chen EZ, et al. «Comparative metabolomics in vegans and omnivores reveal constraints on diet-dependent gut microbiota metabolite production.» Gut. 2016;65:63-72.

[8] Mohan M, Chow CT, Ryan CN, et al. «Dietary gluten-induced gut dysbiosis is accompanied by selective upregulation of microRNAs with intestinal tight junction and bacteria-binding motifs in rhesus macaque model of celiac disease.» Nutrients 2016;8:8.

[9] Bonder MJ, Tigchelaar EF, Cai X, et al. «The influence of a short-term gluten-free diet on the human gut microbiome.» Genome Med. 2016;8:45

[10] Falony G, Joossens M, Vieira-Silva S, et al. «Population-level analysis of gut microbiome variation.» Science 2016;352:560-4.

[11] Blaser MJ. «Antibiotic use and its consequences for the normal microbiome.» Science 2016;352:544-5.

[12] Alexander JL, Wilson ID, Teare J, Marchesi JR, Nicholson JK, Kinross JM. «Gut microbiota modulation of chemotherapy efficacy and toxicity.» Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2017;14:356-65.

[13] Spanogiannopoulos P, Bess EN, Carmody RN, Turnbaugh PJ. «The microbial pharmacists within us: a metagenomic view of xenobiotic metabolism.» Nat. Rev. Microbiol. 2016;14:273-87.

[14] Élie [Ilya Ilyich] Metchnikoff, 2004 [1907] «The prolongation of life: Optimistic studies», p. 116. Springer Classics in Longevity and Aging, New York, NY:Springer, reprint of 1908 English edition by É.M., same title (P. Chalmers Mitchell, Ed.), New York, NY:Putnam, , itself a translation of 1907 French edition by I.I.M., Essais optimistes, Paris:Heinemann,

[15] Vaughan RB. «The romantic rationalist: A study of Elie Metchnikoff». Medical History. 9 (3): 201–15.

[16] Nißle Alfred (1918). «Die antagonistische Behandlung chronischer Darmstörungen mit Colibakterien». Medizinische Klinik. 1918 (2): 29–33.

[17] Lilly DM, Stillwell RH. «Probiotics: Growth-promoting factors produced by microorganisms». Science. 1965 147 (3659): 747–748.

[18] Sperti, G. S.  «Probiotics.» West Point, CT: AVI Publishing Co. 1971

[19] Fuller R. «Probiotics in man and animals». The Journal of Applied Bacteriology. 1989 66 (5): 365–78.

[20] Joint FAO/WHO Working Group Report on Drafting Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food

[21] Colin Hill, Francisco Guarner, Gregor Reid, Glenn R. Gibson, Daniel J. Merenstein, Bruno Pot, Lorenzo Morelli, Roberto Berni Canani, Harry J. Flint, Seppo Salminen, Philip C. Calder & Mary Ellen Sanders   Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology volume 11, pages 506–514 (2014)

[22] Rijkers GT, de Vos WM, Brummer RJ, Morelli L, Corthier G, Marteau P (2011). «Health benefits and health claims of probiotics: Bridging science and marketing». British Journal of Nutrition. 106 (9): 1291–6.

[23] Opinion of the Scientific Committee, European Food Safety Authority (2007). «Introduction of a Qualified Presumption of Safety (QPS) approach for assessment of selected microorganisms referred to EFSA». EFSA Journal. 587 (12): 1–16.

[24] Lomax, A. R. & Calder, P. C. «Probiotics, immune function, infection and inflammation: a review of the evidence from studies conducted in humans.» Curr. Pharm. Des. 15, 1428–1518 (2009).

[25] Maidens, C., Childs, C., Przemska, A., Dayel, I. B. & Yaqoob, P. «Modulation of vaccine response by concomitant probiotic administration.» Br. J. Clin. Pharmacol. 75, 663–670 (2013).

[26] Kumar, M. et al. «Probiotic metabolites as epigenetic targets in the prevention of colon cancer.» Nutr. Rev. 71, 23–34 (2013).

[27] Reid, G. et al. «Microbiota restoration: natural and supplemented recovery of human microbial communities.» Nature Rev. Microbiol 9, 27–38 (2011).

[28] Heuvelin, E. et al. «Mechanisms involved in alleviation of intestinal inflammation by Bifidobacterium breve soluble factors.» PLoS ONE 4, e5184 (2009).

[29] Macho Fernandez, E. et al. «Anti-inflammatory capacity of selected lactobacilli in experimental colitis is driven by NOD2-mediated recognition of a specific peptidoglycan-derived muropeptide.» Gut. 60, 1050–1059 (2011).

[30] Degnan FH. The US Food and Drug «Administration and probiotics: regulatory categorization.» Clin Infect Dis. 2008 Feb 1;46 Suppl 2:S133-6; discussion S144-51

[31] Van der Waaij D. «Colonization resistance of the digestive tract — mechanism and clinical consequences.»Nahrung.1987;31(5-6):507-17.
[32] Kim GBLee BH. «Genetic analysis of a bile salt hydrolase in Bifidobacterium animalis subsp. lactis KL612.» J. Appl. Microbiol. 2008 Sep;105(3):778-90.

[33] Mikkel JungersenAnette WindEric JohansenJeffrey E. ChristensenBirgitte Stuer-Lauridsen, andDorte Eskesen «The Science behind the Probiotic Strain Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12®» Microorganisms. 2014 Jun; 2(2): 92–110

[34] Commane D.M., Shortt C.T., Silvi S., Cresci A., Hughes R.M., Rowland I.R. «Effects of fermentation products of pro- and prebiotics on trans-epithelial electrical resistance in an in vitro model of the colon.» Nutr. Cancer. 2005;51:102–109

[35] Latvala S., Pietila T.E., Veckman V., Kekkonen R.A., Tynkkynen S., Korpela R., Julkunen I. «Potentially probiotic bacteria induce efficient maturation but differential cytokine production in human monocyte-derived dendritic cells.» World J. Gastroenterol. 2008;14:5570–5581.

[36] Matsumoto M., Hara K., Benno Y. «The influence of the immunostimulation by bacterial cell components derived from altered large intestinal microbiota on probiotic anti-inflammatory benefits.» FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2007;49:387–390.

[37] Srinivas DMital BKGarg SK. «Utilization of sugars by Lactobacillus acidophilus strains.» Int J Food Microbiol. 1990 Jan;10(1):51-7.

[38] Collado MC, Gueimonde M, Sanz Y, Salminen S. «Adhesion properties and competitive pathogen exclusion ability of bifidobacteria with acquired acid resistance.» J. Food Prot. 2006;69:1675–1679.

[39] Chauvière G, Coconnier MH, Kerneis S, Fourniat J, Servin AL. «Adhesion of human Lactobacillus acidophilus strain LB to human enterocyte-like Caco-2 cells.» J. Gen. Microbiol. 1992;138:1689–1696.

[40] Gopal PK, Prasad J, Smart J, Gill HS. «In vitro adherence properties of Lactobacillus rhamnosus DR 20 and Bifidobacterium lactis DR 10 strains and their antagonistic activity against an enterotoxigenic Escherichia coli.» Int. J. Food Microbiol. 2001;67:207–216.

[41] Nielsen DS, Cho GS, Hanak A, Huch M, Franz CM, Arneborg N. «The effect of bacteriocin-producing Lactobacillus plantarum strains on the intracellular pH of sessile and planktonic Listeria monocytogenes single cells.» Int. J. Food Microbiol. 2010;141:S53–S59.

[42] Mohamadzadeh M., Duong T., Hoover T., Klaenhammer T. R. (2008). «Targeting mucosal dendritic cells with microbial antigens from probiotic lactic acid bacteria.» Expert Rev. Vaccines 7 163–174

[43] Garcia-Albiach R, Pozuelo de Felipe MJ, Angulo S, Morosini MI, Bravo D, Baquero F et al. (2008). «Molecular analysis of yogurt containing Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and Streptococcus thermophilus in human intestinal microbiota.» American Journal of Clinical Nutrition 87, 91-96.

[44] Vieira, P. A. F. ; de Queiroz, J. H. ; Albino, L. F. T. ; de Moraes, G. H. K. ; Barbosa, A. D. ; Muller, E. S. ; Viana, M. T. D., 2008. «Effects of inclusion of mango residues on performance of broilers chickens from 1 to 42 days.» Rev. Bras. Zootec., 37 (1), 11-18.

[45] Jijon H, Backer J, Diaz H, Yeung H, Thiel D, McKaigney C, De Simone C, Madsen K. «DNA from probiotic bacteria modulates murine and human epithelial and immune function.» Gastroenterology. 2004;126:1358–1373.

[46] Loessner M.J., Kramer K., Ebel F., Scherer S. «C‐terminal domains of Listeria monocytogenes bacteriophage murein hydrolases determine specific recognition and high‐affinity binding to bacterial cell wall carbohydrates.» Mol. Microbiol. 2002;44:335–349.

[47] Hunter CJ1, Williams M, Petrosyan M, Guner Y, Mittal R, Mock D, Upperman JS, Ford HR, Prasadarao NV. «Lactobacillus bulgaricus prevents intestinal epithelial cell injury caused by Enterobacter sakazakii-induced nitric oxide both in vitro and in the newborn rat model of necrotizing enterocolitis.» Infect. Immun. 2009 Mar;77(3):1031-43.

[48] Terahara, M., Nishide, S. and Kaneko, 1. 2000. «Preventive effect of Lactobacillus delbrueckil subsp. bulgaricus on the oxidation of LDL.» Biosci. Biotechnol. Biochem., 64(9): 1868-1873.

[49] Mitchell TJ. «The pathogenesis of streptococcal infections: from tooth decay to meningitis.» Nat. Rev. Microbiol. 2003;1:219-230.

 

[50] Hols, P., Hancy, F., Fontaine, L., Grossiord, B. et al., «New insights in the molecular biology and physiology of Streptococcus thermophilus revealed by comparative genomics.» FEMS Microbiol. Rev 2005;29:435–463.

[51] John A, Renye Jr, Somkuti GA. «BlpC-regulated bacteriocin production in  Streptococcus thermophilus.» Biotechnol Lett 2013; 35:407–412.

[52] Bertolami  MC,  Faludi  AA,  Batlouni  M.  «Evaluation  of  the  effects  of  a  new  fermented  milk  product  (Gaio)  on  primary hypercholesterolemia.»  Eur. J. Clin. Nutr.1999; 53:97–101.

[53] Mamaheswari TU, Anbukkaras KI, Ingh PS et al. «Streptococcus thermophilus strains of plant origin as dairy starters: Isolation and characterisation.» International Journal of Dairy Technology 2014; 67.

[54] Stein T. «Bacillus subtilis antibiotics: structures, syntheses and specific functions.» Mol. Microbiol. — 2005. — Vol. 56, № 4. — P. 845-857.

[55] Леляк А.А., Штерншис М.В. «Антагонистический потенциал сибирских штаммов Bacillus spp. в отношении возбудителей болезней животных и растений.»  Вестник Томского государственного университета. Биология. — 2014. — № 1. — С. 42-55.

[56] Stein T., Borchert S., Conrad B. et al. «Two different lantibiotic-likepeptides originate from the ericin gene cluster of Bacillus subtilis A1/3»  J. Bacteriol. — 2002. — Vol. 184, № 6. — P. 1703-1711.

[57] Jones S.E., Paynich M.L., Kearns D.B., KnightK.L. «Protection from intestinal inflammation by bacterial exopolysaccharides»  J. Immunol. — 2014. — Vol. 192, № 10. — P. 48134820.

[58] Smirnov V.V., Reznik S.R., Kudriavtsev V.A. et al. «Extracellular amino acids of aerobic spore-forming bacteria.» Mikrobiologiia. — 1992. — Vol. 61, № 5. — P. 865-872.

[59] Похиленко В.Д., Перелыгин В.В. «Пробиотики на основе спорообразующих бактерий и их безопасность» Химическая и биологическая безопасность. — 2007. — № 2—3. — С. 32-33.

[60] Liu Y.P., Liu X., Dong L. «Lactulose plus live binary Bacillus subtilis in the treatment of elders with functional constipation.» Zhonghua Yi Xue Za Zhi. — 2012. — Vol. 92, № 42. — P. 29612964.

[61] Khan M., Nakkeeran E., Umesh-Kumar S. «Potential application of pectinase in developing functional foods» Annu. Rev. Food Sci. Technol. — 2013. — Vol. 4. — P. 21-34.

[62] Ulloa Rojas J.B., Verreth J.A., Amato S., Huisman E.A. «Biological treatments affect the chemical composition of coffee pulp» Bioresour. Technol. — 2003. — Vol. 89, № 3. — P. 267-274.

[63] Boyle RJ, Robins-Browne RM, Tang ML (2006). «Probiotic use in clinical practice: what are the risks?». Am J Clin Nutr (Review). 83 (6): 1256–64, quiz 1446–7.

[64] Doron S, Snydman DR (2015). «Risk and safety of probiotics». Clin. Infect. Dis. (Review). 60 Suppl 2: S129–34.

[65] Durchschein F, Petritsch W, Hammer HF (2016). «Diet therapy for inflammatory bowel diseases: The established and the new». World J Gastroenterol (Review). 22 (7): 2179–94.

 

Одеянко Вячеслав Борисович  Генеральный директор ООО «СибБиоТех»

С сайта http://morozovo.org/

г. Новосибирск 2019