Muskuli.com

Пробиотиците носят редица ползи за модулиране на здравословния микробиом, поддържането на имунната система и борбата с възпаленията, но ограниченията свързани с поддържането на жизнеността на клетките им, както като готов продукт, така и в организма ни, силно ограничават пълноценното им използване. По тази причина вниманието на специалистите постепенно се измества от жизнеспособните пробиотични бактерии към нежизнените парабиотици (парапробиотици) и произведените от пробиотиците биомолекули – т. нар. постбиотици.

Парабиотиците и постбиотиците притежават всички предимства на пробиотиците, но нито един от недостатъците им. Напротив, те действат по-бързо, по-директно и по-ефективно в полза на вашето здраве.

Постбиотиците представляват комплексна смес от метаболитните продукти, секретирани от пробиотиците в извънклетъчните супернатанти, като ензими, секретирани протеини, късоверижни мастни киселини, витамини, секретирани биосурфактанти, аминокиселини, пептиди, органични киселини и др. Те могат да се определят като „нежизнеспособни бактериални или метаболитни продукти от пробиотичната биологочна активност в организма“.[1,3,4]

Парабиотиците са инактивирани пробиотични клетки – цели или с разкъсана клетъчна стена, съдържащи клетъчни компоненти като пептидогликани, тейхоеви киселини, повърхностни протеини и др., или сурови клетъчни екстракти от пробиотици с цялостна химична композиция.[2]

Тези неживи метаболити, клетки или клетъчни елементи имат няколко съществени предимства пред живите пробиотици – по-директен механизъм на действие, по-добро взаимодействие с рецепторите и микробните биохимични пътечки за по-бърз здравословен ефект, налични са в чиста форма, по-лесни са за производство и съхранение, без да губят полезните си свойства.

Вече разполагаме със сравнителни ин витро и ин виво изследвания, които показват че постбиотиците имат идентични с пробиотиците ползи за здравето[5,6,7]. Проучване на температурно-инактивирана форма на парабиотици сочи, че парабиотиците са с по-добри резултати от живите пробиотици в борбата с ентеропатогенните бактерии[8]. Едно от последните проучвания по темата подчертава, че постбиотиците притежават няколко фармакодинамични предимства пред живите пробиотични бактерии[9]:

- Няма риск от попадане на бактерии от червата в кръвта при нарушаване на чревната лигавица или при хора с компрометирана имунна система.

- Няма възможност за трансфер на гени, предизвикващи антибиотична резистентност.

- Загубената жизнеспособност води до допълнителни ползи за здравето на приемащия ги.

- По-добро взаимодействие на всяка една биомолекула с рецепторите и биохимичните пътечки в организма.

- По-лесни са за извличане, стандартизиране, транспортиране и съхранение.

В семейството на постбиотичния арсенал, освен гореизброените метаболити и метаболитни ко-продукти, се включват още бактериоцините, невротрансмитери, получени от флавоноидите постбиотици (дезаминотирозин, екуол дайдзеин, дайдзеин, норатириол), получени от терпеноидите постбиотици (генипин, паеонифлорин, паеони лактон гликозиди, паеониметаболин I, II, III), получени от фенолите постбиотици (екуол, уролитини, валеролактони, ентеролактон, ентеродиол, 8-пренилнарингенин) и много други [10,11,12].

Многообразието постбиотици имат добре позната химична структура, доказала ефективността си за контролиране на възпаленията, предотвратяване на закрепването и размножаването на болестотворните бактерии в стомашно-чревния тракт, превенция на затлъстяването, високото кръвно налягане, коронарните артериални заболявания, борбата с раковите клетки и оксидативня стрес.

Парабиотиците са деактивирани, мъртви или нежизнеспособни пробиотични клетки, части от клетки или отделни компоненти на тези клетки като тейхоеви киселини, получени от пептидогликан муропептиди, нарушаващи повърността на клетъчната стена молекули, полизахариди, свързани с повърхността на клетката протеини, повърхностно свързани биосурфактанти и т. н. [13,14].

Деактивирането на пробиотичните клетки може да стане по много начини – с топлина, химикали, с гама или ултравиолетово лъчение, със звук соникация) или комбинация от тиндализация и клетъчно замразяване, но най-масов и предпочитан метод за получаването на парабиотици е термичната обработка. Съществеват вариации в температурите и времетраенето на обработката, но стандартите са нагрябаве на пробиотичния разтвор до 100°C за 30 минути или до 121°C за 20 минути. Термично получените парабиотици възпрепятстват закрепването на енетеропатогенните бактерии и притежават силни противовъзпалителни и антиоксидативни свойства, както ин витро, така и ин виво[5,15].

По-долу ще разгледаме специфичните свойства на отделните групи парабиотици:

Биосурфактанти. Различни полимерни молекули, синтезирани в пробиотичната бактерия и секретирани по външната повърхност на клетката или закрепени към нея с различни механизми. Биват гликолипиди, липопептиди, фосфолипиди, неутрални липиди, полизахарид-протеин комплекси или свободни мастни киселини. Те разрушават отложените биофилми на болестотворните бактерии и предотвратяват формирането и закрепването на такива биофилми. [16] [17,18] Установено е, че имат противоракови, противовирусни, антимикробни и имуномодулаторни свойства.[19]

Екзополизахариди. Извънклетъчни биополимери, синтезирани и секретирани по време на растежа на пробиотичните микроорганизми. Произведените от млечнокиселите бактерии екзополизахариди действат срещу свободните радикали, понижават нивата на холестерола като свързват свободния холестерол, имат положителен имуномодулиращ ефект, действат срещу токсините и туморните клетки и предотвратяват образуването и закрепването на биофилмите на болестотворните бактерии [20,21,22,23,24,25].

Клетъчни повърхностни протеини. Служат за прикрепването на пробиотичните клетки и осигуряват редица техни жизнени процеси. Някои от тях имат ензимно и имуномодулиращо действие. Засега е установено, че демонстрират противовъзпалителна активност, заздравяват епителната бариера на червата и предотвратяват закрепването на болестотворните бактерии, а освен това се свързват със и обезвреждат попаднали в организма тежки метали[26]. Тези протеини разрушават колониите на Escherichia coli и Listeria monocytogenes чрез директно унищожаване на патогенните клетки или блокиране на възможността им да се закрепят за лигавиците. [27,28,29] Те облекчават по-ефективно възпалителните процеси на чревната лигавица от живите пробиотици и могат да се използват като терапевтично средство при заболявания като възпалителната болест на червата (IBD) или колит. [31,32]

Тейхоеви киселини. Елементи от клетъчната стена на пробиотичните клетки, които определят формата на клетката, участват в клетъчното делене и в метаболизма на клетките, посредство определянето на заряда на клетъчната мембрана. Балансират имунния отговор на провъзпалителните цитокини, като не позволяват свръхреакция. Разрушават или предотвратяват формирането на биофилми на патогени като Streptococcus mutans, S. aureus, и E. feacalis в устната кухина или червата [33,34,35,36].

Пептидогликан. Незаменима градивна единица на стената на пробиотичните клетки. Извлечените от млечнокиселите бактерии пептидогликани демонстрират противоракови свойства, както ин витро, така и ин виво. [37,38] В живите организми те имат имуномодулиращ ефект като стимулират дейността на макрофагите и намаляват възпалението при колит. [39,40]

Освободен от клетката супернатант и разтворими фактори. Течностите, произведени от млечнокиселите пробиотици са богати на биоактивни молекули с ниско (въглероден пероксид, ройтерин, органични киселини, диацетилен) и високо молекулярно тегло (бактериоцини и бактериоцин-подобни агенти), както и други метаболити и странични метаболитни продукти. Те инхибират размножаването на широка гама болестотворни бактерии като Carnobacterium piscicola, S. aureus, Pseudomonas aeruginosa, Listeria monocytogenes и Salmonella enterica. [41] Те имат имуномодулиращо и антиоксидативно действие, като спомагат и за унищожаването на туморните клетки при рак на червата. [42,43] Протеини от течностите на L. Acidophilus показват холестерол-свързващи качества, като по този начин спомагат за понижаването на холестерола.[44] Пробиотичният супернатант от L. acidophilus, L. casei, L. Reuteri и S. Boulardii има противовъзпалително действие, чрез модулиране на активността на човешките макрофаги. [45]

Тези течности разрушават или предотвратяват формирането на биофилмите на редица опасни патогени, които са устойчиви на други антимикробни средства, като колониите на Cronobacter sakazakii, L. Monocytogenes, S. Aureus, P. Aeruginosa и E. Coli. [46,47,48,49]

Бактериоцини. Произвеждани от млечнокиселите бактерии извънклетъчни антимикробни съединения, които потискат както пратогенните бактерии, така и тези, причиняваще гниене или разваляне. Такива естествени бактериоцини се използват като безвредни за човека биоконсерванти за запазването на сирена, меса и зеленчуци. [50] Те имат способността да спират развитието и да унищожават редица урогенитални и антибиотично-резистентни патогени. [51,52]

Късоверижни мастни киселини. Те са метаболити от ферментацията на пребиотичните въглехидрати, които пробиотиците използват за енергия, подхранване на благоприятната на живота им среда или поддържане на здравето на чревната стена. Смес от такива произведени от пробиотиците късоверижни мастни киселини (ацетат, пропионат и бутират) ефективно спират растежа на стомашно-чревни патогени като Clostridium difficile (свързана с предизвикването на антибиотичната диария) и E. coli [53]. Те могат да се използват като терапевтично средство при възпалителна болест на червата или рак на дебелото черво, тъй като имат противовъзпалителен ефект и спират размножаването на раковите клетки.[54]

Витамини. Пробиотичните бактерии и естествената чревна микрофлора синтезират едни от малкото витамини, които човешкият организъм може да произвежда сам – голяма част от B-витамините, включително витамините В2, В6, В9 и В12. Геномно изследване на 256 вида полезни чревни бактерии показва наличието на ензимите за биосинтеза на 8 витамина от В-групата – биотин, кобаламин, фолат, ниацин, пантотенат, пиридоксин, рибофлавин и тиамин. [55] Редовният прием на постбиотици и парабиотици в продължение на поне 3 месеца води до повишаване на концентрацията в кръвта на тези витамини през следващите от 3 до 6 месеца.

1. Langella P, Martín R. Emerging health concepts in the probiotics field: streamlining the definitions. Front Microbiol. 2019;10:1047.

2. Taverniti V, Guglielmetti S. The immunomodulatory properties of probiotic microorganisms beyond their viability (ghost probiotics: proposal of paraprobiotic concept). Genes Nutr. 2011;6:261.

4. Tsilingiri K, Barbosa T, Penna G, Caprioli F, Sonzogni A, Viale G, Rescigno M. Probiotic and postbiotic activity in health and disease: comparison on a novel polarised ex vivo organ culture model. Gut. 2012;2012(61):1007–15.

5. Jang HJ, Song MW, Lee NK, Paik HD. Antioxidant effects of live and heat-killed probiotic Lactobacillus plantarum Ln1 isolated from kimchi. Int J Food Sci Tech. 2018;55:3174–80.

6. Hsieh FC, Lan CCE, Huang TY, Chen KW, Chai CY, Chen WT, Fang AH, Chen YH, Wu CS. Heat-killed and live Lactobacillus reuteri GMNL-263 exhibit similar effects on improving metabolic functions in high-fat diet-induced obese rats. Food Funct. 2016;7:2374–88.

7. Thakur BK, Saha P, Banik G, Saha DR, Grover S, Batish VK, Das S. Live and heat-killed probiotic Lactobacillus casei Lbs2 protects from experimental colitis through Toll-like receptor 2-dependent induction of T-regulatory response. Int Immunopharmacol. 2016;36:39–50.

8. Singh TP, Kaur G, Kapila S, Malik RK. Antagonistic activity of Lactobacillus reuteri strains on the adhesion characteristics of selected pathogens. Front Microbiol. 2017;8:486.

9. Piqué N, Berlanga M, Miñana-Galbis D. Health benefits of heat-killed (Tyndallized) probiotics: an overview. Int J Mol Sci. 2019;20:2534.

10. Cavallari JF, Fullerton MD, Duggan BM, Foley KP, Denou E, Smith BK, Desjardins EM, Henriksbo BD, Kim KJ, Tuinema BR, Stearns JC. Muramyl dipeptide-based postbiotics mitigate obesity-induced insulin resistance via IRF4. Cell metab. 2017;25:1063–74.

11. Cortés-Martín A, Selma MV, Tomás-Barberán FA, González-Sarrías A, Espín JC. Where to look into the puzzle of polyphenols and health? The postbiotics and gut microbiota associated with human metabotypes. Mol Nutr Food Res. 2020;64:1900952.

12. Wang Y, Qin S, Jia J, Huang L, Li F, Jin F, Ren Z, Wang Y. Intestinal microbiota-associated metabolites: crucial factors in the effectiveness of herbal medicines and diet therapies. Front Physiol. 2019;10:1343.

13. Shenderov BA. metabiotics: novel idea or natural development of probiotic conception. Microb Ecol Health Dis. 2013;24:20399.

14. Singhal B, Vishwakarma V, Singh A. metabiotics: the functional metabolic signatures of probiotics: current state-of-art and future research priorities—metabiotics: probiotics effector molecules. Adv Biosci Biotechnol. 2018;9:720–6.

15. Chung IC, OuYang CN, Yuan SN, Lin HC, Huang KY, Wu PS, Liu CY, Tsai KJ, Loi LK, Chen YJ, Chung AK. Pretreatment with a heat-killed probiotic modulates the NLRP3 inflammasome and attenuates colitis-associated colorectal cancer in mice. Nutrients. 2019;11:516.

16. Velraeds MM, van de Belt-Gritter B, Busscher HJ, Reid G, van der Mei HC. Inhibition of uropathogenic biofilm growth on silicone rubber in human urine by lactobacilli–A teleologic approach. World J Urol. 2000;18:422–6.

17. Sharma D, Saharan BS, Kapila S. Applications of biosurfactants. In: Sharma D, Saharan BS, Kapil S, editors. Biosurfactants of lactic acid bacteria. New York: Springer; 2016. p. 73–82.

18. Elshikh M, Marchant R, Banat IM. Biosurfactants: promising bioactive molecules for oral-related health applications. FEMS Microbiol Lett. 2016;363:213.

19. Fracchia L, Banat JJ, Cavallo M, Banat IM. Potential therapeutic applications of microbial surface-active compounds. AIMS Bioeng. 2015;2:144–62.

20. Di W, Zhang L, Wang S, Yi H, Han X, Fan R, Zhang Y. Physicochemical characterization and antitumour activity of exopolysaccharides produced by Lactobacillus casei SB27 from yak milk. Carbohydr Polym. 2017;171:307–15.

21. Wang K, Niu M, Song D, Song X, Zhao J, Wu Y, Lu B, Niu G. Preparation, partial characterization and biological activity of exopolysaccharides produced from Lactobacillus fermentum S1. J Biosci Bioeng. 2019;129:206–14.

22. Xu R, Aruhan Xiu L, Sheng S, Liang Y, Zhang H, Liu Y, Tong H, Du R, Wang X. Exopolysaccharides from Lactobacillus buchneri TCP016 Attenuate LPS-and d-GalN-induced liver injury by modulating the gut microbiota. J Agr Food Chem. 2019;67:11627–37.

23. Xiaoqun, YBPDZ. Study on selenium modification and antioxidant activity of lactic acid bacteria exopolysaccharides. J Chin Inst Food Sci Technol. 2012; 2.

24. Lebeer S, Claes IJ, Verhoeven TL, Vanderleyden J, De Keersmaecker SC. Exopolysaccharides of Lactobacillus rhamnosus GG form a protective shield against innate immune factors in the intestine. Microb Biotechnol. 2011;4:368–74.

25. Ruas-Madiedo P, Medrano M, Salazar N, De Los Reyes-Gavilán CG, Pérez PF, Abraham AG. Exopolysaccharides produced by Lactobacillus and Bifidobacterium strains abrogate in vitro the cytotoxic effect of bacterial toxins on eukaryotic cells. J Appl Microbiol. 2010;109:2079–86.

26. Kumar N, Kumar V, Panwar R, Ram C. Efficacy of indigenous probiotic Lactobacillus strains to reduce cadmium bioaccessibility-an in vitro digestion model. Environ Sci Pollut R. 2017;24:1241–50.

27. Johnson-Henry KC, Hagen KE, Gordonpour M, Tompkins TA, Sherman PM. Surface-layer protein extracts from Lactobacillus helveticus inhibit enterohaemorrhagic Escherichia coli O157: H7 adhesion to epithelial cells. Cell Microbiol. 2007;9:356–67.

28. Qin H, Zhang Z, Hang X, Jiang Y. L. plantarum prevents enteroinvasive Escherichia coli-induced tight junction proteins changes in intestinal epithelial cells. BMC Microbiol. 2009;9:63.

29. He Y, Xu X, Zhang F, Xu D, Liu Z, Tao X, Wei H. Anti-adhesion of probiotic Enterococcus faecium WEFA23 against five pathogens and the beneficial effect of its S-layer proteins against Listeria monocytogenes. Can J Microbiol. 2018;65:175–84.

30. Singh KS, Kumar S, Mohanty AK, Grover S, Kaushik JK. Mechanistic insights into the host-microbe interaction and pathogen exclusion mediated by the Mucus-binding protein of Lactobacillus plantarum. Sci Rep. 2018;8:14198.

31. Johnson BR, O’Flaherty S, Goh YJ, Carroll I, Barrangou R, Klaenhammer TR. The S-layer associated serine protease homolog PrtX impacts cell surface-mediated microbe-host interactions of Lactobacillus acidophilus NCFM. Front Microbial. 2017;8:1185.

32. Gao K, Wang C, Liu L, Dou X, Liu J, Yuan L, Zhang W, Wang H. Immunomodulation and signaling mechanism of Lactobacillus rhamnosus GG and its components on porcine intestinal epithelial cells stimulated by lipopolysaccharide. J Microbiol Immunol. 2017;50:700–13.

33. Jung S, Park OJ, Kim AR, Ahn KB, Lee D, Kum KY, Yun CH, Han SH. Lipoteichoic acids of lactobacilli inhibit Enterococcus faecalis biofilm formation and disrupt the preformed biofilm. J Microbiol. 2019;57:310–5.

34. Kim AR, Ahn KB, Yun CH, Park OJ, Perinpanayagam H, Yoo YJ, Kum KY, Han SH. Lactobacillus plantarum lipoteichoic acid inhibits oral multispecies biofilm. J Endod. 2019;4:310–5.

35. Ahn KB, Baik JE, Park OJ, Yun CH, Han SH. Lactobacillus plantarum lipoteichoic acid inhibits biofilm formation of Streptococcus mutans. PLoS ONE. 2018;13:0192694.

36. Ahn KB, Baik JE, Yun CH, Han SH. Lipoteichoic acid inhibits Staphylococcus aureus biofilm formation. Front Microbiol. 2018;9:327.

37. Wang S, Han X, Zhang L, Zhang Y, Li H, Jiao Y. Whole peptidoglycan extracts from the Lactobacillus paracasei subsp. paracasei M5 strain exert anticancer activity in vitro. Biomed Res Int. 2018;2018:1–12.

38. Aintablian A, Jaber DF, Jallad MA, Abdelnoor AM. The effect of Lactobacillus plantarum and bacterial peptidoglycan on the growth of mouse tumors in vivo and in vitro. Am J Immunol. 2017;13:201–8.

39. Li X, Sun Q, Wang Y, Han D, Fan J, Zhang J, Yang C, Ma X, Sun Q. The regulatory effects of L. plantarum peptidoglycan microspheres on innate and humoral immunity in mouse. J Microencapsul. 2017;34:635–43.

40. Shida K, Kiyoshima-Shibata J, Kaji R, Nagaoka M, Nanno M. Peptidoglycan from lactobacilli inhibits interleukin-12 production by macrophages induced by Lactobacillus casei through toll-like receptor 2-dependent and independent mechanisms. Immunol. 2009;128:858–e869.

41. Moradi M, Mardani K, Tajik H. Characterization and application of postbiotics of Lactobacillus spp. on Listeria monocytogenes in vitro and in food models. LWT-Food Sci Technol. 2019;111:457–64.

42. De Marco S, Sichetti M, Muradyan D, Piccioni M, Traina G, Pagiotti R, Pietrella D. Probiotic cell-free supernatants exhibited anti-inflammatory and antioxidant activity on human gut epithelial cells and macrophages stimulated with LPS. Evid based Complement Alternat Med. 2018;2018:1–12.

43. Rajoka MSR, Zhao H, Mehwish HM, Li N, Lu Y, Lian Z, Shao D, Jin M, Li Q, Zhao L, Shi J. Anti-tumor potential of cell free culture supernatant of Lactobacillus rhamnosus strains isolated from human breast milk. Food Res Int. 2019;123:286–97.

45. De Marco S, Sichetti M, Muradyan D, Piccioni M, Traina G, Pagiotti R, Pietrella D. Probiotic cell-free supernatants exhibited anti-inflammatory and antioxidant activity on human gut epithelial cells and macrophages stimulated with LPS. Evid based Complementary Alternative Med. 2018;2018:1–12.

46. Singh N, Kaur R, Singh BP, Rokana N, Goel G, Puniya AK, Panwar H. Impairment of Cronobacter sakazakii and Listeria monocytogenes biofilms by cell-free preparations of lactobacilli of goat milk origin. Folia Microbiol. 2019;65:85–196.

47. Cui X, Shi Y, Gu S, Yan X, Chen H, Ge J. Antibacterial and antibiofilm activity of lactic acid bacteria isolated from traditional artisanal milk cheese from Northeast China against enteropathogenic bacteria. Probiotics Antimicrob Proteins. 2018;10:601–10.

48. Dey DK, Khan I, Kang SC. Anti-bacterial susceptibility profiling of Weissella confusa DD_A7 against the multidrug-resistant ESBL-positive E. coli. Microb Pathogenesis. 2019;128:119–30.

49. Zamani H, Rahbar S, Garakoui SR, Afsah Sahebi A, Jafari H. Antibiofilm potential of Lactobacillus plantarum spp. cell free supernatant (CFS) against multidrug resistant bacterial pathogens. Pharm Biomed Res. 2017;3:39–44.

50. Drider D, Bendali F, Naghmouchi K, Chikindas ML. Bacteriocins: Not only antibacterial agents. Probiotics Antimicrob Proteins. 2016;8:177–82.

51. Hasan FB, Reza M, Al Masud HA, Uddin MK, Uddin MS. Preliminary characterization and inhibitory activity of bacteriocin like substances from Lactobacillus casei against multi-drug resistant bacteria. Bangladesh J Microbiol. 2019;36:1–6.

53. White, K. Effects of short-chain fatty acids propionate, acetate, butyrate on the growth of Clostridium difficile in Co-culture with an Escherichia coli atoE Mutant. 2017. Master’s Thesis, Texas State University.

54. Venegas DP, Marjorie K, Landskron G, González MJ, Quera R, Dijkstra G, Harmsen HJ, Faber KN, Hermoso MA. Short Chain Fatty Acids (SCFAs)-mediated gut epithelial and immune regulation and its relevance for Inflammatory Bowel Diseases. Front Immunol. 2019;10:227.