Электронная версия журнала

Профилактическое действие пробиотических культур в кисломолочных продуктах

«Санэпидконтроль. Охрана труда» №1 2015 / Гигиена питания

Конечно, мы не станем изобретать велосипед и говорить о том, что употреблять кисломолочные продукты нужно только с профилактической целью. Известно, что дисбиоз может быть сопутствующим явлением других заболеваний, поэтому не расценивается как повод к самолечению вообще и продуктами с пробиотиками в частности. Разобраться в том, положительное воздействие какого характера оказывают на здоровье продукты с пробиотиками, как можно его усилить и какого эффекта ждать не стоит, положившись на другие способы иммунопрофилактики и лечения, — задача настоящего обзорного исследования.

 

Воззрения ученых, занимающихся данной проблемой в последние 15 лет, различаются (по требованию к количеству живых микроорганизмов, масштабу клинических испытаний, по отношению к наличию плазмид и т. д.), поэтому для единообразного понимания вопроса об уровнях воздействия пробиотических штаммов, находящихся в составе кисломолочных продуктов и функциональных продуктов питания (ФПП), в настоящем исследовании предлагаем пойти не от терминологических вариантов пробиотиков и условий, по которым культуры можно назвать пробиотическими, а от изучения уровней влияния пробиотических штаммов, входящих в кисломолочные продукты.

 

Наш словарь
Пробиотики — препараты микробных клеток или компоненты микробных клеток, оказывающие благоприятное влияние на здоровье или самочувствие организма-хозяина. Пробиотик может содержать уникальный штамм микроорганизма, смесь различных штаммов и (или) микроорганизмов [1].

 

Не претендуя на универсальность классификации, выделим три взаимосвязанных уровня профилактического действия пробиотических культур, охватывающих, по нашему мнению, достаточно полно и равномерно все иммуномодулирующие функции пробиотиков:

– метаболическая антибиотическая активность;

– антагонистическая активность посредством бактериоцинов;

– клеточный и гуморальный иммунитет.

 

Метаболическая антибиотическая активность

Под метаболической антибиотической активностью понимаются антагонистические свойства некоторых культур, в частности молочнокислых, по отношению к технически вредной, патогенной и условно-патогенной микрофлоре, реализуемые за счет метаболитов — продуктов жизнедеятельности микроорганизмов с пробиотическим эффектом: молочной и других органических кислот, в т. ч. короткоцепочечных жирных кислот, углекислого газа, перекиси водорода, диацетила и др. Среди типичных продуктов жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий назовем также аминокислоты, витамины В1, В2, К, никотиновую, пантотеновую и фолиевую кислоты, пиридоксин, цианокобаламин, лизоцим и другие биологически активные вещества.

Принято подразделять нормальную микрофлору кишечника здоровых людей и животных на три группы:

индигенная (постоянная, резидентная), которая, колонизуя поверхность клеток слизистой, примыкает к мембранам энтероцитов, или локализуется в непосредственной близости от поверхности эпителия, в слое муцина, прилегающего к клеткам ворсин в нижних отделах тонкого и толстого кишечника и образующего биопленку эпителия. Поэтому микроорганизмы, ассоциированные со слизистой оболочкой, еще называют мукозной микрофлорой (М-флорой), т. е. обитающей в толще слоя муцина, покрывающего эпителий, и составляющей микробно-тканевый комплекс кишечника, участвуя в примембранном пищеварении;

аутохтонная, которую составляют бактерии, локализующиеся в просвете кишечника. Ее еще называют полостной (П-микрофлорой). Микроорганизмы аутохтонной микрофлоры в сотни раз менее устойчивы к воздействию неблагоприятных факторов по сравнению с бактериями, находящимися в составе биопленки, но сравнительно более постоянны, чем аллохтонная микрофлора;

аллохтонная (временная, транзиторная), находящаяся в желудочно-кишечном канале (ЖКК) 1–3 суток. Молочнокислые бактерии и бифидобактерии заквасок ферментированных продуктов, будучи аллохтонной микрофлорой или быстро лизированными в желудочно-кишечном тракте, за счет метаболитов формируют биопленку индигенной и аутохтонной микрофлоры, предотвращающей адгезию инородных микробов, конкурирующей за рецепторы и пищевые субстраты. Поэтому кисломолочные продукты можно называть метаболитными пробиотиками [2].

 

Короткоцепочечные жирные кислоты
Обратим внимание на такой продукт жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов, как короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК). В многочисленных экспериментах установлено: КЦЖК и их соли относятся к метаболитам, ответственным за энергообеспечение биопленки эпителия, активацию местного клеточного иммунитета, регуляцию и дифференцировку эпителия и др. [3]
КЦЖК, монокарбоновые кислоты с длиной цепи до 8 атомов углерода, образуются в результате анаэробной деятельности микроорганизмов толстой кишки, а также углеводного, липидного метаболизма в печени и других тканях. В присутствии этих кислот тормозится развитие условно-патогенных штаммов, которые в большинстве своем обладают протеолитическим типом метаболизма. Подавление протеолитических штаммов сопровождается угнетением гнилостных процессов, образования аммиака, ароматических аминов, сульфидов, эндогенных канцерогенов [3]. Пропионовая кислота транспортируется в печень и включается в процесс гликонеогенеза, а уксусная поступает в ткани в качестве энергетического субстрата. Основная функция масляной кислоты — снабжение энергией клеток слизистой оболочки толстой кишки и поддержание их основных функций. На сегодняшний день доказано, что значение масляной кислоты не исчерпывается ролью энергетического источника для нормофлоры, а заключается в регуляции многих других метаболических и сигнальных процессов в кишечнике. Благодаря выработке жирных кислот происходит регуляция рН внутрикишечного содержимого и обеспечивается колонизационная резистентность. Кроме того, КЦЖК принимают участие в регуляции кишечной моторики, осуществляют дезинтоксикационную функцию за счет выведения продуктов метаболизма белков. Выполнение перечисленных и других метаболических функций возможно лишь в том случае, если нормальная микрофлора в полной мере обеспечена необходимыми для ее роста и развития нутриентами. К слову, молочный жир — один из лучших источников выработки КЦЖК.

 

На метаболическом уровне более или менее эффективно, но работают все молочнокислые микроорганизмы, применяемые для производства ферментированных молочных продуктов (кисломолочных напитков, сметаны, ложковых йогуртов, творога, сыров и других продуктов, производимых с использованием закваски), осуществляя преобразование основных компонентов молока во вкусовые, ароматические, биологически активные вещества, участвуя в формировании консистенции продукта и подавляя размножение опасной для потребителей патогенной и условно-патогенной микрофлоры, как во время технологического процесса, так и находясь в ЖКК.

Основная задача исследования метаболической антибиотической активности молочнокислых культур, традиционно входящих в состав кисломолочных продуктов, в т. ч. ФПП, состояла в предварительной оценке перспективы использования названных культур и продуктов, их содержащих, в целях улучшения эпидемиологической ситуации по острым кишечным инфекциям (ОКИ). Среди ОКИ установленной микробной этиологии ведущее место занимают сальмонеллезы (возбудитель S. enteritidis или S. Infantis), эшерихиозы (возбудитель E. coli) и др. [4] Актуальной также является профилактика инфекций, вызываемых стафилококками и протеями семейства Enterobacteriaceae.

В опыте участвовало 16 культур молочнокислых микроорганизмов на первом этапе, 26 других культур на втором этапе. Источники культур — коллекции ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности» (г. Москва) и ФГУП «Экспериментальная биофабрика» (г. Углич). Антибиотическую активность определяли чашечным методом перпендикулярных штрихов [5]. Исследования показали:

– среди испытанных штаммов наибольшей антибиотической активностью ко всем тест-культурам патогенной и условно-патогенной микрофлоры обладают штаммы L. casei subsp. casei и L. рlantarum;

– среди штаммов L. delbrueckii subsp. bulgaricus и L. acidophilus наблюдается значительная штаммоспецифичность по антибиотическому признаку. В обоих случаях выявлены штаммы, обладающие антибиотической активностью, превышающей среднюю по виду в 2–3 раза;

– хотя штаммы подвидов L. lactis обладают в целом самой низкой антибиотической активностью, отдельные штаммы проявляют зону задержки роста патогенной и условно-патогенной микрофлоры 10 мм и более, что свидетельствует, наряду с проблемой фаголизиса этих культур [2], о необходимости систематической селекции в данном направлении.

 

Антагонистическая активность посредством бактериоцинов

Дополнительным механизмом антибиотической активности может быть выработка бактериоцинов — веществ с широким антагонистическим действием. Бактериоцины — это наиболее высокомолекулярные антибиотики белково-пептидной природы. Так, например, колицины имеют молекулярную массу 50 000–90 000 Da.

Известны лактоцины B, F, J, M, ацидолин и лактоцидин, продуцируемые L. acidophilus, булгарицин — L. delbrueсkii subsp. bulgaricus, лактобревин — L. brevis, гельветицин — L. helveticus, лактолин — L. plantarum, реутерин — L. reuteri. Эти бактериоцины ингибируют рост и размножение бацилл, клостридий, сахаромицетов, стрептококков, стафилококков, энтеробактерий, псевдомонад, листерий, грибов рода Candida [6–11].

В то время как антибиотики оказывают многочисленные побочные действия, негативно сказывающиеся на организме, бактериоцины и продуцирующие их штаммы посредством избирательного воздействия на микрофлору нормализуют микробный ценоз при некоторых патологиях у человека и животных. Именно с бактериоцинами в последнее десятилетие связывают большие надежды [1], т. к. они, в отличие от антибиотиков, которые действуют на «мишени» клеточной стенки бактерий и часто приводят к образованию антибиотикоустойчивых штаммов, образно выражаясь, «расстреливают» патогенную и условно-патогенную микрофлору, не оставляя ей шанса выжить.

 

Это важно! Поиск и изучение свойств новых антимикробных бактериальных пептидов, перспективных для последующего создания препаратов, а также для использования в составе кисломолочных продуктов, остается актуальной проблемой.

 

Для исключения метаболической антибиотической активности за счет молочной и других органических кислот на этапе сравнения на среде без буфера и забуференных средах нами исследовано 18 культур L. acidophilus и 8 культур L. delbrueckii subsp. bulgaricus из указанных ранее коллекций. В качестве тест-культур использовали 10 штаммов патогенной и условно патогенной микрофлоры. В опытах использовались Staphylococcus, Рroteus, Salmonella, E. сoli и Listeria.

По результатам исследований, в данной выборке культур L. delbrueckii subsp. bulgaricus проявляют сравнительно более высокую антагонистическую активность, которая резко падает при увеличении степени буферизации среды и отсутствует при эквивалентном количестве буфера, поэтому является во всех случаях преимущественно кислотной. Культуры L. acidophilus чаще, а именно в 4 случаях из 18, что составляет 22,2 %, обладают смешанным механизмом антагонизма, возможно, включающим выработку бактериоцинов. Продолжается работа по идентификации метаболитов, обладающих антагонизмом к патогенной и условно-патогенной микрофлоре в нейтральной среде.

В свою очередь, бактериоцины среди других антигенов могут вызывать иммунный ответ. Иммуногенность антигена, т. е. способность вызывать иммунный ответ, зависит не только от его чужеродности, но и от молекулярной массы (молекулы массой менее 5000 Da обычно не иммуногенны).

 

Клеточный и гуморальный иммунитет

За клеточный иммунитет ответственны Т-лимфоциты, за гуморальныйВ-лимфоциты. Активированные Т-клетки трансформируются в лимфобласты, которые дают начало нескольким субпопуляциям клеток [12]. Среди них активные Т-киллеры, Т- супрессоры, подавляющие иммунный ответ, Т-хелперы, интегрирующие иммунный ответ путем кооперации с В-лимфоцитами при выработке антител или путем стимуляции Т-киллеров. Активированные Т-лимфоциты всех популяций выделяют также растворимые факторы (лимфокины), которые регулируют проявления клеточного иммунитета (супрессию, кооперацию, приобретение специфических свойств Т-лимфоцитами) и инициируют фагоцитарную активность макрофагов.

Активированные антигеном В-лимфоциты становятся затем продуцентами антител. При первом контакте с антигеном происходит их начальная активация, или сенсибилизация. Некоторые из дочерних клеток превращаются в клетки иммунологической памяти, другие оседают в периферических лимфатических органах. Клетки иммунологической памяти не дают первичного иммунологического ответа, но при повторном контакте с тем же антигеном легко превращаются в клетки, секретирующие антитела.

Но если патогенная и условно-патогенная микрофлора индуцирует активную продукцию цитокинов и процессы воспаления, то антигены молочнокислых бактерий и бифидобактерий инициируют, «обучают» и «тренируют» иммунную систему. Доказана активация локальных макрофагов для увеличения презентации антигенов B-лимфоцитам и производства секреторного иммуноглобулина А (IgA) как местно, так и системно.

Установлено, что пробиотические бактерии стимулируют иммунную систему посредством увеличения численности и повышения активности фагоцитов, лимфоцитов, увеличения количества иммуноглобулинов, выполняющих роль противоядия, интерферона, действующего против вирусов, и др. Они умеренно увеличивают производство цитокинов, объединяющих иммунную систему человека, улучшая возможности организма быстро справляться с различными стрессовыми состояниями, физическими нагрузками, заболеваниями [13].

Однако для получения длительного эффекта необходимо, чтобы пробиотические бактерии присоединились к стенкам толстой кишки, закрепились среди аутохтонной микрофлоры, а еще лучше — в индигенной. Многочисленные исследования показывают, что это достижимо только в детском возрасте, еще эффективнее иммуномодуляция пробиотиками через иммунный статус матери при формировании иммунитета плода. Для взрослых людей значительная корректировка аутохтонной и индигенной нормофлоры трудноосуществима и небезопасна [14]. Наиболее эффективным путем профилактической коррекции микроэкологических нарушений в кишечнике является восстановление его собственной нормофлоры, сформированной в процессе длительного онтогенеза. Добиться этого можно путем систематического использования метаболитов аллохтонных микроорганизмов, например находящихся в составе кисломолочных продуктов, в сочетании с пребиотиками.

 

Наш словарь
Пребиотики — это вещества, которые поступают в кишечник вместе с пищей, не перевариваются, а служат питательной средой для нормофлоры. К их числу принадлежат инулин, лактулоза, галактоза, изомеры фруктозы. Больше всего пребиотиков содержится в молочных продуктах и злаковых.

 

Заключение

Основные выводы из представленного обзора следующие:

– возможно существенное повышение функциональности уже ставших традиционными кисломолочных продуктов (йогурта, мечниковской простокваши, ацидофилина и др.) посредством включения системных исследований антибиотической активности в интегральную оценку стартовых культур для этих продуктов;

– одним из главных перспективных направлений в области повышения функциональности традиционных кисломолочных продуктов является изучение природы метаболитов, показывающих наибольший антибиотический эффект в клинических исследованиях, в т. ч. факторов бактериоциногенности;

– в стремлении соблюдать низкокалорийную диету и поддерживать нормальный уровень холестерина нельзя полностью исключать из рациона сливочное масло или молочные продуты средней жирности, т. к. они являются хорошими источниками КЦЖК, необходимых для активации клеточного иммунитета;

– рекомендуется ежедневно употреблять цельные злаки, овощи, фрукты и другие естественные источники пребиотиков и не реже 2–3 раз в неделю кисломолочные продукты, соответствующие вкусу и возможностям конкретного потребителя.

 

Литература
1. Salminen S. Probiotics: how should they be defined? / S. Salminen [et al.] // Trends Food Sci. Technol. 1999. V. 10. P. 107–110.
2. Полянская И. С. Нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические основы разработки и производства продуктов с пробиотиками / И. С. Полянская [и др.] Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2013. 200 с.
3. Чихачева Е. А. Повышение эффективности терапии пациентов с заболеваниями печени на фоне дисбиоза кишечника короткоцепочечными жирными кислотами / Е. А. Чихачева [и др.] // Лечащий врач. Режим доступа: http://www.lvrach.ru/2013/01/15435611/.
4. Филиппова А. А. Современная эпидемиологическая ситуация по сальмонеллезам в Москве / А. А. Филиппова [и др.] // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2012. № 2. С. 30–37.
5. Полянская И. С., Семенихина В. Ф. Антибиотическая активность молочнокислых бактерий к стафилококкам // Молочная промышленность. 2014. № 5. С. 48–49.
6. Бондаренко В. М. Пробиотики и механизмы их лечебного действия / В. М. Бондаренко [и др.] // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2004. № 3. С. 83–87.
7. Иммунобиологические препараты и перспективы их применения в инфектологии / под ред. Г. Г. Онищенко [и др.] М., 2002. 608 с.
8. Шендеров Б. А. Современное состояние и перспективы развития концепции «Пробиотики, пребиотики и синбиотики». Режим доступа: http://www.disbak.ru/php/content.php?id=725.
9. Стоянова Л. Г. Антимикробные метаболиты молочнокислых бактерий: их разнообразие и свойства / Стоянова Л. Г. [и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. 2012. Т. 48. № 3. С. 259–275.
10. Егоров Н. С., Баранова И. П. Бактериоцины. Образование, свойства, применение // Антибиотики и химиотерапия. 1999. Т. 44. № 6. С. 33–40.
11. Соболева А. В. Оценка спектра антимикробных низкомолекулярных пептидов из пробиотического штамма Lасtobacillus plantarum 8PA-3 / А. В. Соболева [и др.] // Сб. ст. V Междунар. науч.-пр. конф. «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине»,14–15 ноября 2013 г., Санкт-Петербург, Россия. Изд-во Политехнического университета, 2013.
12. Иммунный ответ. Его типы, клеточные основы и механизм. Режим доступа: http://www.allvet.ru/knowledge_base/immunology/immunnyy-otvet-ego-tipy-kletochnye-osnovy-i-mekhanizm.php.
13. Мокия-Сербина С. А. Дифференцированная тактика использования пробиотиков в коррекции дисбиоза кишечника у детей с атопическим дерматитом. Режим доступа: http://www.myshared.ru/slide/814525/.
14. Дармов И. В. Кишечная микрофлора. Взгляд изнутри / И. В. Дармов [и др.] // Сборник научных трудов. ФГБОУ ВПО «ВятГУ». 152 с.

Полянская И. С., доцент кафедры химии и физики ФГБОУ ВПО ВГМХА им. Н. В. Верещагина

Статья опубликована в журнале «Санэпидконтроль. Охрана труда» № 1, 2015.

Купить этот номер в электронном виде

Подпишитесь на нашу рассылку

Рассылка о новых материалах в блоге и новых номерах журналов. Отправляется в среднем 1 письмо в 2 недели.