Rodzaje, gatunki i szczepy bakterii uznanych za bezpieczne (GRAS) dla człowieka i zwierząt określone zostały przez FDA, a także raporty i zarządzenia Unii Europejskiej. Obecnie obowiązującą definicję przedstawiły w 2002 r. WHO i FAO. Terminem tym określa się odpowiednio wyselekcjonowane żywe mikroorganizmy, które wprowadzone w odpowiednich ilościach do organizmu człowieka, bądź zwierzęcia mają zdolność kolonizacji śluzówki jelita i wywołują pozytywne skutki dla organizmu gospodarza [Gajewska i Błaszczyk 2012, Schrezenmeier i Vrese 2001, Śliżewska i in. 2006]. Żeby uznać dany szczep za probiotyczny musi spełniać on określone kryteria. Fundamentalnym kryterium jest pochodzenie z organizmu, dla którego określony probiotyk jest przeznaczony. Ważne aby szczepy probiotyczne przeżyły drogę przez żołądek, tolerowały sole żółciowe, niskie pH oraz miały zdolność adhezji szczepu do nabłonka jelita [Hempel i in. 2012, Jurkowski i in. 2012]. Dodatkowo muszą być niepatogenne oraz nie mogą zawierać genów oporności na antybiotyki zdolnych do transferu do innych bakterii. Oprócz tego probiotyki powinny posiadać określoną przynależność systematyczną, być stabilne genetycznie, mieć zdolność do produkcji bakteriocyn – substancji przeciwbakteryjnych, a także wykazywać właściwości antagonistyczne w odniesieniu do bakterii patogennych, symulować system immunologiczny oraz przeżyć proces produkcji i przechowywania. Liczne badania pokazują, iż efekty działania probiotyków są nie tylko zależne od rodzaju, ale także od szczepu mikroorganizmów, ponieważ nie każdy szczep danego gatunku ma wszystkie cechy charakterystyczne dla probiotyków. Większość szczepów probiotycznych należy do rodzaju Lactobacillus reprezentowanych przez 9 gatunków i Bifidobacterium ssp, gdzie należy 8 gatunków [Cichy i in. 2010, Morelli 2000, Sanders i in. 2007]. 

Podział i cechy bakterii probiotycznych

Bakterie kwasu mlekowego (LAB – lactic acid bacteria) będące podstawą preparatów o charakterze probiotycznym są wykorzystywane od wieków. Niektóre gatunki mikroorganizmów należące do rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium stanowią mikroflorę autochtoniczną jelit, natomiast inne bytują w mniejszej liczbie w przewodzie pokarmowym człowieka. Produkują one krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, co hamuje rozwój mikroflory patogennej  i wpływa w sposób korzystny na równowagę mikroflory jelitowej. Tradycyjne bakterie fermentacji mlekowej są bezpieczne w spożyciu i to zarówno w formie dodatków do żywności jak i w postaci suplementów diety w konwencjonalnie stosowanych dawkach. Dostępne na rynku produkty różnią się między sobą w zależności od producenta. Zarówno skuteczność jak i ewentualne skutki niepożądane są najprawdopodobniej związane z użytym szczepem oraz stosowanym produktem. Mikroflora przewodu pokarmowego ze względu na funkcje jakie pełni w organizmie dzieli się na trzy grupy:

• drobnoustroje korzystne - hamujące wzrost bakterii chorobotwórczych i stymulujące wiele istotnych funkcji przewodu pokarmowego i organizmu gospodarza np.: Lactobacillus i Bifidobacterium,

• drobnoustroje potencjalnie szkodliwe - których obecność i negatywne oddziaływanie ujawnia się w momencie zaburzeń w funkcjonowaniu przewodu pokarmowego np.: Escherichia coli,

• drobnoustroje bezwzględnie szkodliwe - zakłócające fizjologiczne funkcje przewodu pokarmowego, produkujące toksyny, a także substancje kancerogenne np.: niektóre gatunki Clostridium sp. [Cichy i in. 2010, Gustaw i in. 2011, Nowak i in. 2010].

Lactobacillus

Bakterie z rodzaju Lactobacillus obejmują 103 gatunki, spośród których grupy acidophilus, casei, paracasei, rhamnosus są charakterystyczne dla jelit i dlatego też stanowią kultury proponowane preparatów i produktów probiotycznych. Pałeczki kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus mają szczególne znaczenie w badaniach nad skutecznością działania preparatów probiotycznych. Ich zastosowanie w procesach przeciwdziałania negatywnym skutkom obecności patogenów w przewodzie pokarmowym  jest zależne od wielu czynników fizjologicznych sprzyjających prewencyjnemu charakterowi zachodzących interakcji. Należy do nich między innymi wytwarzanie kwasu mlekowego, wytwarzanie bakteriocyn. Pałeczki z rodzaju Lactobacillus są doskonałym przykładem szczepów, które wytwarzają naturalne konserwanty. Zasiedlają one licznie przewód pokarmowy ludzi i zwierząt. Wprowadzenie bakterii do układu pokarmowego gospodarza skutecznie reguluje skład bioty jelitowej, poprawia działanie układu odpornościowego i stymuluje perystaltykę jelit. Na uwagę zasługują Gram-dodatnie, termofilne pałeczki Lactobacillus acidophilus (z łac. lactis – mleko, bacillus – pałeczka, acidophilus - lubiący kwas), które powszechnie występują w probiotycznych mlecznych napojach fermentowanych. Stanowią one mikroflorę autochtoniczną przewodu pokarmowego ludzi i zwierząt, a także zasiedlają układ moczowo-płciowy. Niektóre szczepy z tego gatunku mają potwierdzone właściwości o charakterze probiotycznym. Do właściwości probiotycznych tego gatunku zalicza się przede wszystkim: zmniejszanie efektu nietolerancji laktozy, aktywność przeciwnowotworową w odniesieniu do raka okrężnicy oraz poprawę działania układu odpornościowego, zdolność do kolonizacji przewodu pokarmowego i wiązanie cholesterolu. Szczepy Lactobacillus acidophilus wytwarzają kwasy organiczne, bakteriocyny (acidofilinę i acidolinę) oraz nadtlenek wodoru i tym samym blokują rozwój mikroflory niepożądanej. Antybakteryjny wpływ kwasów organicznych wynika z gwałtownego obniżenia pH w przewodzie pokrmowym, co powoduje inhibicje aktywności biochemicznej mikroorganizmów przez niezdysocjowane cząsteczki kwasu. Nadtlenek wodoru natomiast zmniejsza ilość bakterii, które nie produkują peroksydazy i katalazy. Ponadto szczepy Lactobacillus acidophilus mają zdolność do produkcji witaminy z grupy B, w tym witaminy B₆, niacyny, kwasu foliowego. Do przykładowych szczepów o charakterze probiotycznym należą: Lactobacillus acidophilus La-5, Lactbacillus acidophilus NCFB 1748 oraz Lactbacillus acidophilus NCFM [Kamińska 2012]. 

Bifidobacterium

Rodzaj Bifidobacterium zawiera 32 gatunki, pogrupowane w oparciu o cechy metaboliczne oraz oryginalność ekologiczną. Są mikroorganizmami występującymi przede wszystkim w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt. W organizmach ludzi bytuje naturalnie 14 gatunków tych pałeczek. Bifidobakterie stanowią główną, a niekiedy jedyną mikroflorę jelit niemowląt karmionych tylko mlekiem matki i dużą część drobnoustrojów zasiedlających jelito grube ludzi starszych. Szczepy Bifidobacterium charakteryzują się zdolnością do zwiększenia wykorzystania składników żywności przez organizm, syntezy witamin oraz hamowania niektórych patogenów. Właściwości szczepów należących do tego rodzaju wynikają z możliwości syntezy enzymów o znacznej aktywności. Charakterystyczne właściwości tych bakterii są również związane z aktywnością fosfoketolazy, która uczestniczy w metabolizmie glukozy. Szczególną zdolnością w tej kwestii odznacza się Bifidobacterium lactis. Początkowo mikroorganizmy z tego rodzaju wzbudzały wiele kontrowersji w związku z brakiem jednoznacznego potwierdzenia ich zdolności do zasiedlania jelita grubego jedynie przez pałeczki izolowane z przewodu pokarmowego człowieka. Prowadzone badania produktów mlecznych pokazują, że w bio-jogurtach stosowano szczepy pochodzenia zwierzęcego przynależne do gatunku Bifidobacterium animalis. Kolejne badania pozwoliły na wyselekcjonowanie szczepu Bifidobacterium animalis DN173010, który wykazywał potwierdzone właściwości probiotyczne ze wskazaniem do stosowania w diecie ludzi starszych. Po udowodnieniu, że wykazują one zdolność do przeżycia w żołądku, dwunastnicy, a także zdolność do skracania pasażu jelitowego pokarmu pojawiła się możliwość ich zastosowania w żywieniu człowieka. Preparaty złożone z Bifidobacterium powinny być polecane zwłaszcza w ochronie przed ksenobiotykami zawartymi w żywności, gdyż mechanizm ich działania jest oparty na oddziaływaniach fizykochemicznych m. in. interakcjach elektrostatycznych, a także interakcjach hydrofobowych zachodzących pomiędzy składnikami osłon komórkowych drobnoustrojów i komponentami zawartymi w środowisku zewnętrznym [Kamińska 2012]. 

Mieszanki szczepów o charakterze probiotycznym

Jedną z ważniejszych cech probiotyków jest ich charakter przeciwbakteryjny skierowany przeciwko patogenom przewodu pokarmowego lub układu moczowo-płciowego kobiet. Skuteczne działanie preparatów probiotycznych jest zależne w dużej mierze od tego czy są stosowane jako mieszanina kultur składająca się z tego samego rodzaju czy dany preparat jest mieszaniną wielu kultur. Badania pokazują, że w sytuacji stosowania mieszaniny jednego rodzaju czyli np. Bifidobacterium longum + Bifidobacterium infantis + Bifidobacterium bifidum w równym stosunku poziom pałeczek powinien być nie niższy niż 1012 jtk, podczas gdy w preparatach wielokierunkowych składających się z różnych rodzajów drobnoustrojów liczba może być niższa o jeden cykl logarytmiczny. Z uwagi na zróżnicowany mechanizm działania obydwu rodzajów bakterii stosowanych w mieszaninie w przypadku  Streptococcus thermophilus + Lactobacillus casei + Lactobacillus plantarum liczba bakterii może pozostawać na poziomie 1011 jtk. Z racji większej skuteczności preparatów wielokierunkowych zaleca się stosowanie określonych mieszanin szczepów probiotycznych. W przypadku probiotycznych preparatów terapeutycznych ta dawka wynosi 1011 jtk, natomiast w odniesieniu do probiotyków stosowanych w żywności powinna być nie mniejsza niż 108 jtk. Oczywiście nie ma jednej uniwersalnej liczby bakterii dających pożądany skutek. Dobór szczepu oraz jego dawkowanie jest zależne w istotny sposób od typu jednostki chorobowej, której chcemy zapobiegać lub też którą będziemy leczyć. Nie zawsze koniecznym kryterium jest żywotność szczepów. Forma suplementacji probiotyków do żywności jest uzależniona od rodzaju i konsystencji. Istnieją trzy formy wprowadzenia do pokarmów bakterii probiotycznych:

• kultury liofilizowane,

• preparaty farmaceutyczne,

• osłabione szczepionki mikroorganizmów.

Przed dodatkiem probiotyków do żywności należy dokonać rozeznania odnośnie przeprowadzanych na produkcie procesów technologicznych. Jest to niezwykle istotne, gdyż wiele procesów technologicznych powoduje obniżenie żywotności kultur, co skutkuje niskim mianem przechodzących przez przewód kultur [Cichy i in. 2010, Jach i in. 2013, Steinka 2011 ].

Tabela. 1 Przykład komponowania mieszanin szczepów w zależności od schorzenia

Pozytywne oddziaływanie probiotyków na organizm człowieka

Liczne badania kliniczne pokazują korzystne, wszechstronne działanie preparatów probiotycznych w schorzeniach  układu pokarmowego, w tym syndromu jelita wrażliwego, zapalenia jelit, biegunek o zróżnicowanej etiologii, a w przypadku konieczności stosowania antybiotyków przyspieszają okres rekonwalescencji. Preparaty probiotyczne są naturalnymi stymulatorami wzrostu i mogą tym samym stanowić alternatywę dla antybiotyków. Najskuteczniejsze działanie probiotyki wykazują w stosunku do zwiększenia odporności organizmu (immunomodulacja). Jednakże nie wszystkie przeprowadzone badania jednoznacznie pokazują poprawę zdrowia człowieka po zastosowaniu preparatów zawierających mikroorganizmy probiotyczne. Badania pokazują, że długotrwałe (sześć miesięcy), dzienne spożycie mlecznych napojów fermentowanych może powodować zmniejszenie zawartości całkowitego cholesterolu, jednocześnie powodując wzrost stężenia cholesterolu HDL w surowicy, a także poprawę stosunku cholesterolu LDL / HDL. Mają one zdolność asymilowania cholesterolu i rozkładania kwasów żółciowych w jelicie cienkim, co skutkuje blokowaniem ponownego ich wchłaniania. W skutek tego część cholesterolu jest zużywana do syntezy nowych kwasów żółciowych, a tym samym dochodzi do obniżenia jego stężenia we krwi i obniżenia ryzyka rozwoju miażdżycy [Cichy i in. 2010, Szajewska 2005].

Tabela 2. Efekty zdrowotne szczepów o charakterze probiotycznym

Bakterie probiotyczne w mlecznych napojach fermentowanych

Mleczne napoje fermentowane charakteryzują się szerokim zakresem składników pokarmowych, a ich wszechstronne i prozdrowotne zastosowanie znalazło uznanie już w starożytności i średniowieczu. Napoje fermentowane cieszą się ogromną popularnością na całym świecie i są niezbędne w codziennej diecie. Mają korzystne zastosowanie z racji swojej wysokiej wartości odżywczej i fizjologicznej, a w porównaniu z mlekiem cechuje je wyższa przyswajalność białek i tłuszczu oraz wyższa zawartość znacznej ilości witamin. Bakterie znajdujące się w napojach fermentowanych wykazują właściwości lecznicze. Potrafią one zasiedlać się w przewodzie pokarmowymi, zapobiegać rozwojowi bakterii gnilnych oraz chorobotwórczych, dzięki czemu obniżają ryzyko zachorowania na nowotwór jelita, zmniejszają i regulują dolegliwości przewodu pokarmowego, obniżają reakcje alergiczne na mleko i poziom cholesterolu. Napoje fermentowane wzmacniają także odporność, zapobiegają osteoporozie, a dzięki dużej zawartości peptydów czynnościowych oddziałują na układ sercowo-naczyniowy i przewód pokarmowy. Mleczne napoje fermentowane, ze względu na swoje pozytywne działanie stanowią niezbędny składnik zdrowej, zbilansowanej diety. Wśród nich największym uznaniem cieszy się jogurt - jego spożycie znajduje się na najwyższym poziomie [Kunachowicz 2008]. Największą grupę produktów probiotycznych stanowią mleczne napoje fermentowane, które pełnią funkcję nośników dla probiotycznych mikroorganizmów, w których konsumenci mogą podjąć duże ilości komórek probiotycznych. W ostatnich latach nastąpił istotny wzrost popularności bio-jogurtów i bio-kefirów, które oprócz konwencjonalnej mikroflory zawierają także bakterie probiotyczne: L. acidophilus LA-5 i B. bifidum. Bakterie te muszą być zdolne do przejścia przez układ pokarmowy osobnika oraz do dalszego namnażania. Aby osiągnęły one swój korzystny efekt, podaje się je regularnie, w odpowiedniej dawce [Heller 2001, Zmarlicki 2010]. Obok produkcji tradycyjnych mlecznych napojów fermentowanych obserwuje się szybki rozwój nowych napojów mlecznych, czyli napojów nowej generacji o specyficznych dobroczynnych właściwościach. Produkowane są z pasteryzowanego mleka na dwa sposoby. Albo z wykorzystaniem wyłącznie bakterii wyizolowanych z przewodu pokarmowego zdrowych ludzi albo łączonych z tradycyjnymi szczepionkami, zawierającymi mezofilne i termofilne bakterie kwasu mlekowego. Takie napoje produkowane z połączenia szczepionek tradycyjnych i mikroflory jelitowej należą do napojów II generacji. Natomiast napoje powstające przy udziale jedynie mikroflory jelitowej to napoje III generacji. Jednakże wielu badaczy potwierdza, że w opinii konsumentów takie produkty są mniej pożądane w porównaniu z produktem tradycyjnym. Porównując tradycyjne mleczne napoje fermentowane i fermentowane wyłącznie przez bakterie mikroflory jelitowej, te ostatnie charakteryzują się nieco innym smakiem, łagodnie kwaśnym, a także innym aromatem. Kontrola liczby żywych komórek bakterii probiotycznych w produkcie końcowym jest utrudniona, z racji obecności w nim mieszanki tradycyjnych bakterii jogurtowych i probiotyków [Ershidant i in. 2009, Zaręba i in. 2008]. 

Tabela 3. Generacje mlecznych napojów fermentowanych

Podsumowanie

Skład mikroflory jelitowej u zdrowego człowieka jest względnie stabilny. Wszelkie jego zakłócenia prowadzą do zmian mikroflory, co w konsekwencji pozwala niepożądanym mikroorganizmom dominować w jelitach. Na zmiany mikroflory jelitowej ma wpływ nie tylko zachodzący proces starzenia organizmu, ale również czynniki zewnętrzne takie jak stres, nieprawidłowa dieta, leki, zanieczyszczenia. Właściwie prowadzona terapia probiotyczna może być cenną i nieinwazyjną pomocą, a niekiedy wręcz rozwiązaniem alternatywnym w stosunku do konwencjonalnej medycyny. Nieodzowne jest więc prowadzenie dodatkowych, wielokierunkowych badań nad uzyskiwaniem nowych szczepów o charakterze probiotycznym, a także ich profilem genetycznym, ustaleniem odpowiedniej dawki i bezpieczeństwem stosowania. Konieczne jest, aby badania te były potwierdzone na ludziach przez niezależne ośrodki naukowe i obejmowały odpowiednio dużą grupę osób, a także odpowiednio długo obserwowane działania, żeby stwierdzić pozytywne skutki danego szczepu. Dodatkowo niezbędne jest udokumentowanie pożądanych efektów badań klinicznych.

Katarzyna Liszka