Читать онлайн PRO полезных микробов и красоту

Наши личные полезные микробы

Наше тело служит пристанищем для триллионов полезных микробов. Невероятно разнообразное и многомиллионное по численности, это микробное сообщество на протяжении долгих лет своей эволюции развивалось в таком тесном симбиозе с человеком, что стало просто незаменимым в жизни своего хозяина, и даже обрело способности влиять на процессы его физиологии. Это сообщество микроскопических жителей в нашем теле называется микробиотой.

Интересно наблюдать, как поменялось понимание роли микробов со времен открытий Пастера и Коха, которые в конце 18 века доказали, что «микробы являются основой болезней» к современным взглядам. Сейчас уже всем известно, что кроме болезнетворных, существует еще и великое множество полезных микробов, которые организованы в естественную микробную популяцию в нашем организме и причиняют нам только пользу. Такие бактериальные популяции составляют резидентную или комменсальную микробиоту, они являются неотъемлимой частью нашей жизни, и обеспечивают фундаментальную поддержку здоровья и благополучия.

И сегодня мы наблюдаем вспышку числа исследований микробиоты, что позволяет все лучше понимать ее незаменимую роль в нашей жизни. Стало совершенно ясно, что кишечная флора активно участвует в пищеварении, расщепляет трудноперевариваемые компоненты пищи, вырабатывает витамины и питательные вещества. Ученые показали, что это мирное сообщество микробов помогает организму сопротивляться вторжению чужеродных болезнетворных микроорганизмов, предотвращать отравления и инфекционные болезни. Микробы внутри нас постоянно влияют на наши гормоны, на работу нервной системы, на иммуннитет и даже на укрепление костей.

Выяснено, например, что нарушения баланса в микробиоме кишечника, из-за неправильного питания, стресса или приема антибиотиков, может привести к кожным заболеваниям. Поэтому продукты, улучшающие баланс кишечной микробиоты, теперь особенно интересны для косметических и фармацевтических компаний. Изучается и микробиота нашей кожи, эти микробы на поверхности нашего тела также необходимы нам с самого рождения и на протяжении всей жизни, как и кишечные внутри. Нарушение баланса микробиоты кожи, может быть связано с кожными заболеваниями, такими как акне, атопический дерматит, фотостарение и рак кожи. Кишечная микробиота со своей стороны может играть роль в формировании угревых поражений, и предполагается, например, что акне – это заболевание, которое связано с состоянием пищеварительного тракта и его микробиома, а использование пробиотиков может уменьшить высыпания на коже.

В последние годы пробиотики и постбиотики становятся все более популярным ингредиентом косметики. Создаются средства с пробиотиками, рассчитыватся формулы микробиом-дружественных продуктов, которые будут содержать пробиотические и постбиотические ингредиенты, способные блокировать воздействия вредного ультрафиолетового излучения, защищать кожу от фотостарения и помогать восстанавливать баланс кожной микробиоты благодаря их антиоксидантной и противовоспалительной активности.

Растет интерес и к пищевым добавкам для улучшения состояния кожи, на основе знаний о том, что существует тесная взаимосвязь между кишечником и кожей. Влияние на разнообразие микробного состава нашего тела с помощью пробиотиков может помочь улучшить пищеварение, уменьшить воспаление, избавиться от лишнего веса, стать более энергичным и меньше болеть. Исследования показывают, что манипулирование бактериальными штаммами микробиома, помогает значительно улучшить не только здоровье, но и внешний вид.

Микробиота кишечника

Более 2000 лет назад Гиппократ предположил, что «Все болезни начинаются в кишечнике», но тогда еще не был изобретен микроскоп, чтобы рассмотреть как выглядят начала болезни и здоровья, и в чем же их особенности. Сейчас, благодаря современным технологиям, таким как секвенирование генома, мы можем досконально изучать население нашего кишечника и даже получать информацию о том, какова генетика всего этого интересного сообщества.

По оценкам, число микробов, которые живут в человеке, больше числа соматических и половых клеток человека в десять раз, а количество генов этих микробов превосходят по количеству человеческие гены более чем в 100 раз. Для описания совокупности всех генов из общего количества бактерий, вирусов, грибов, архей и простейших, населяющих организм человека используется термин микробиом.

Заселение желудочно-кишечного тракта комменсальными микроорганизмами начинается еще до рождения, в утробе матери и меняется далее всю жизнь, в зависимости от жизненных событий, регулярно пополняясь новыми поселенцами из внешней среды. В итоге, микробиота желудочно-кишечного тракта состоит из огромного разнообразия видов бактерий, грибов, архей и простейших, которые живут сообща, поддерживая взаимодействие с организмом хозяина. Они постепенно формируют структурно стабильный кишечный микробиом. Кишечный микробиом сейчас считается «скрытым органом» организма и кодирует более 3 миллионов генов, а это в 100 раз больше, чем количество генов самого человека, поэтому его часто называют «вторым человеческим геномом».

Кишечная флора очень разнообразна, и точное количество населяющих кишечник видов еще не полностью известно, по общим оценкам, в пищеварительном тракте человека может быть до 1500 различных видов бактерий. Бактерии в микробиоте кишечника, классифицируются на царства, типы, классы, порядки, семейства, роды, виды и штаммы. Основными бактериями, обнаруженными в кишечнике современными методами исследований, являются Firmicutes и Bacteroidetes, составляющие 90% флоры кишечника, другие бактериальные компоненты включают Actinobacteria и Proteobacteria. Проект «Геном человека», который работал над характеристикой микробиома кишечника, изучая его связи с заболеваниями, идентифицировал 2172 вида из 12 типов микроорганизмов, из которых более 90 % были обнаружены в Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria и Bacteroidetes.

Кишечные бактерии влияют на рост, созревание, деление и обновление клеток стенки кишечника, на проницаемость кишечных стенок, длину и толщину кишечных ворсинок. Микрофлора также влияет на моторику кишечника, играя регулирующую роль в кишечном метаболизме желчных кислот и серотонина.

Конкурируя за питательные вещества, подкисляя кишечную среду и синтезируя бактериоцины, кишечная микробиота подавляет развитие патогенных микроорганизмов и нейтрализует токсины и ксенобиотики. Она также участвует в синтезе некоторых витаминов группы В и витамина К. Исследование на мышах показало, что под воздействием определенной микрофлоры клетки кишечника секретируют иммуноглобулин А, который является ключевым в гуморальном иммунном ответе. Реакции иммуноглобулина А устраняют кишечные патогены и способствуют симбиозу хозяина и микроба.

Полезные кишечные бактерии прикрепляются к рецепторам на поверхности кишечного эпителия, герметизируют кишечную стенку, и поддерживают целостность кишечного барьера. Показано, что под воздействием кишечных микроорганизмов происходит снижение проницаемости кишечника даже для таких токсичных металлов как мышьяк, кадмий, свинец и ртуть (As, Cd, Pb, Hg).

В кишечнике человека доминируют две группы бактерий: грамположительные Firmicutes (Lactobacillus spp., Bacillus spp. и Clostridium spp.) и грамотрицательные Bacteroidetes. Молочнокислые бактерии Lactobacillus проявляют противовоспалительное действие и способность модулировать состав кишечной микробиоты. Они классифицируются как пробиотические микроорганизмы, относятся к типу Firmicutes, классу Bacilli и порядку Lactobacillales, и включают более 50 родов из 6 семейств и более 300 видов.

Тип Bacteroidetes содержит много родов палочковидных бактерий. Некоторые важные роды – Bacteroides, Parabacteroides, Prevotella, Paraprevotella, Alloprevotella, Barnesiella и другие. Эти микроорганизмы широко распространены в окружающей среде, особенно в почве и воде. Они в изобилии присутствуют в кишечнике, составляя ~10¹¹ клеток/г и поддерживают симбиотические отношения с хозяином. Некоторые виды родов Bacteroides и Prevotella способны расщеплять полисахариды растительного происхождения, такие как целлюлоза, крахмал, пектины.

Микробиом кишечника также содержит небольшую долю ДНК-вирусов (Anelloviridae, Geminiviridae, Herpesviridae, Nanoviridae, Papillomaviridae, Parvoviridae, Polyomaviridae, Adenoviridae и Circoviridae), и РНК-вирусов (Caliciviridae, Picornaviridae, Reoviridae). Человеческий виром также включает фаги, которые появляются в микробиоме на очень раннем этапе жизни. Они играют важную роль в регуляции бактериальной микробиоты. Наиболее важными генами фагов являются Caudovirales и Microviridae.

Заселение желудочно-кишечного тракта микробами начинается еще внутриутробно. Исследования показали, что микробиом плаценты матери сходен по своему составу с микробиомом ротовой полости ребенка и в обеих средах доминируют Firmicutes, Proteobacteria, Tenericutes, Bacteroidetes и Fusobacteria.

Кишечник у доношенных новорожденных уже не стерильный, и бактерии, присутствующие в нем, также присутствуют в амниотической жидкости, влагалище и полости рта. Дальнейшее заселение микрофлоры происходит во время родов. В случае естественных родов желудочно-кишечный тракт новорожденного содержит бактерии, которые живут в желудочно-кишечном тракте и влагалище матери. Например, Lactobacillus spp. являются доминирующими колонизаторами при вагинальных родах. Тогда как у новорожденных, рожденных путем кесарева сечения, бактериальная флора содержит бактерии, населяющие кожу матери, поэтому у них меньше бактерий типа Bifidobacterium и Bacteroides и больше патогенных Enterococcus, Enterobacter и Klebsiella. Вот почему так важен контакт с материнским телом ребенку сразу же после рождения.

В дальнейшем основным фактором, модулирующим микробиоту кишечника младенцев становится кормление. В первую неделю жизни в микробиоме кишечника доношенных детей доминируют Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroides и Firmicutes (в меньшей степени), тогда как у недоношенных детей это в основном бактерии родов Firmicutes и Tenericutes, а также Actinobacteria (в меньшем количестве). У детей на грудном вскармливании отмечено доминирование Bifidobacterium spp. Напротив, более разнообразная микробиота, которая исключает доминирование Bifidobacterium spp., была замечена у детей, находящихся на искусственном вскармливании.

Затем состав микробиома динамически меняется, пока не достигнет относительно зрелого равновесия примерно в возрасте 3 лет. До этого времени структура микробиоты очень нестабильна и реагирует на изменения в рационе, например на введение твердой пищи, на лекарства или заболевания. Созревание микробиоты кишечника на ранних этапах жизни человека влияет на рост клеток кишечника и на формирование иммунитета посредством метаболитов микробов.

В возрасте от 3 до 5 лет микробиота считается полной. Состав относительно постоянен, но при этом эксклюзивен для хозяина, поскольку становится похожим на микробиоту взрослого человека. На протяжении всей жизни микробный состав будет постоянным, но все же продолжает зависеть от особенностей питания, окружающей среды, образа жизни, приема лекарств, возраста и состояния здоровья.

У людей старше семидесяти разнообразие микробиоты меняется в сторону с низким уровнем Bifidobacterium и высоким уровнем Clostridium и Proteobacteria.

Микроорганизмы показывают четкую дифференциацию в разных отделах желудочно-кишечного тракта, что в основном связано с кислотностью окружающей их среды и наличием кислорода.

Проходя по нашему желудочно-кишечному тракту проглоченные микробы выбирают для поселения комфортную привлекательную им среду в зависимости от её кислотности (pH) и наличия кислорода. Тонкий кишечник предпочитают заселять Proteobacteria (Enterobacteriaceae), а в толстом кишечнике в большем количестве обнаружены Bacteriodetes (Bacteroidaceae, Prevotellaceae и Rikenellaceae).

Streptococcus, Peptococcus, Bifidobacterium, Staphylococcus, Lactobacillus и Fusobacterium преобладают в полости рта, в то время как Helicobacter pylori, Lactobacillus, Streptococcus и Candida albicans наиболее распространены в желудке.

Bacteroides, Lactobacillus и Streptococcus доминируют в тощей кишке, Bacteroides, Clostridium, Enterococcus, Lactobacillus и Veillonella – в подвздошной кишке, в то время как Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria и Actinobacteria – в толстой кишке.

Пробиотики – живой источник полезных микробов

В наш организм постоянно стремятся попасть все новые и новые микробы и состав микрофлоры может варьироваться в зависимости от внешних событий. Но благодаря нашим знаниям мы можем сознательно управлять тем, каким микробам в нашем организме мы дадим преимущества для жизни, меняя предпочтения в пище. Для целенаправленной коррекции микробиоты существуют пробиотики.

Пробиотики – это по определению «живые микроорганизмы, которые приносят пользу здоровью хозяина при употреблении в адекватных количествах». Концепция пробиотиков восходит к началу 20 века, когда русский ученый-иммунолог Илья Ильич Мечников, работавший в Институте Пастера в Париже и удостоенный Нобелевской премии по медицине за свои работы по иммунологии, проявил серьезный интерес к молочнокислому брожению. Мечников предположил, что употребление в пищу ферментированных молочных продуктов, содержащих молочнокислые бактерии Bacillus bulgaricus, может значительно улучшить здоровье и продлить жизнь. В своей книге «Этюды оптимизма» он написал: «С различными продуктами, подвергающимися молочнокислому брожению и потребляемыми в сыром виде (простокваша, кефир, квашеная капуста, соленые огурцы), люди ввели в свой пищеварительный тракт огромное количество размножающихся молочнокислых бактерий». С тех пор пробиотики считаются микроорганизмами, способствующими укреплению здоровья.

Вероятнее всего, сам термин «пробиотик» придумал Фердинанд Вергин в 1954 году в своей статье «Anti-und Probiotika», сравнивая вредное воздействие антибиотиков и других антибактериальных средств на кишечную микробиоту с полезным воздействием («пробиотика») некоторых полезных бактерий. Стоит отметить, что слово пробиотик происходит от латинского предлога «pro», что означает «для», и греческого слова «biotic», что означает «жизнь».

В 1974 году было введено определение «пробиотиков» как «живых микроорганизмов, которые приносят пользу здоровью при употреблении в адекватных количествах». Это был окончательный термин, принятый Всемирной организацией здравоохранения в 2002 году. Определение было поддержано Международной научной ассоциацией по пробиотикам и пребиотикам (ISAPP) в 2013 году .

Также можно встретить определение пробиотика как «живые микроорганизмы с укрепляющими здоровье свойствами, опосредованные через прием внутрь или через местное применение к хозяину».

Знания о благотворном влиянии продуктов молочнокислого брожения на здоровье человека восходит к незапамятным временам. В Библии несколько раз встречается упоминание кислого молока. В Индии кисломолочные напитки были известны за 800–300 лет до нашей эры. Древние римляне и греки также знали различные рецепты кисломолочных продуктов. Особенный кисломолочный напиток, похожий на наш современный кефир, готовили и в Древнем Египте под названием «лебен раиб» из буйволиного или козьего молока.

На основе накопленных знаний сейчас разрабатываются уникальные пробиотические препараты, которые содержат живые, жизнеспособные, определенные микроорганизмы в таком количестве, чтобы обеспечить целенаправленные полезные эффекты для здоровья. То, как работают пробиотики, может зависеть от их штамма, дозы и компонентов, используемых для производства пробиотического продукта.

Сейчас существует инновационная концепция использования пробиотиков – это «персонализированное» или «точное» применение, которое учитывает специфические характеристики хозяина, избегая подхода «один размер подходит всем». Персонализированная стратегия состоит в том, что комменсальные бактерии, выделенные из здоровой кишечной микробиоты хозяина, сохраняются в «биобанке микробиоты», и после проверки генетических характеристик именно этот набор бактерий используются для терапии заболеваний, связанных с дисбактериозом хозяина.

Чтобы продукт считался пробиотиком, он должен соответствовать трем основным характеристикам:

1. Штаммы пробиотика должны быть точно охарактеризованы генетически и фенотипически, и иметь обоснование, основанное на документированных экспериментах, опубликованных в рецензируемых статьях, для их включения для предполагаемого использования. Штамм – это чистая культура микроорганизмов, обладающая сходными свойствами.

2. На момент использования пробиотик должен содержать достаточное количество живых микроорганизмов, эквивалентное количеству, для которого эффективность продукта была доказана в клинических исследованиях.

3. Способ доставки, дозировка и продолжительность использования должны основываться на научных данных на людях, если предполагаемым получателем пробиотика являются люди.

Главный принцип действия пробиотиков – это влияние на развитие микробиоты, населяющей организм, так, чтобы обеспечить гармоничный баланс между патогенами и бактериями, которые необходимы для нормального функционирования организма. Живые микроорганизмы, соответствующие критериям пробиотиков, сейчас используются в производстве функциональных продуктов питания и при консервировании пищевых продуктов. Их положительный эффект используется и для восстановления естественной микробиоты после антибиотикотерапии.

Другая полезная функция пробиотиков – это их противодействие патогенной кишечной микробиоте, занесенной из загрязненных продуктов питания и окружающей среды. Пробиотики могут эффективно подавлять развитие патогенных бактерий, таких как Clostridium perfringens, Campylobacter jejuni, Salmonella Enteritidis, Escherichia coli, различные виды Shigella, Staphylococcus и Yersinia, тем самым предотвращая пищевые отравления.

Пробиотические Lactobacillus plantarum, Lactobacillus reuteri, Bifidobacterium adolescentis и Bifidobacterium pseudocatenulatum являются естественными производителями витаминов группы B (B1, B2, B3, B6, B8, B9, B12). Они тоже повышают иммунитет, улучшают усвоение витаминов и минеральных соединений, и стимулируют выработку органических кислот и аминокислот. Пробиотические микроорганизмы могут вырабатывать ферменты, такие как эстераза, липаза и коферменты A, Q, НАД и НАДФ. Некоторые продукты метаболизма пробиотиков проявляют свойства антибиотиков (ацидофилин, бацитрацин, лактацин), противораковые и иммунодепрессивные свойства.

Но стоит помнить, что витаминов, получаемых из микробиоты, не достаточно для потребностей физиологии человека, оценка их вклада в суточные нормы существенно варьируется и в среднем составляет от 0,078% для пантотената (витамина B5) до 86% для пиридоксина (витамина B6). Способность микробиоты вырабатывать витамины нестабильна, например, количество генов, участвующих в биогенезе фолата, увеличивается с возрастом, тогда как гены, кодирующие ферменты синтетического пути кобаламина (витамина B12) с возрастом уменьшаются.

Почему пробиотики так полезны для здоровья? Молекулярно-генетические исследования установили основы полезного действия пробиотиков против патогенных микроорганизмов, включающие четыре механизма:

1) Защита от болезнетворных микробов посредством выработки антимикробных веществ,

2) Конкуренция с патогенами за прикрепление к эпителию и за питательные вещества,

3) Иммуномодуляция хозяина,

4) Подавление продукции бактериальных токсинов.

Конкуренция за места на слизистой оболочке кишечника между пробиотическими штаммами и болезнетворными бактериями – это главный механизм защиты хозяина от патогенов в кишечнике. Пробиотические бактерии могут прикрепляться к эпителиальным клеткам кишки хозяина, не оставляя места для патогенов. И это значительно влияет на здоровье хозяина. Более того, адгезия пробиотических микроорганизмов к эпителиальным клеткам может запускать каскад сигналов, модулирующих имунный ответ. Пробиотики могут усиливать врожденный иммунитет (первая линия защиты) путем повышения уровня иммуноглобулинов, антимикробных белков, фагоцитарной активности и активности естественных клеток-киллеров, а также усиливать приобретенный иммунитет через улучшение презентации антигенов и функции Т- и В-лимфоцитов для нейтрализации патогенов и инфицированных вирусом клеток.

Молочнокислые бактерии – лактобациллы, такие как L. acidophilus, L.casei, L.delbrueckii subsp. bulgaricus, L.brevis, L.cellobiosus.

Грамположительные кокки, такие как Lactococcus Lactis, Streptococcus salivarius subsp. термофилус, Enterococcus faecium

Бифидобактерии, такие как B.bifidun, B.adolescentis, B.i.nfantis, B.longum, B. thermophilum.

Пробиотики доступны в различных формах, таких как порошки, жидкие формы, гели или пасты, гранулы, капсулы и т. д. Пробиотики в целом обладают свойствами непатогенности, нетоксичности, устойчивости к желудочной кислоте, адгезии к эпителиальным тканям кишечника и способностью вырвабтывать антибактериальные вещества.

Традиционные пробиотики это в основном бактерии рода Lactobacillus и Bifidobacterium. Заявлено, что пробиотики, предназначенные для человека, должны быть «человеческого или пищевого происхождения». Это объясняется тем фактом, что именно такие штаммы будут более безопасными и обладать наилучшей способностью закрепляться на эпителиальных клетках кишечника человека .

Грудное молоко – бесценный источник бактериальных штаммов с пробиотической активностью для заселения кишечника новорожденного его первой микробиотой. Источники из пищи животного происхождения (молоко, рыба, мясные продукты и мед), а также ферментированная и неферментированная пища растительного происхождения (зерновые/хлопья, фрукты, молочные продукты и овощи) могут быть дополнительным ресурсом для выделения пробиотических штаммов.

Антибактериальная активность пробиотиков проявляется в том, что они вырабатывают специальные антимикробные молекулы: бактериоцины, перекись водорода и органические кислоты, которые подкисляют экосистему. Органические кислоты, особенно уксусная и молочная, действуют как ингибиторы на грамотрицательные бактерии. Бактериоцины выделяются грамположительными бактериями (обычно лактобациллами) и представляют собой пептиды, активные против болезнетворных бактерий.

Исследования также открыли противовирусное действие пробиотиков в действии против различных кишечных, респираторных и урогенитальных заболеваний. Блокирование рецепторных участков в клетках хозяина, стимуляция иммунитета и выработка противовирусных метаболитов объясняют противовирусную активность пробиотиков.

Молочнокислые бактерии – непатогенные, нетоксигенные, грамположительные, ферментативные бактерии, основным свойством которых является способность образовывать молочную кислоту в качестве продукта брожения. Этот процесс называется ферментацией. Молочнокислые бактерии растут анаэробно, но в отличие от других анаэробов, большинство из них могут расти также и в присутствии кислорода. Примерами являются Lactobacillus (ssp. acidophilus, fermentum, plantarum, rhamnosus, casei, reuteri, gasseri), Streptococcus (например, salivarius, thermophilus) и Lactococcus.

Бифидобактерии – одни из первых микробов, колонизирующих желудочно-кишечный тракт человека. Примерами являются Bifidobacterium bifidum, longum, animalis и breve. Бифидобактерии не являются молочнокислыми. Однако они продуцируют молочную кислоту (но через совершенно другой метаболический путь).

Спорообразующие бактерии – споровые пробиотики, также называемые эндоспорами, почвенными бактериями, являются спящей формой бактерий, которые обладают высокой устойчивостью к физическим и химическим воздействиям. Они могут выдерживать высокие температуры, обработку паром и химиопрепараьами, высокое давление. После приема внутрь эти споры хорошо выживают в желудке и прорастают в тонком кишечнике. Примерами являются Bacillus (например, coagulans, subtilis). Спорообразующие бактерии не обязательно имеют почвенное происхождение. Их также можно найти в ферментированных продуктах.

Дрожжи

Пробиотические свойства дрожжей связаны с их конкуренцией за питательные вещества с патогенными микроорганизмами, изменением кислотности среды, образованием этанола и антимикробных соединений, включая бактериоцины и микоцины. Примерами являются Сахаромицеты Буларди (Saccharomyces boulardii). наиболее изученными и давно применяющимися дрожжами-пробиотиками. Они были названы в честь французского ученого Анри Булара (Henri Boulard), который впервые выделил чистую культуру этих грибов в Индокитае из тропических плодов личи и мангостина, кожура которых используется местным населением для лечения диареи.

Анализ потенциальной пользы пробиотиков для здоровья проводится на уровне штамма, следует избегать употребления пробиотических продуктов, на этикетке которых указан только род и вид, но не штамм, поскольку эффекты пробиотиков являются штаммоспецифичными и важно определить род и вид пробиотических бактерий, которые приносят пользу здоровью.

Чтобы пробиотик был эффективен в организме, пробиотический продукт должен иметь минимальную концентрацию 10⁶–10⁷ КОЕ/г. Дозы, которые рекомендовано давать ежедневно, обычно составляют 5 × 10⁶–6 × 10⁶ КОЕ в день для детей и 10 × 10⁶–20 × 10⁶ КОЕ в день для взрослых.

Традиционно в качестве пробиотиков использовались бактерии, продуцирующие молочную кислоту, такие как лактобациллы, бифидобактерии и другие. Трудность в том, что большинство других микроорганизмов, населяющих кишечник человека, долгое время оставалось неопознанными, поскольку они в основном являются анаэробными бактериями и их трудно выращивать в культуре. Однако современная микробиология произвела революцию в способности идентифицировать ранее неопознанные микробы кишечника.

Современные достижения в области секвенирования генома и методов культивирования помогли выделить и описать множество новых различных микробов из микробиоты человека, которые показали многообещающие полезные для здоровья свойства и пробиотический потенциал. Их можно применять как пробиотики нового поколения (NGS – next generation probiotics). И можно было бы определить такие пробиотики по-новому как «живые микробы, идентифицированные на основе сравнительных исследований микробиома, которые приносят пользу для здоровья хозяину при приеме в подходящих количествах».

С новыми открытиями термин «пробиотик» расширяется, и включает все больше новых пробиотических видов наряду с хорошо известными молочнокислыми бактериями и бифидобактериями. Примерами пробиотиков нового поколения являются: Roseburia intestinalis, Eubacterium spp., Akkermansia muciniphila, Faecalibacterium prausnitzii и Bacteroides spp .

Пробиотики нового поколения обладают физиологической полезностью, например, выработкой фолата, серотонина, индолов и короткоцепочечных жирных кислот, бутирата, пропионата, ацетата и других, каждый из которых играет важную роль в регуляции физиологии хозяина. Превращение этих недавно выявленных видов в промышленно полезные пробиотики является большой проблемой. Это связано с потребностью этих микробов в дорогостоящих и сложных богатых питательных средах и анаэробных условиях. Поэтому исследования в этом аспекте для определения оптимальных ромышленных процессов все еще затруднительны.

Выжить в желудке – сложный путь пробиотиков в пищеварительной системе

Как следует из самого определения, именно «живое» состояние необходимо для пробиотиков, чтобы защищать хозяина от патогенов, ведь неактивные пробиотические штаммы, не смогут связываться со слизистой оболочкой или генерировать органические кислоты. Выжить в процессе изготовления и дойти до конечного пункта назначения – достаточно серьезный вызов для полезных микробов. Помимо технологического стресса во время обработки пищевых продуктов, за которым следует стресс, связанный со стабилизацией, упаковкой и хранением, пробиотики подвергаются дополнительным огромным стрессам после употребления их внутрь.

Чтобы причинить пользу своему хозяину, пробиотические микроорганизмы должны сохраниться в достаточном количестве и успешно заселить организм хозяина. Полезные для здоровья эффекты пробиотиков особенно зависят от их способности к выживанию во время прохождения через желудочно-кишечный тракт. Во время прохождения по желудочно-кишечному тракту штаммы должны переносить присутствие пепсина и низкий pH желудка, присутствие ферментов в двенадцатиперстной кишке и антимикробную активность желчных солей.

Выживаемость пробиотиков зависит от многих факторов: от формы препарата, в которую они упакованы, от сопутствующей пищи и дозировки. Кроме того, резидентная микробиота желудочно-кишечного тракта, и даже совместно употребляемая микробиота пищи могут быть еще одним важным повреждающим фактором для пробиотиков.

Особенно сложный этап путешествующих по пищеварительной системе бактерий ожидает в желудке. Желудок – это враждебная среда для большинства микроорганизмов, ведь сильная желудочная кислота по своей физиологии специально предназначена для очищения пищи от всех проглоченных микробов. В исследованиях с использованием традиционных методов культивирования показано, что количество бактерий в слизистой оболочке желудка составляет всего около 10³ КОЕ на г. В состоянии голодания утром желудок имеет пиковую кислотность pH 1-2. Наиболее распространенные пробиотические штаммы, которые показывают значительно высокую устойчивость к кислотности, относятся к родам Lactobacillus или Bifidobacterium, они выдерживают pH 2-3.

Пищевые продукты, используемые в качестве носителей пробиотиков или принимаемые одновременно с пробиотиками, можно считать одним из основных важных факторов, влияющих на способность пробиотиков выживать при прохождении желудочно-кишечного тракта и обеспечивать ожидаемую эффективность пробиотиков.

Натощак с соком или с едой ? Как лучше выживают пробиотики

Исследователи протестировали три реальных сценария: когда человек принимает пробиотик натощак, с апельсиновым соком или с едой. В качестве блюда выбрали мелкоизмельченную кашу, приготовленную на цельном молоке. Пробиотик участники эксперимента принимали в форме капсул, порошка или таблеток, при этом ни одна из капсул не была устойчива к желудочному соку.

В результате оказалось, что самое большое снижение жизнеспособности пробиотиков наблюдалось, когда их употребляли одновременно с апельсиновым соком. Это связано с тем, что фруктовые соки содержат в своем составе различные органические кислоты, которые могут снижать выживаемость пробиотиков. Горячие напитки и алкогольные напитки также могут существенно повлиять на выживаемость пробиотиков в желудочно-кишечном тракте, хотя некоторые штаммы могут быть адаптированы для выживания в более высоких концентрациях спирта или достаточно защищены для выдерживания при высоких температурах.

Но в целом, не рекомендуется принимать продукты с пробиотиками непосредственно с горячими напитками, горячей пищей или алкоголем. Для достижения полезных эффектов пробиотики также не следует принимать одновременно с антибиотиками. Принимать пробиотик следует за 1–3 часа до или после приема антибиотиков.

С точки зрения общего количества бактерий, выживаемость пробиотиков, которых проглотили с чистой водой, была на втором месте и составила 87,2% .

Больше всего выжило микробов при условии совместного употребления пробиотиков с кашей. Уровень выживаемости пробиотиков был статистически выше в образцах с кашей (91,8%), чем в образцах с соком (79,0%).

Многие исследования показывают, что фрукты и овощи являются ценными источниками питательных веществ, которые делают их идеальными субстратами для роста пробиотиков. Тем не менее, поведение пробиотических штаммов в этих пищевых матрицах может меняться в процессе пищеварения. Например, B. animalis subsp. lactis Bb-12 показал хорошую выживаемость в апельсиновом соке в течение 7-дневного хранения, но не выжил при последующем моделировании пищеварения в желудочно-кишечном тракте.

Более высокая вариация в уровне выживаемости лактобацилл согласуется с тем фактом, что по сравнению с бифидобактериями лактобациллы представляют собой очень разнообразную группу микроорганизмов с различными способностями выживать в условиях стресса. Кроме того, штаммы лактобацилл и энтерококков показали немного большее количество жизнеспособных бактерий после приема с кашей. Это указывает на то, что каша, приготовленная на молоке, не только обеспечивала защиту бактерий, но и служила источником питательных веществ для их роста.

Выполнение нескольких простых рекомендаций по употреблению пробиотиков вместе с пищей может помочь улучшить выживаемость штаммов, а значит и усилить их пользу.

– избегать применения пробиотиков утром натощак – в это время кислотность желудка наиболее высокая.

– избегать применения пробиотиков с горячими напитками и пищей, так как высокая температура губительна для живых микробов.

– не запивать пробиотики кислыми соками – им итак предстоит еще проходить через кислую среду желудка.

– сыр, каши, молоко, специальные капсулы – замечательные спутники пробиотиков в их пути по желудочно кишечному тракту, эти продукты создают матрицу, защищающую полезных бактерий от агрессивной переваривающей среды и заодно снабжают микробов дополнительной пищей.

Пребиотики – накормите своих полезных микробов

Итак вы подселили себе в кишечник полезных микробов, но им понадобится ваша дальнейшая забота и поддержка. Как минимум их теперь нужно накормить специальной пищей, чтобы они не погибли с голоду, так и не выполнив своей важной миссии по заселению кишечника хозяина с целью борьбы за его здоровье. Едой для полезных микробов служат специальные вещества, получившие название пребиотики.

Пребиотик – это корм для полезных микробов, «субстрат, который избирательно используется микроорганизмами хозяина, принося пользу здоровью». Если пробиотики вносят разнообразие и восполняют своим присутсвием здоровый микробиом, то пребиотики «подкармливают» их, помогая им выживать и размножаться.

По своей структуре пребиотики – это короткоцепочечные полисахариды, уникальные молекулы, не перевариваемые человеком: например, олигосахариды на основе фруктозы, которые существуют в пище в естественном виде или специально добавляются в пищу. Употребление в пищу пребиотиков значительно влияет на состав и активность микробиоты кишечника и способствует росту лактобактерий и бифидобактерий, помогая их метаболизму.

Чтобы запомнить, чем по своей сути отличаются пробиотики от пребиотиков, можно обратить внимание на различия в буквах в приставках к этим словам. ПрОбиотики – это живые полезные нам Организмы, а прЕбиотики – это Еда для наших полезных микробов.

В 1995 году пребиотики были определены Гибсоном и Роберфруа как неперевариваемые компоненты пищи, которые посредством стимуляции роста или активности одного типа микроорганизмов, находящихся в желудочно-кишечном тракте, улучшают состояние здоровья хозяина. В 2004 году определение было обновлено, и пребиотики были определены как селективно ферментированные компоненты, позволяющие вносить определенные изменения в состав или активность микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте, полезные для здоровья и благополучия хозяина. Наконец, в 2007 году эксперты ВОЗ описали пребиотики как нежизнеспособные компоненты пищи, которые не всасываются и не перевариваются в желудке и тонком кишечнике, но создают благоприятные условия для роста и размножения полезных бактерий кишечника.

Согласно Вангу (2009), существует пять основных критериев для пребиотиков.

– Первый критерий предполагает, что пребиотики не перевариваются (или только частично перевариваются) в верхних отделах пищеварительного тракта.

– В результате они достигают толстой кишки, где избирательно ферментируются потенциально полезными бактериями (требование второго критерия).

– Ферментация может привести к увеличению выработки или изменению относительного содержания различных короткоцепочечных жирных кислот, увеличению массы стула, умеренному снижению pH толстой кишки, снижению конечных продуктов азотистого обмена и фекальных ферментов и улучшению иммунологической системы, что полезно для хозяина (требование третьего критерия).

– Избирательная стимуляция роста или активности кишечных бактерий, связанных с защитой здоровья и благополучием, считается еще одним критерием.

– Последний критерий классификации предполагает, что пребиотик должен быть способен выдерживать условия обработки пищевых продуктов и оставаться химически неизмененным и доступным для бактериального метаболизма в кишечнике.

Пребиотики в пище являются одним из важнейших компонентов поддержания здоровья кишечника. Они помогают поддерживать здоровое число внутренних полезных бактерий, они защищают организм от кишечной инфекции, стимулируют усвоение минералов, предотвращают запоры и снижают заболеваемость. Пребиотики также отвечают за выработку витаминов группы B.

Основными веществами-пребиотиками являются лактулоза, инулин, олигофруктоза и пищевые волокна, а вспомогательными веществами: аргинин, валин, глютаминовая кислота, пектины и хитозан. Также к таким веществам можно отнести и некоторые витамины, например витамины А, Е, С.

Пребиотики есть в таких продуктах питания, как в крупах, молочных продуктах, кукурузе, хлебе, луке, чесноке. Эти вещества проходят транзитом нетронутыми через весь наш пищеварительный тракт и уже в самом конце, в толстом кишечнике, подкармливают бактерии нормальной микрофлоры, создавая условия для их жизнедеятельности. Тем самым они участвуют в поддержании баланса и постоянства микрофлоры кишечника.

К пребиотикам относятся олигосахариды молока, инулин и некоторые глюканы. В настоящее время наиболее широко известными пребиотиками являются фруктоолигосахариды и галактоолигосахариды. Они входят в состав пищевых волокон вместе с некрахмальными полисахаридами, лигнином и целлюлозой. Ферменты в тонком кишечнике не переваривают пребиотики, такие как инулин и яблочная клетчатка, а эти вещества стимулируют рост и активность пробиотических бактерий. Фруктаны, такие как инулин и олигофруктоза, считаются наиболее используемыми и эффективными по отношению ко многим видам пробиотиков.

Недавно к потенциальным пребиотикам также причислили фенольные соединения, поскольку они могут модулировать микробиоту кишечника благодаря антимикробной активности и эффектов стимуляции полезных бактерий. Из большого разнообразия фенольных соединений, обнаруженных во фруктах и овощах, флавоноиды, включая антоцианы, обладают многообещающей потенциальной пребиотической активностью.

Фрукты, овощи, злаки и другие съедобные растения являются источниками углеводов-пребиотиков. В качестве таких полезных источников можно упомянуть томаты, артишоки, бананы, спаржу, ягоды, чеснок, лук, цикорий, зеленые овощи, бобовые, а также овес, льняное семя, ячмень и пшеницу.

Существуют также искусственно полученные пребиотики, например, лактулоза. Лактулоза составляет значительную часть получаемых олигосахаридов (до 40%). Лактулоза – дисахарид, который получают из молочного сахара синтетическим путем, это структурный изомер лактозы, который не встречается в природе. Лактулоза состоит из остатков молекулы галактозы и фруктозы.

Пребиотики могут использоваться в качестве альтернативы пробиотикам или в качестве дополнительной поддержки для них. Однако, разные пребиотики способны стимулировать рост разных местных кишечных бактерий. Поэтому хоть пребиотики и обладают огромным потенциалом для изменения микробиоты кишечника, но трудность их применения в том, что нелегко предсказать априори какие изменения произойдут на уровне отдельных штаммов и видов под влиянием того или иного пребиотика.

Пребиотики обладают огромным потенциалом для изменения микробиоты кишечника, но как эти изменения происходят на уровне отдельных штаммов и видов нелегко предсказать. Как по соображениям эффективности, так и безопасности, разработка пребиотиков, предназначенных для улучшения здоровья человека, должна учитывать весьма индивидуальные профили микробиоты. В отличие от пищевых волокон, таких как целлюлоза, пектин и ксилан, которые способствуют росту самых различных микроорганизмов в кишечнике, пребиотики специфически стимулируют пролиферацию именно полезных микроорганизмов по своему определению.

По определению пищевые волокна – это пищевой растительный материал, который не гидролизуется ферментами, выделяемыми пищеварительным трактом, но переваривается микрофлорой в кишечнике.

Пищевые волокна в основном включают некрахмальные полисахариды, такие как целлюлоза, гемицеллюлоза, камеди и пектины, лигнин, устойчивые декстрины и устойчивые крахмалы. С химической точки зрения пищевые волокна означают углеводные полимеры, которые не перевариваются и не всасываются в тонком кишечнике. Однако они ферментируются кишечными бактериями и являются основным источником углерода и энергии для микробиоты кишечника, что способствует увеличению ее разнообразия.

Помимо олигосахаридов, пищевые волокна включает β-глюканы и арабиноксиланы из цельнозерновых злаков, пектин из фруктов, овощей и бобовых, а также резистентный крахмал. Бактерии Firmicutes, Bifidobacterium spp. и Bacteroides spp. являются основными бактериальными группами, которые разрушают длинноцепочечные компоненты волокон, например, резистентный крахмал.

В зависимости от растворимости в воде пищевые волокна можно разделить на две формы:

Нерастворимые пищевые волокна, включающие целлюлозу, некоторые гемицеллюлозы и лигнины, которые ферментируются в ограниченной степени в толстой кишке.

Растворимые пищевые волокна, включающие β-глюканы, пектины, камеди, и гемицеллюлозы, которые ферментируются в толстой кишке.

Продукты, богатые растворимыми волокнами – это фрукты, овес, ячмень и бобы. Растворимые компоненты пищевых волокон в силу их способности набухать и создавать вязкость замедляют опорожнение желудка. Это влияет на скорость пищеварения и усвоения питательных веществ и создает чувство сытости. В толстой кишке пищевые волокна увеличивают объем фекалий из-за увеличения задержки воды, увеличения времени транзита и увеличения массы фекальных бактерий, вызванного ферментацией растворимых волокон.

Волокна также способствует росту бифидобактерий в кишечнике (особенно фруктоолигосахариды). Рекомендуется, чтобы потребление пищевых волокон для взрослых обычно находилось в диапазоне 20–35 г/день. Рекомендуемое потребление пищевых волокон для детей и взрослых оценивается в 14 г/1000 ккал.

Овощи, такие как корни цикория, бананы, томаты, луковые, богаты фруктоолигосахаридами. Некоторые другие примеры этих олигосахаридов – раффиноза и стахиоза, они содержатся в фасоли и горохе.

Польза пребиотиков для здоровья включает улучшение переносимости лактозы, противоопухолевые свойства, нейтрализацию токсинов и стимуляцию иммунной системы кишечника, уменьшение запоров, уровня липидов и холестерина в крови. Ежедневный прием 5–20 г инулина и олигосахаридов способствует росту бифидобактерий.

Но стоит помнить, что потребление избыточного количества таких олигосахаридов вызывает диарею, вздутие живота и метеоризм – эти эффекты отсутствуют при чрезмерном потреблении пробиотиков. Пребиотики в умеренных количествах, соблюдая дозировки, можно без проблем употреблять длительно и в профилактических целях.

Пребиотики могут использоваться в качестве альтернативы пробиотикам или в качестве дополнительной их поддержки. Долгосрочная стабильность в течение срока годности продуктов питания и напитков, устойчивость к обработке, а также физические и химические свойства, которые оказывают положительное влияние на вкус и консистенцию продуктов, могут способствовать тому, что пребиотики станут конкурентами пробиотиков.

Кроме того, устойчивость к кислотам, протеазам и желчным солям, присутствующим в желудочно-кишечном тракте, можно рассматривать как другие преимущества пребиотиков. Более того, пребиотики вызывают снижение pH кишечника и поддерживают осмотическое удержание воды в кишечнике и способствуют усвоению питательных веществ. Например, было отмечено увеличение процента усвоения кальция после потребления олигофруктозы.

Большинство пребиотиков представляют собой углеводы различной молекулярной структуры, естественным образом встречающиеся в рационе человека и животных. Пребиотики можно выявить по их критериям:

– не перевариваются (или перевариваются только частично);

– не всасываются в тонком кишечнике;

– плохо ферментируются бактериями в полости рта;

– хорошо ферментируются полезными кишечными бактериями;

– плохо ферментируются потенциальными патогенами в кишечнике.

Пребиотики и пищевые волокна – это термины, используемые попеременно для пищевых компонентов, которые не перевариваются в желудочно-кишечном тракте.

Существенное различие между этими двумя терминами заключается в том, что пребиотики ферментируются строго определенными группами микроорганизмов, а пищевые волокна используются большинством микроорганизмов толстой кишки. Поэтому, учитывая один из основных критериев классификации, оказывается, что использование этих терминов попеременно не всегда правильно.

Пребиотики могут быть пищевыми волокнами, но пищевые волокна не всегда являются пребиотиками.

К пищевым волокнам относятся некрахмальные полисахариды: целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины, камеди, вещества, полученные из морских водорослей, а также лактулоза, соевые олигосахариды, инулины, фруктоолигосахариды, галактоолигосахариды, ксилоолигосахариды и изомальтоолигосахариды.

По количеству связанных мономеров пребиотики можно классифицировать как: дисахариды, олигосахариды (3–10 мономеров) и полисахариды.

Наиболее перспективными и удовлетворяющими критериями для классификации пребиотических веществ, как показывают исследования in vitro и in vivo, являются олигосахариды, в том числе : фруктоолигосахариды, галактоолигосахариды, изомальтоолигосахариды, ксилоолигосахариды, трансгалактоолигосахариды и олигосахариды сои. Также, полисахариды, такие как инулин, рефлюксный крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза или пектин, могут быть потенциальными пребиотиками.

Когда пребиотики сочетаются с пробиотиками, их отношения классифицируются как синбиотические. Такое сочетание может повысить уровень выживаемости пробиотиков и обеспечить дополнительную пользу для здоровья хозяина. Высокий потенциал приписывается одновременному использованию пробиотиков и пребиотиков.

Синбиотики – полезный микс из микробов и их еды

В 1995 году Гибсон и Роберфруа ввели термин «синбиотик» для описания комбинации синергически действующих пробиотиков и пребиотиков.

Польза для здоровья от употребления пребиотиков и пробиотиков, усиливается при их одновременном использовании, то есть в качестве синбиотика. Синбиотик – это микс из пре- и пробиотиков и определяется как «смесь из живых микроорганизмов и субстратов, избирательно используемых микроорганизмами хозяина, что приносит пользу для здоровья хозяина». В синбиотике пребиотический компонент может избирательно помогать пробиотическому микроорганизму, улучшая его выживаемость во время хранения и прохождения по желудочно-кишечному тракту, усиливая его полезное действие в тонком и толстом кишечнике.

Синбиотики обладают как пробиотическими, так и пребиотическими свойствами и были созданы для того, чтобы преодолеть некоторые возможные трудности в выживании пробиотиков в желудочно-кишечном тракте. Поэтому сочетание обоих компонентов в одном продукте должно обеспечить превосходный эффект по сравнению с активностью пробиотика или пребиотика по отдельности. Сочетание бактерий рода Bifidobacterium или Lactobacillus с фруктоолигосахаридами в синбиотических продуктах, является наиболее популярным.

Учитывая тот факт, что пробиотик в основном активен в тонком и толстом кишечнике, а эффект пребиотика наблюдается в основном в толстом кишечнике, их сочетание может иметь синергический эффект.

Пребиотики используются в основном как селективная среда для роста пробиотического штамма, ферментации и прохождения через кишечник. В литературе имеются указания на то, что благодаря использованию пребиотиков пробиотические микроорганизмы приобретают более высокую толерантность к условиям окружающей среды, включая: уровень кислорода, pH и температуру в кишечнике для конкретного организма.