Probiotiká a ich biomedicínske účinky

Probiotiká majú mimoriadne pozitívne zdravotné účinky. Sú to bioprípravky obsahujúce živé bunky alebo metabolity stabilizovaných mikroorganizmov, ktoré optimalizujú osídlenie a zloženie črevnej mikroflóry ľudí a zvierat a majú stimulačný účinok na tráviace procesy a imunitu hostiteľa (Fuller, 1992). Probiotiká majú tak lokálny, ako aj systémový biomedicínsky účinok.

Probiotiká ako prirodzené bioregulátory pomáhajú udržiavať rovnováhu ekosystému tráviaceho traktu, čo je veľmi dôležité pre prevenciu chorôb, predovšetkým ochorení gastrointestinálneho traktu. Probiotiká vykazujú inhibičný efekt voči patogénom, optimalizačný vplyv na tráviace procesy, imunostimulačný efekt, majú antitumorovú a anticholesterolovú aktivitu. Mechanizmus účinku probiotík nie je ešte v súčasnosti úplne objasnený. Inhibičný efekt probiotík voči patogénom môže byť sprostredkovaný kompetíciou o receptory na črevnej sliznici, kompetíciou o živiny, produkciou antibakteriálnych látok a stimuláciou imunity (Piard a Desmazeaud, 1991; Freter,

1992). Probiotiká pozitívne ovplyvňujú tráviace procesy nárastom populácie mikroorganizmov prospešnej pre hostiteľa a zvýšením jej enzýmovej aktivity, zvýšením stráviteľnosti a využiteľnosti potravy. Antitumorová aktivita probiotík môže byť realizovaná viacerými cestami: a) inhibíciou nádorových buniek; b) supresiou baktérií produkujúcich beta-glukozidázu, beta-glukuronidázu a azoreduktázu, ktoré katalyzujú konverziu prokarcinogénov na karcinogény; c) deštrukciou karcinogénov ako sú napr. nitrozamíny a znížením aktivity nitroreduktázy, ktorá sa podieľa na ich syntéze. Probiotiká pozitívne ovplyvňujú hladinu cholesterolu v krvi inhibíciou syntézy cholesterolu alebo priamo asimiláciou.

Probiotiká v prevencii a liečbe

Využívanie antibiotík v humánnej i veterinárnej medicíne a v živočíšnej výrobe vo výžive zvierat naráža na čoraz väčšie problémy. Ich aplikácia narúša protektívnu mikroflóru tráviaceho traktu a výrazne znižuje účinnosť črevnej bariéry voči infekciám. Postupne narastá rezistencia mikroorganizmov na antibiotiká v dôsledku ich nadmerného používania, čo významne obmedzuje možnosti ich terapeutického uplatnenia. Mnohí odborníci sa obávajú, že farmaceutický priemysel už nebude schopný vyvíjať účinné antibiotiká takým tempom, ktoré by zodpovedalo vývoju mikrobiálnej rezistencie na klasické antibiotiká (Bengmark, 1998).

Uvedený trend sa prejavuje tak v humánnej ako aj vo veterinárnej medicíne. Európska komisia v reakcii na uvedené riziká, prijala zákaz používania antibiotík ako rastových stimulátorov v kŕmnych zmesiach pre hospodárske zvieratá, ktorý vstúpi do platnosti v roku 2006.

V poslednom období mimoriadne narastá záujem o využívanie ekologických metód prevencie a terapie chorôb v celosvetovom merítku. Výrazne sa zintenzívnil výskum a vývoj alternatívnych metód k antibiotikám. Možno očakávať, že v súvislosti so snahou o zaistenie produkcie bezpečných a kvalitných potravín sa predovšetkým uplatnia prístupy využívajúce aplikáciu prípravkov na báze prirodzených komponentov. Medzi nimi majú významné postavenie práve probiotiká.

Humánne štúdie

Existuje len málo publikovaných klinických štúdií sledujúcich perorálne podanie probiotických baktérií vo forme spór. V štúdii sledujúcej vplyv perorálneho podania B. coagulans vo forme spór (3,6 x 108) na redukciu lipidov v krvi sa u 17 hyperlipidemických pacientov po 12 týždňoch zistila redukcia celkového cholesterolu ako aj LDL (Mohan et al., 1990a,b).

Sledoval sa vplyv B. subtilis na pacientov s pomalým alebo prerušovaným močením (ako biomarker rizika infekcie močového traktu) u 80 starších pacientov liečených spórami 6 mesiacov 2x denne (Meroni et al., 1983). Po piatich mesiacoch došlo k štatisticky významnej redukcii počtu pacientov, ktorí mali mesačne aspoň jednu pozitívnu kultiváciu a následne zmenenú sedimentáciu leukocytov.

Publikovaných štúdií sledujúcich vplyv baktérií vytvárajúcich spóry na ľudské zdravie je málo avšak sú zaujímavé. Je možno konštatovať, že niektoré kmene baktérií vytvárajúcich spóry

  • vytvárajú antimikrobiálne zlúčeniny,
  • tvorba týchto antipatogénnych zlúčenín môže vyústiť do antipatogénnej odpovede u niektorých zvieracích modelov,
  • odolnosť spór na podmienky prostredia zaisťuje, že tieto baktérie môžu prejsť živé cez žalúdočnú bariéru a môžu zostať životaschopné počas dlhého obdobia vo forme komerčne dostupných preparátov bez udržiavania v chlade,
  • vegetatívne bunky alebo bunkové zložky reagujú s bunkami imunitného systému, zvyšujú imunitnú odpoveď, avšak rozsah tejto odpovede u ľudí nebola doteraz dostatočne doložená,
  • v uverejnených štúdiách na ľuďoch sa nepozorovali žiadne nežiaduce účinky,
  • existuje len niekoľko citácií kontrolovaných klinických štúdií na ľuďoch a tie sa vykonali na druhoch rodu Bacillus.

Mechanizmus účinku

Základné fyziologické rozdiely medzi spórami a vegetatívnymi bunkami naznačujú, že probiotické účinky môžu byť sprostredkované mechanizmami, ktoré sa odlišujú v závislosti od ich fyziologického stavu. Väčšina sledovaní mechanizmu účinku probiotík sa vykonala na nesporulujúcich probiotikách. Predbežné výsledky naznačujú, že spóry B. subtilis sa neasociujú tesne s intestinálnymi bunkami a ani nevyvolávajú žiadnu imunitnú odpoveď (Topkins nepublikované údaje, 2002). Autokávované spóry neovplyvňujú črevnú mikroflóru u myší (Hosoi et al., 1999). Takéto štúdie vedú k hypotéze, že probiotická účinnosť spór by mohla byť sprostredkovaná metabolitmi alebo enzymatickými aktivitami. Druhy Bacillus produkujú proteázy (napr. subtilizín), ktoré napomáhajú tráveniu a potláčajú alergicitu. Popísala sa taktiež produkcia vitamínu K2 (Hosoi a Kiuchi, 2003). In vitro sa ukázalo, že kataláza a subtilizín produkovaný druhmi Bacillus podporuje rast laktobacilov (Hosoi et al., 2000). Avšak isté dôkazy o klíčení spór in vivo boli preukázané na zvieracích modeloch (Casula a Cutting, 2002; Hoa et al., 2001; Jadamuset al., 2001).

Momentálne nie je možné uzavrieť úlohu spór alebo vegetatívnych stavov v sprostredkovaní probiotickej funkcie. V štúdiách vykonaných na kurčatách kŕmených 28 dní B. subtilis sa ukázali zmeny histológie čreva (výška klkov, plocha buniek a bunková mitóza) v porovnaní s kontrolou (Samanya a Yamauchi, 2002). Okrem toho sa pozoroval pokles amónia v krvi, o ktorom sa špekulovalo, že by mohol aktivovať črevné funkcie. Ďalšie dôkazy o fyziologickej aktivite pochádzajú zo štúdie zameranej na antigenotoxickú aktivitu 16 kmeňov Bacillus (Caldini et al., 2002). V krátkodobom bakteriálnom sledovaní sa ukázala deaktivácia 4-nitrochinolón-1-oxidu. Mechanizmy účinku probiotických baktérií vytvárajúcich spóry je potrebné ešte stanoviť, ale zahrňovať môžu metabolické aktivity mikroorganizmov, sekréciu antimikrobiálnych látok a imunomoduláciu.

Živočíšne modely

Ďalším dôležitým krokom pri stanovení účinnosti probiotík je preukázanie fyziologických benefitov na živočíšnych modeloch.

Pri porovnaní komerčne dostupných produktov Biosporin z Ukrajiny, Subalin z Ukrajiny, Bactisubtil z Juhoslávie a Cereobiogen z Číny obsahujúcich druhy Bacillus sa sledovala inhibícia rastu Campylobacter. In vitro sa sledovala inhibícia niekoľkých kmeňov C. jejuni a E. coli produktom obsahujúcim B. subtilis alebo B. licheniformis ako aj produktom obsahujúcim B. subtilis. Žiadne kmene Campylobacter neboli inhibované produktom Bactisubtil ani Cereobiogen. Autori skonštatovali, že jedna preventívna perorálna dávka produktov Biosporin alebo Subalin mala ochranný charakter, avšak endpoints pre ochranný efekt a štatistické ukazovatele neboli jasné (Sorokulova et al., 1997). B. coagulans inhiboval zmeny spôsobené infekciou Vibrio (histologické prejavy a akumulácia exudátov) v intestinálnom tkanive králikov (Hattori et al., 1965).

Vplyv na imunitné funkcie

Modulácia imunitnej funkcie sa považuje za predpokladaný mechanizmus účinku probiotických baktérií, vrátane baktérií vytvárajúcich spóry.

Teplom alebo formaldehydom inaktivované druhy Bacillus vykazovali imunostimulačnú aktivitu na mononukleárnych ľudských leukocytoch (Prokešová et al., 1994). O indukcii imunitného systému pororálne podanými baktériami produkujúcimi spóry sa publikovalo len niekoľko štúdií. Zistilo sa, že produkt Enterogermina obsahujúci rôzne kmene B. clausii vo forme spór zvyšoval tvorbu interferónu ex vivo stimulovanými peritoneálnymi bunkami, ako aj bunkami sleziny (Muscettola et al., 1992).

Sledoval sa taktiež vplyv spór ako aj vegetatívnych buniek B. clausii na mitogénne delenie T buniek, ako aj na mitogénom indukovanú tvorbu lymikroflóruokínu mononukleárnymi bunkami izolovanými zo zdravých jedincov (Ciprandi et al., 1986). Zistili, že iba vegetatívne bunky stimulovali mitogénom indukované delenie mononukleárnych buniek. Ani spóry ani vegetatívne bunky neovplyvnili tvorbu interleukínu-2 alebo g-interferónu.

Imunomodulačný účinok spór B. clausii (Enterogermina) sa testoval v otvorenej štúdii u 11 pacientov s multiple myelómom. Spóry sa podávali 3x denne (6×109) 21 dní s následným 21 dňovým prerušením a následnou 7 dňovou cytostatickou terapiou. Zistili sa zlepšené parametre bunkovej imunity, vrátane odpovede E-rozetov a monocytovej chemotaxie. Okrem toho u 4 pacientov došlo k poklesu rekurentných respiračných infekcií, ku ktorým dochádzalo pred imunomodulačnou liečbou. Nepozorovali sa žiadne nežiaduce účinky liečby spórami (Vacca et al., 1983). Skonštruovali sa taktiež kmene Brevibacillus ako prostriedky na prenos mukózových adjuvancií (Goto et al., 2000; Kozuka et al., 2000).

Tvorba antimikrobiálnych látok

Tvorba antimikrobiálnych látok sa považuje za mechanizmus inhibujúci patogény, ktorý vykazujú probiotické baktérie a syntéza takýchto zlúčenín sa pozorovala aj v probiotických baktériách vytvárajúcich spóry.

U druhov rodu Bacillus sa identifikovali tucty rôznych peptidových antimikrobiálnych látok, ktoré vykazujú antagonizmus voči širokému spektru mikroorganizmov. Väčšina z nich nie je využiteľná klinicky, výnimkou je napríklad polymyxín produkovaný B. polymyxia. B. coagulans produkuje bakteriocín coagulin (Hyronimus et al., 1998).

Vplyv na fekálnu mikroflóru

Na prasačom modeli sa skúmal impakt B. coagulans na mikroflóru stolice (Adami a Cavazzoni, 1999).

Konzumáciou B. coagulans sa zvýšilo množstvo aeróbnych a anaeróbnych baktérií vytvárajúcich spóry, pokleslo množstvo laktokokov, enterokokov, anaeróbnych kokov a črevných E. coli v závislosti od času. Pri sledovaní vplyvu B. subtilis (natto) na črevnú mikroflóru myší sa zistilo, že spóry neovplyvnili množstvo Enterobacteriaceae a druhy rodu Enterococcus, ale pozorovali sa rozdiely v Bacteroidaceae a Lactobacillus. Žiadne zmeny mikroflóry sa nepozorovali, keď sa použili autoklávované spóry. Publikované neboli žiadne štúdie o vplyve spór na črevnú mikroflóru človeka.