Co w jelitach piszczy, czyli kilka słów o probiotykach

Co w jelitach piszczy, czyli kilka słów o probiotykach

• różne szczepy bakterii,
• odmienne właściwości
• czy probiotyki mogą stanowić wsparcie dla układu trawienia?
• SCFAs – jako potencjna odżywka dla kolonocytów, a także ich rola w modulacji mikrobiomu.

Spośród wszystkich bakterii zasiedlających ludziki organizm, największe zainteresowanie naukowców wzbudzają bakterie probiotyczne. O tym, że dobroczynne działanie jogurtu wynika z obecności bakterii rodzaju Lactobacillus wiedziano już na początku XX w. Długowieczni i zdrowi, jak na tamte czasy, Bułgarzy stosowali dietę bogatą w jogurt i inne fermentowane produkty mleczne. Jednak rozwój wiedzy na temat roli i wpływu bakterii probiotycznych na zdrowie człowieka nastąpił w ostatnich latach. W badania nad bakteriami probiotycznymi zaangażowało się wielu naukowców. Najwięcej wyników dostarczyły badania prowadzone w ramach międzynarodowego projektu The Human Microbiome Project zainicjowanego przez United States National Institutes of Health w 2007 roku.

Do bakterii probiotycznych zaliczane są przede wszystkim bakterie rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium. Wszystkie bakterie mlekowe zebrane w rzędzie Lactobacillales są beztlenowcami, chociaż niektóre z nich tolerują niewielkie stężenia tlenu w środowisku. Bakterie te są zdolne do fermentacji glukozy i innych prostych cukrów do kwasu mlekowego. Dotychczas opisano ponad 180 gatunków Lactobacillus – tylko nieliczne z nich zaliczane są do probiotycznych (30 gatunków). Drugim rodzajem bakterii probiotycznych są bakterie należące do rodzaju Bifidobacterium (8 gatunków). Właściwości probiotyczne mają także gatunki bakterii mlekowych rodzaju – Enterococcus,, Lactococcus lactis, Leuconostoc, Streptococcus, a także bakterie i grzyby niemlekowe rodzaju: Bacillus
i Propionibacterium oraz Saccharomyces [1].

Bakterie probiotyczne występują przede wszystkim w jelicie gruby, ale także w jamie ustnej człowieka. Ich specyficzną cechą jest zdolność do przedostawania się w stanie żywym do jelita grubego, osiedlania się w nim i rozmnażania się. Bakterie Lactobacillus pojawiają się w przewodzie pokarmowym ludzi zaraz po urodzeniu. U zdrowego dorosłego człowieka Lactobacillus występują w jamie ustnej w liczbie od 10³ do 10⁷ jtk/ml, w żołądku ich liczba spada do 10² jtk/ml, w jelicie cienkim występują w liczbie od 10³ – 10⁷jtk/ml, w okrężnicy w liczbie 10⁴ – 10⁸jtk/ml. Bifidobacterium – nie występują w jamie ustnej ani w żołądku, zasiedlają przewód pokarmowy od jelita cienkiego gdzie jest ich około 10², w jelicie grubym ich liczba wzrasta do 10¹¹jtk/ml [2].

Wywołanie pozytywnych efektów dla zdrowia przez bakterie probiotyczne to cecha specyficzna dla danego gatunku i szczepu bakterii. Żaden szczep nie jest odpowiedzialny za wszystkie efekty prozdrowotne przypisywane tym bakteriom. Nawet szczepy tego samego gatunku mogą zachowywać się inaczej w jelicie grubym a inaczej w jamie ustnej [3].

Mechanizmy działania probiotyków nie zostały jeszcze do końca poznane. Efekty działania bakterii probiotycznych są najczęściej obserwowane i badane w doświadczeniach prowadzonych in vitro. Dlatego wyniki tych badań muszą być każdorazowo potwierdzane w warunkach in vivo. Badacze są jednak całkowicie zgodni co do tego, że bakterie probiotyczne wywierają pozytywny wpływ na zdrowie ludzi [4].

Dobroczynny wpływ bakterii probiotycznych dotyczy wszystkich układów organizmu człowieka, miedzy innymi: stymulują układ odpornościowy do wytwarzania przeciwciał [5], wspomagają układ krążenia powodując obniżenie ciśnienia krwi [6]. Przyczyniają się do obniżenia stężenia cholesterolu LDL poprzez jego transformację do koprostanolu. Szczepy Lactobacillus acidophilus mogą absorbować cholesterol w obecności kwasów żółciowych [7]. Bakterie probiotyczne wspomagają organizm człowieka produkując witaminy z grupy B i witaminę K [8], prowadzą transformacje kwasów żółciowych do steroidów ponownie absorbowanych przez organizm oraz prowadzą rozpad i redukcję bilirubiny [9]. Wyniki badań wskazują, że bakterie probiotyczne poprzez pętlę jelita-mózg mogą mieć wpływ na stan psychiczny człowieka: obniżenie poziomu lęku czy łagodzenie objawów depresji [10].

Jednak największe dobrodziejstwa bakterii probiotycznych wynikają z ich obecności w przewodzie pokarmowym człowieka. Ich ochronna rola jest wieloraka:

1. są odpowiedzialne za zwiększenie produkcji mucynybiałek tworzących żelową wyściółkę jelit, a tym samym za pogrubianie ścianek jelita. Grubsza warstwa mucyny stanowi skuteczną barierę dla patogenów oraz zwiększa powierzchnię jelitaoraz liczbę węzłów chłonnych wokół jelita [11],
2. obniżają aktywność enzymów fekalnych, w tym β-glukuronidazy, w jelitach, co ma znaczenie w profilaktyce antynowotworowej [12].
3. łagodzą objawy nietolerancji laktozy produkując enzym ß-galaktozydozę, który rozkłada laktozę [13],
4. wpływają na utrzymanie odpowiedniej kwasowości jelit – obniżają pH jelit produkując kwas mlekowy, co hamuje rozwój niekorzystnej mikroflory oraz tworzy lepsze warunki do wchłaniania wapnia, żelaza i cynku [14]
5. poprawiają ruchy robaczkowe jelit, a w konsekwencji polepszają przemianę materii [15],
6. pomagają w zwalczaniu bakterii Helicobacter pylori [16],
7. produkują naturalne substancje o właściwościach antybakteryjnych takie jak bakteriocyny, kwasy organiczne czy nadtlenek wodoru (skuteczne przeciw patogenom) [17],
8. zapobiegają zakażeniom jelitowym – poprzez hamowanie rozwoju patogenów [18.],
9. wpływają na przywrócenie prawidłowej flory bakteryjnej po biegunce poantybiotykowej i po biegunkach wywołanych zatruciami. Leczenie antybiotykami niszczy mikrobiom jelitowy prowadząc do dysbiozy. Antybiotyki nie są wybiórcze, bakterie giną, odsłaniając wrażliwy nabłonek jelit. Po zakończeniu kuracji jelita są ponownie kolonizowane przez bakterie. Stosując probiotyki jako leki osłonowe w czasie i bezpośrednio po kuracji zwiększamy szansę, na to, że probiotyki jako pierwsze zasiedlą jelita i ochronią organizm przed inwazją patogenów, [19],
10. probiotyki uszczelniają ściany jelit w wyniku swojej zdolności do adhezji na powierzchni ścian jelit [20]
11. mają zdolność wiązania produkowanych przez sinice toksyny takich jak mikrocystyna LR, [21];
12. skutecznie konkurują z patogenami o zasiedlenie śluzówek (np. przez wykorzystanie składników pokarmowych) [18],
13. łagodzą objawy nietolerancji laktozy produkując enzym ß-galaktozydozę, który rozkłada laktozę [22].

Szczególne znaczenie dla zdrowia człowieka ma wpływ bakterii probiotycznych na modulację procesów kancerogenezy. Rak jelita grubego jest schorzeniem obserwowanym częściej w krajach stosujących dietę zachodnioeuropejską, bogatą w czerwone mięso i tłuszcze zwierzęce. W Polsce rak jelita grubego jest drugim po raku płuc najczęściej występującym nowotworem złośliwym. W 2018 roku zanotowano około 19 tysięcy nowych przypadków, codziennie umierają około 33 osoby {23] Rocznik Statystyczny GUS dane z roku 2018). Bakterie probiotyczne zapobiegają powstawaniu nowotworów jelit chroniąc przed genotoksynami. Mają właściwości anty-mutagenne. Związki toksyczne i kancerogenne są produkowanymi przez bakterie gnilne znajdujące się w jelicie grubym. Bakterie probiotyczne obniżają aktywność enzymów fekalnych, w tym β-glukuronidazy, co ma znaczenie w profilaktyce antynowotworowej [12], ponadto wiążą cyjanotoksyny i mykotoksyny, które niejednokrotnie są promotorami nowotworów [21], mają zdolność do wzmacniania reakcji immunologicznej organizmu na obecność tkanki nowotworowej, oraz zdolność do zahamowania rozwoju komórek nowotworowych poprzez regulację procesów apoptozy. Bakterie probiotyczne mogą także inaktywować związki kancerogenne [24]. Udowodniony związek diety z rozwojem raka jelita grubego potwierdza wniosek, że przyczyną tego schorzenia może być brak równowagi mikrobiomu jelitowego u chorego [25].

Jednym z podstawowych zadań mikrobiomu jelitowego, w tym także bakterii probiotycznych, jest rozkład substancji organicznych, których nie trawią własne enzymy człowieka. Do takich związków należą polisacharydy bezskrobiowe i błonnik rozkładane przez bakterie do krótkołańcuchowy kwasów tłuszczowych (SCFAs): kwasu masłowego, kwasu propionowego i kwasu octowego [26]. Stężenie SCFAs i ich wzajemne proporcje w jelicie grubym są zmienne w zależności od stężenia wody, dostępności polisacharydów – a więc diety, a także wieku i istniejących chorób.

Szczególne znaczenie ma dieta: stężenie SCFAs w organizmach wegetarian są wyższe niż u ludzi odżywiających się w typowy „zachodnioeuropejski” sposób., a zatem zmiana diety może wpłynąć na metabolizm bakterii jelitowych. Manipulacja składem mikrobiomu jelitowego i poziomem SCFA stanowi obiecujące narzędzie m.in. we wspomaganiu leczenia przewlekłych chorób przewodu pokarmowego, przebiegających ze stanem zapalnym, czy w dysbiozach spowodowanych antybiotykoterapią. SCFA biorą także aktywny udział w procesach zachodzących w układzie immunologicznym człowieka oraz w procesach przeciwzapalnych.

Najważniejszym SCFA jest kwas masłowy wytwarzany przede wszystkim przez bakterie rodzaju Clostridium, Eubacterium i Fusobacterium [27]. Kwas masłowy to najsilniejszy inhibitor aktywności deacetylaz histonowych (HDAC). U większości komórek nowotworowych obserwuje się nadmierną ekspresję enzymów HDAC. Przeciwzapalne działanie maślanów (soli kwasu mlekowego) opiera się na zahamowaniu aktywności HDAC. W rezultacie obniża się stężenie cytokin prozapalnych.

Kwas masłowy jest niezbędny do prawidłowego działania kolonocytów, komórek nabłonka jelita grubego. Metabolizm maślanów dostarcza 80 % energii, niezbędnej kolonocytom do życia, zapewniając im prawidłową budowę i właściwą regenerację. Maślany działają przeciwzapalnie w obrębie jelit oraz chronią komórki jelitowe minimalizując tym sposobem ryzyko rozwoju stanów zapalnych i choroby nowotworowej [28, 29].

Nasze pożywienie dostarcza minimalnych ilości kwasu masłowego. Powszechnie stosowane tłuszcze zbudowane są najczęściej długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Większość spożytego kwasu masłowego jest szybko wychwytywana i wykorzystana przez nabłonek górnej części przewodu pokarmowego, w ogóle nie docierając do niższych segmentów jelit [30]. Wysokie spożycie tłuszczu jest przyczyną wielu chorób jelit, dieta wysokotłuszczowa wiąże się najczęściej z niedostatecznym spożyciem błonnika, więc również ze zbyt małą produkcją kwasu masłowego przez mikrobiom jelitowy w także bakterie probiotyczne. Brak błonnika w diecie skutkuje obniżeniem koncentracji kwasu masłowego w jelitach.

Ze względu na pozytywną rolę SCFA, a zwłaszcza maślanów, w utrzymaniu dobrostanu i zdrowia człowieka warto zadbać o dietę bogatą w błonnik bądź inne produkty zapewniające odpowiednią podaż maślanów (soli kwasu masłowego: maślanu sodu, wapnia czy magnezu), która pomoże zredukować negatywne skutki zdrowotne, towarzyszące zwykle diecie wysokotłuszczowej.

Bibliografia

1. Gajewska J., Błaszczyk M. K. (2012), Probiotyczne bakterie fermentacji mlekowej (LAB), Podstawy Mikrobiologii, Nr 51, vol. 1, pp.: 55–65.
2. Douglas L. C., Sanders M. E. (2008), Probiotics and prebiotics in Dietetics Practice, Journal of the American dietetic association, Vol. 108, Issue 3, pp.: 510 – 521.
3. Oelschleager T. A. (2010), Mechanism of probiotic action a review, International Journal of medical Microbiology, 300(1), pp. 57-62.
4. www.health.harvard.edu/vitamins-and-supplements/health-benefits-of-taking-probiotics
5. Matsuzaki Takeshi, James Chin, 2000, Modulating immune responses with probiotic bacteria, Cell Biology
6. Ivey A. Hodgson D. A. et al. The effect of yoghurt and its probiotics on blood pressure and serum lipid profile; a randomised controlled trial, Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases Volume 25, Issue 1, January 2015, Pages 46-50.
7. Ziarno M., Sękul E., Lafraya A. A. (2007), Cholesterol assimilation by commercial yoghurt starter cultures, Acta Scientiarum Polonorum, Technologia Alimentaria 6(1), pp.: 83-94.
8. LeBlanc J.G., Laiño J. E., del Valle M. J., Vannini V. et al. (2011), B-group vitamin production by lactic acid bacteria–current knowledge and potential applications, Journal of Applied Microbiology 111(6), pp.: 1297-309.
9. Ridlon ., Kang D., (2015), Bile salt biotransformations by human intestinal bacteria, The Journal of Lipid Research 56 (3).
10. Meysam P. et al. Probiotic supplementation can positively affect anxiety and depressive symptoms: a systematic review of randomized controlled trials, Nutrition Research Volume 36, Issue 9, September 2016, Pages 889-898.
11. Aliakbarpour H. R. The Bacillus subtilis and Lactic Acid Bacteria Probiotics Influences Intestinal Mucin Gene Expression Asian-Australas J Anim Sci. 2012 Sep; 25(9): 1285–1293.
12. Wasilewska E., Złotkowska D., Pijagin M. (2013), Rola mikroflory jelitowej i bakterii probiotycznych w profilaktyce i rozwoju raka jelita grubego, Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej (online) 67, pp.: 837-847.
13. de Vrese M., Stegelmann A., Richter B., Fenselau S., Laue Ch. (2001), Probiotics—compensation for lactase insufficiency, The American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 73 no. 2, pp.: 421-429.
14. Scholz-Ahrens K., Ade P., Marten B., Weber P. et al. (2007), Prebiotics, Probiotics, and Synbiotics Affect Mineral Absorption, Bone Mineral Content, and Bone Structure,, International Journal of Nutrition, Vol. 137 no. 3, pp.: 838S-846S.
15. Koebnick C., Wagner I., Leitzmann P., Stern U. et al. (2003), Probiotic beverage containing Lactobacillus casei Shirota improves gastrointestinal symptoms in patients with chronic constipation,Canadian Journal of Gastroenterology, Vol. 17 (11) pp.: 655-659
16. . Yi-Chun Tsai, Yi-Chun Chen, Su-Fen Teh, Chung-Mou Ou V. An-Erl King, (2012), Eradication of Helicobacter pylori Infection by the Probiotic Strains Lactobacillus johnsonii MH-68 and L. salivarius ssp. salicinius AP-32, Helicobacter, Volume 17, Issue 6, pp: 466–477.
17. S.MessaoudiabcM.ManaicG.KergourlayabH.PrévostabN.ConnileJ.-M.ChobertdX.DoussetabLactobacillus salivarius: Bacteriocin and probiotic activity Food Microbiology Volume 36, Issue 2, December 2013, Pages 296-304
18. Wohlgemuth S., Loh G., Blaut M.(2010), Recent developments and perspectives in the investigation of probiotic effects, Journal of medical Microbiology, 300(1), pp.: 3-10].
19. Coconnier M. H. Adhesion of probiotic strains to the intestinal mucosa and interaction with pathogens Best Practice & Research Clinical Gastroenterology Volume 17, Issue 5, October 2003, Pages 741-754.
20. Golowczyc M. A., Mobili P., Garrote G. L., Abraham A. G., De Antoni G. L.,. (2007), Protective action of Lactobacillus kefir carrying S-layer protein against Salmonella enterica serovar Enteritidis, International Journal of Food Microbiology 30;118(3) pp.: 264-73].
21. Nybom S. M. K et al. Characterization of microcystin-LR removal process in the presence of probiotic bacteria, Toxicon, Volume 59, Issue 1, January 2012, Pages 171-181.
22. Mroczyska M. Libudzis Z. β-glucuronidase and β-glucosidaseActivity of Lactobacillusand Enterococcus Isolated from Human Feces Polish Journal of Microbiology2010, Vol. 59, No 4, 265-269.
23. Rocznik Statystyczny GUS dane z roku 2018).
24. Uccello M. et al. , Potential role of probiotics on colorectal cancer prevention, BMC Surgery volume 12, Article number: S35 (2012),
25. Rafter J: The effects of probiotics on colon cancer development. Nutr Res Rev. 2004, 17: 277-284. 10.1079/NRR200484.]
26. Czajkowska A., Szponar B. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) jako produkty metabolizmu bakterii jelitowych oraz ich znaczenie dla organizmu gospodarza, Postepy Hig. Med. Dosw. (online), 2018; 72: 131-142
27. Rivière A. et al. Bifidobacteria and Butyrate-Producing Colon Bacteria: Importance and Strategies for Their Stimulation in the Human Gut Front Microbiol. 2016; 7: 979.
28. Drzymała S. et al. Maślany w nieswoistych zapaleniach jelit Butyrate in inflammatory bowel disease
29. Guilloteau P. et al. From the gut to the peripheral tissues: the multiple effects of butyrate, Nutrition Research Reviews(2010),23, 366–384.
30. Banasiewicz T., borycka-kiciak K. Kliniczne aspekty zastosowania kwasu masłowego w postepowaniu dietetycznym w chorobach jelit, Przegląd Gastroentorologiczny, vol. 5, 6/2010, 299 – 333.