Mechanizmus účinku probiotí

Hoci je nutné všetky detaily mechanizmov pôsobenia probiotík na molekulárnej úrovni ešte len objaviť, už dnes vieme, že jedným z dôležitých faktorov je vzájomná interakcia medzi probiotickou baktériou (molekulami jej bunkovej steny) a bunkami hostiteľa (črevné baktérie, epiteliálne bunky čreva) ako aj komunikácia medzi nimi, ktorú môžu zabezpečiť iba živé probiotické bunky. Hoci sú niektoré vlastnosti probiotík rovnaké, medzi jednotlivými kmeňmi existujú veľké rozdiely, ktoré bude potrebné odhaliť jednotlivo.

Dnes je známe, že probiotické baktérie pôsobia hlavne prostredníctvom ovplyvnenia imunitného systému. S mikroorganizmami prítomnými v čreve sú v kontakte intestinálne epiteliálne bunky, ktoré ich dokážu rozpoznať a spustiť celú kaskádu molekulárnych imunologických obraných mechanizmov. Zistilo sa, že veľmi dôležitú úlohu v imunologickom efekte probiotík zohrávajú bifidobaktérie. Svojou prítomnosťou dokážu probiotické baktérie potlačiť symptómy a ovplyvniť imunitnú odpoveď aj u ochorení, ktoré sú geneticky fixované.

Na priepustnosť črevnej mukózy vplývajú baktérie prítomné v čreve. Vplyvom mnohých patogénnych baktérií, niektorých zložiek potravy, alebo liekov dochádza k narušeniu tejto bariéry a cez poškodené epiteliálne bunky čreva prechádzajú baktérie a zložky potravy do tela. Zistilo sa, že živé bunky laktobacilov zabraňujú poškodeniu a obnovujú poškodenú bariéru črevnej mukózy.

Ďalším skúmaným mechanizmom pôsobenia probiotík je kompetitívne vytesňovanie baktérií alebo vírusov, kedy celé živé probiotické bunky dokážu znížiť adhéziu patogénov k povrchu čreva ovplyvnením rozpoznávacích miest prítomných na povrchu epiteliálnych buniek a/alebo sú schopné zablokovať prechod patogénov cez vrstvu mukózy čreva.

Probiotiká ovplyvňujú črevnú mikroflóru aj prostredníctvom uvoľňovaných antibakteriálnych látok. Okrem kyseliny mliečnej a H202 produkujú mnohé kmene (napr. L. acidophilus LA-5) antibakteriálne látky – bakteriocíny, ktoré účinne inhibujú napríklad niektoré kvasinky druhov Candida a Kluyveromyces, ako aj niektoré plesne, E. coli, testované kmene druhu Bacillus, Micrococcus, Corynebacteria, Lactobacillus, Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica a ďalšie v závislosti od použitého kmeňa probiotickej baktérie.

Potlačením črevného zápalu sa sprostredkúva pôsobenie probiotík u ťažkých zápalových ochorení čreva (ulcerózna kolitída, Crohnova choroba). Pri prepuknutí aktívneho ochorenia sa zistil pokles počtu laktobacilov, znížila sa diverzita druhov črevných baktérií a došlo k výraznému poklesu normálnej anaeróbnej mikroflóry hrubého čreva.

Kolonizácia probiotickými kmeňmi LA-5 a BB-12

Probiotické kmene vo všeobecnosti kolonizujú hrubé črevo človeka len dočasne. Preto je u každého potenciálneho probiotického kmeňa nutné určiť dobu a priebeh kolonizácie počas konzumácie a po ukončení podávania probiotika.

Prítomnosť oboch sledovaných kmeňov v črevnom trakte po ich konzumácii bola zistená pomocou genetických markerov týchto kmeňov6. Už prvé pokusy ukázali, že oba probiotické kmene sa po ich konzumácii skutočne nachádzali vo vzorkách črevného obsahu7. Kolonizácia kmeňmi LA-5 ako aj BB-12 sa potom sledovala u rôznych vekových skupín, od novorodencov až po dospelých.

U novonarodených nekojených detí sa zistilo, že výsledkom konzumácie detskej výživy obsahujúcej BB-12 počas prvých dvoch mesiacov po narodení bola prednostná kolonizácia črevného traktu bifidobaktériami, tak ako tomu bolo u kojených detí8. Kolonizácia baktériou Streptococcus faecalis bola pri konzumácii výživy s BB-12 pomalšia v porovnaní s dojčatami, ktoré dostávali klasickú detskú výživu bez probiotík8. Po trojtýždňovej konzumácii detskej výživy obsahujúcej BB-12 zdravými deťmi vo veku 15-31 mesiacov došlo u 71% z nich ku kolonizácii ich črevného traktu probiotickými baktériami BB-12 a k preukaznému poklesu kolonizácie klostrídiou9. U detí užívajúcich probiotikum BB-12 sa upravilo nielen zloženie črevnej mikroflóry, ale zmenila sa taktiež jej metabolická aktivita. V čreve sa o.i. zistila zvýšená koncentrácia organických kyselín s krátkym reťazcom, došlo k poklesu pH a k zníženiu koncentrácie amóniových aniónov, indolov a ďalších škodlivých zlúčenín9.

Pri pokusoch so zdravými dospelými sa zistilo, že po trojtýždňovej konzumácii BB-12 došlo až k desaťnásobnému nárastu množstva fekálnych bifidobaktérií10. V prípade pravidelnej konzumácie cereálnych tyčiniek obsahujúcich probiotický kmeň BB-12 bol tento kmeň prítomný v stolici u 60% sledovaných jedincov ešte týždeň po poslednej konzumácii11. Pri dennej konzumácii jogurtu obsahujúceho 30 miliárd živých buniek BB-12 sa týždeň po konzumácii bunky BB-12 stále nachádzali v stolici 40% jedincov a po 2 týždňoch ešte u 20%6,12,13.

Adhézia probiotických kmeňov LA-5 a BB-12 v tráviacom trakte

Sledovaním rôznych probiotických kmeňov sa potvrdilo, že ich adhézia (priľnavosť) k mukóze sa líši aj medzi jednotlivými kmeňmi toho istého bakteriálneho druhu. K priamej väzbe BB-12 a iných sledovaných probiotických kmeňov na epiteliálne tkanivo čreva dochádza v oveľa menšej miere14. Predpokladá sa, že väzba k mukóze je mimoriadne dôležitá a je nevyhnutná pre dočasnú kolonizáciu tráviaceho traktu. Črevný mucín má dvojitú úlohu: chráni mukózu pred istými mikroorganizmami, pričom poskytuje prvé väzobné miesto, je pre ne zdrojom výživy a matricou, na ktorej sa môžu baktérie deliť. Mukóza môže inhibovať bakteriálnu adhéziu k epitelu. Predpokladá sa, že mukóza obsahuje receptory, ktoré napodobňujú epiteliálne bunky. Na ne sa viažu baktérie, čím sa v konečnom dôsledku zabraňuje, aby sa baktérie dostali k bunkám samotného čreva.

Oba kmene, LA-5 ako aj BB-12, sú schopné viazať sa na črevnú mukózu in vitro ako aj in vivo15,16. Porovnaním piatich najsledovanejších a komerčne najpoužívanejších probiotických kmeňov (LA-5, BB-12, La1, Lactobacillus GG a L. casei Shirota) sa ukázalo, že LA-5, BB-12 a La1 mali podobnú schopnosť viazať sa k mukóze, pričom BB-12 sa viazal ešte lepšie, ak sa z mukózy odstránili adherované rezidentné baktérie. Tieto na mukózu-viazané endogénne baktérie črevnej mikroflóry majú však len minimálny vplyv na počiatočnú adhéziu sledovaných probiotických baktérií17. Adhézia BB-12 ako aj iných probiotických kmeňov je najlepšia u plne životaschopných baktérií18.

U LA-5 ako aj BB-12 sa popísala dobrá adhézia k izolovanej ľudskej  mukóze19, pričom kombináciou niektorých probiotických baktérií sa môže ich väzba zosiľňovať20. Schopnosť viazať sa k mukóze ľudského čreva je u BB-12 silnejšia ako u bežne sa vyskytujúcich baktérií normálnej humánnej črevnej mikroflóry21. Túto schopnosť BB-12, na rozdiel od ostatných skúmaných komerčne dostupných probiotík, neovplyvnila ani inkubácia pri pH 1,5, či vplyv amylázy alebo pepsínu22. Ukázalo sa, že adhézia BB-12 k mukóze človeka je podobná väzbe k mukóze iných živočíšnych druhov23,24.

Je mimoriadne dôležité, že, na rozdiel od mnohých iných sledovaných probiotík, bola adhézia BB-12 k mukóze ľudského čreva podobná u všetkých sledovaných vekových skupín, od dojčiat až po dospelých jedincov25.

Väzba BB-12 k črevnej mukóze detí nebola ovplyvnená hnačkou spôsobenou rotavírusovou infekciou19. Väzbu BB-12 k črevnej mukóze však ovplyvnili chronické chorobné stavy hrubého čreva26. Našli sa rozdiely medzi adhéziou BB-12 k mukóze zdravých ľudí a pacientov trpiacich na IBD (zápalové ochorenie čreva). Pri analýze rôznych typov zápalového ochorenia hrubého čreva sa však nezistili rozdiely v účinku BB-1226.

Tieto štúdie naznačujú, že BB-12 má predpoklady na univerzálne použitie tak pri akútnych ako aj chronických ochoreniach súvisiacich so zmenou mikroflóry tráviaceho traktu.

Kompetitívne vytesňovanie baktérií a vírusov a tvorba antimikrobiálnych látok 

Živé probiotické baktérie ovplyvňujú svojou prítomnosťou jednak baktérie rezidentnej črevnej mikroflóry, ako aj cudzie a patogénne baktérie, ktoré sa do tráviaceho traktu dostávajú hlavne stravou. Ďalším známym mechanizmom pôsobenia probiotík je kompetitívne vytesňovanie baktérií alebo vírusov, kedy živé probiotické bunky dokážu znížiť adhéziu patogénov k povrchu čreva ovplyvnením rozpoznávacích miest prítomných na povrchu epiteliálnych buniek a/alebo sú schopné zablokovať prechod patogénov cez vrstvu mukózy čreva.

Podávanie BB-12 myšiam pred pokusným infikovaním baktériou Salmonella typhimurium viedlo k preukazne lepšiemu prežívaniu a menej rozsiahlym léziám v črevách, na pečeni a slezine myší, ktorým sa podával BB-12 v porovnaní s kontrolnými myšami27. Napriek tomu, že obsah salmonely v črevách bol po 4 týždňoch podobný v oboch skupinách myší, nažive bolo ešte stále 80% infikovaných myší užívajúcich BB-12, kým v kontrolnej skupine zostalo už len 20% živých myší27. BB-12 zabraňoval taktiež translokácii salmonely z tráviaceho systému28.

BB-12 bol preukazne účinný v inhibícii kolonizácie myší kvasinkou Candida albicans29, zvýšil tvorbu protilátok voči C. albicans30 a predĺžil prežívanie infikovaných myší31, pričom bol účinnejší u myší s funkčným tymusom32. Hoci užívanie LA-5 nezlepšilo prežívanie myší infikovaných C. albicans, došlo k menšiemu rozsahu kolonizácie tráviaceho traktu a k redukcii závažnosti kvasinkovej infekcie33. Uvedené výsledky poukazujú na odlišnosti v pôsobení LA-5 a BB-12 voči C. albicans u myší, a je možné, že kombináciou týchto kmeňov by sa mohol dosiahnuť synergický účinok voči C. albicans.

BB-12 zabraňoval taktiež adhézii Clostridium perfringens21 a oba kmene LA-5 ako aj BB-12 boli účinné v potláčaní infekcie spôsobenej patogénnou baktériou Helicobacter pylori34.

Sledovania potvrdili, že k ochrane črevných buniek voči patogénnym baktériám dochádza vďaka dobrým adhezívnym vlastnostiam LA-5 a BB-12 k ľudskej mukóze.

LA-5 a BB-12 ovplyvňujú črevnú mikroflóru aj prostredníctvom uvoľňovaných antibakteriálnych látok. Okrem kyseliny mliečnej a H20235 produkuje LA-5 antibakteriálnu látku bakteriocín acidocín CH536, ktorý je typický nielen širokým spektrom antimikrobiálneho účinku, ale aj tým, že in vitro inhibuje niektoré kvasinky druhov Candida a Kluyveromyces, plesne37, testované kmene Bacillus, Micrococcus, Corynebacteria a Lactobacillus38. Sledovaním antimikrobiálneho účinku laktobacilu CHCC 2169 (LA-5) sa dokázala stredne silná inhibícia rastu niektorých patogénov, ako sú Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, E. coli a Yersinia enterocolitica in vitro39

Imunomodulačné účinky probiotických kmeňov LA-5 a BB-12

Na priepustnosť črevnej mukózy vplývajú baktérie prítomné v čreve. Vplyvom mnohých patogénnych baktérií, niektorých zložiek potravy, alebo liekov dochádza k narušeniu tejto bariéry a cez poškodené epiteliálne bunky čreva prechádzajú baktérie a zložky potravy do tela. Zistilo sa, že u myší dochádza k translokácii BB-12 z čreva do lymfatických uzlín mezentéria28, čím sa BB-12 dostáva do kontaktu s imunitným systémom. Keďže imunomodulácia je jednou zo základných predpokladov pôsobenia probiotika, u BB-12 sa potvrdilo, že je dobrým kandidátom funkčného probiotika. Táto skutočnosť sa dokázala aj v ďalších vedeckých a klinických sledovaniach.

Imunomodulačné účinky sa po užívaní probiotických kmeňov LA-5 a BB-12 prejavili stimuláciou nešpecifickej, ako aj špecifickej imunitnej odpovede človeka ako aj sledovaných zvierat40-43.

Po trojtýždňovom užívaní BB-12 došlo k preukaznému zvýšeniu fagocytárnej aktivity leukocytov, ktorá priamo súvisela s kolonizáciou čreva kmeňom BB-12 a tento účinok pretrvával ešte 6 týždňov po skončení ich užívania44. Na celkovom zvýšení fagocytárnej aktivity sa podieľali hlavne granulocyty a v menšej miere monocyty45.

Konzumácia LA-5 a BB-12 sa prejavila taktiež indukciou špecifickej protilátkami sprostredkovanej imunity10,41,46. Po podávaní BB-12 sterilným myšiam počas laktácie sa zistil nárast tvorby IgA v čreve ako aj v mlieku40. Obsah celkových ako aj špecifických protilátok bol po podaní toxínu cholery vyšší u myší, ktoré dostávali LA-5 alebo BB-1241.

U detí vo veku 15-31 mesiacov došlo k nárastu celkovej IgA prítomnej v stolici, ako aj špecifickej IgA voči použitej vakcíne proti obrne, po trojtýždňovom užívaní výživy s BB-1246. V randomizovanej štúdii, zahrnujúcej 30 dospelých zdravých ľudí, sa počas trojtýždňového užívania BB-12 podala atenuovaná (oslabená) Salmonela typhimurium. Došlo k preukazne vyššiemu nárastu celkového sérového IgA a zvýšená hladina IgG pretrvávala dlhšie ako v kontrole. Pritom bolo množstvo špecifických sérových IgA protilátok voči S. typhimurium po konzumácii BB-12 až 4× vyššie ako u jedincov neužívajúcich BB-1210.

Uvedené výsledky naznačujú, že probiotické kmene je možné užívať ako výživové doplnky na zlepšenie funkcií imunitného systému u konkrétnej vekovej skupiny, ako sú napríklad novorodenci alebo starší ľudia, u ktorých dochádza k oslabovaniu týchto funkcií. Predpokladá sa, že užívanie probiotík prispieva k zvýšeniu odolnosti mukózy voči infekciám črevného traktu prostredníctvom stimulácie lokálnej tvorby IgA v čreve. Uvedené príklady lokálnej imunostimulácie môžu predstavovať mechanizmus podieľajúci sa na prevencii alergií u detí, ako aj na znižovaní rizika alergickej reakcie pri expozícii potravinovým antigénom.

LA-5 a BB-12 indukovali nešpecifickú nebunkovú imunitnú odpoveď prostredníctvom stimulácie sekrécie špecifických cytokínov47,48, ktoré hrajú dôležitú úlohu aj pri interakcii medzi probiotickými baktériami a imunitným systémom. Pri tom živé baktérie oboch sledovaných kmeňov indukovali preukazne väčšie uvoľňovanie regulačných cytokínov (TNFa, IL-6 a IL-10) z ľudských mononukleárnych leukocytov ako glutaraldehydom usmrtené baktérie48.

Uvedené vlastnosti probiotických kmeňov LA-5 a BB-12  vytvárajú predpoklady pre priaznivý účinok na ľudské zdravie, ktorý sa popísal v mnohých klinických štúdiách.

Vlastnosťami probiotických kmeňov obsiahnutých v probiotickom produkte Probio-fix ako aj klinickými výsledkami ich aplikácie v praxi sa zaoberajú taktiež početné prehľadné vedecké publikácie49-58.