ArrowUP

«АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МЕТАФИЛЬТРАТОВ ОСНОВНЫХ ШТАММОВ САПРОФИТНЫХ ЛАКТОБАЦИЛЛ ЧЕЛОВЕКА, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ МЕТАБИОТИКОВ»

(23.04.2021)

• Публикация в РИНЦ
• Место проведения: Москва
• Дата проведения: 23.04.2021

 

Аннотация: 

Целью статьи было проведение обзора современной научной литературы, посвященной вопросам использования метабиотиков в терапии и профилактике дисбиотических нарушений. Особенное внимание было уделено антибактериальному действию продуктов метаболизма сапрофитных лактобацилл кишечника. Проанализированы основные пути их угнетающего воздействия на условно-патогенные и патогенные виды микроорганизмов. Сделан вывод о целесообразности применения метабиотиков в качестве неспецифического средства профилактики кишечных инфекций.

Ключевые слова: пробиотики, метабиотики, функциональные продукты, дисбиоз, лактобациллы, антибактерильное действие, короткоцепочечные жирные кислоты, молочная кислота, бактериоцины.

 

То, что основным способом взаимодействия макроорганизма и его микробиоты является целый ряд низкомолекулярных бактериальных метаболитов – давно признанный медицинским сообществом факт. Но только лишь недавно строение и биохимические эффекты этих метаболитов стали предметом научного изучения, поскольку ранее разрешающей способности имеющегося инструментария не хватало для детального исследования происходящих процессов.

 

На настоящий момент обнаружено, что метаболиты сапрофитных бактерий способны инициировать множество каскадных реакций путем взаимодействия с определенными локусами на мембранах клеток организма-хозяина, а также путем проникновения в их цитоплазму. Эти взаимодействия имеют большое значение для контроля многих физиологических функций, биохимических реакций и даже поведенческих императивов макроорганизма. Следовательно, низкомолекулярные бактериальные метаболиты играют роль полипотентных регуляторов, влияющих на множество аспектов здоровья человека [1].

 

Важнейший результат исследований последних лет заключается в том, что многие авторы пришли к консолидированному мнению о необязательности присутствия самих бактериальных тел для получения терапевтического эффекта. То есть, нет препятствий к тому, чтобы вместо пробиотических культур, к использованию которых имеется большое количество претензий [2], вводить метафильтраты их продуктов жизнедеятельности. Ожидаемый эффект от таких мероприятий должен быть не менее выраженным.

 

Данная концепция получила распространение под названием «молекулярные языки симбионтов» [3]. В ее рамках все многообразие биоактивных метаболитов сапрофитной флоры рассматривается как некий набор биохимических логем, из которых и складывается ее «общение» с макроорганизмом. На базе этой концепции был разработан и уже сегодня с успехом применяется новый класс средств для коррекции дисбиотических нарушений – метабиотики, которые включают в себя отфильтрованные продукты жизнедеятельности симбиотических бактерий [4].

 

Необычность данного подхода заключается в том, что субстрат для выработки метаболитов человеческого организма расположен за его пределами – это изолированные бактериальные культуры. А взаимодействие между макро- и микроорганизмами происходит посредством низкомолекулярных веществ, которые вводятся перорально в форме продуктов здорового питания [5]. Дополнительное важное преимущество метабиотиков заключается в том, что это – отдельные молекулы, а не живые клетки. Следовательно, они как минимум обладают очень высокой антибиотикорезистентностью и вместе с тем не подвержены разрушению в кислотной среде желудка [6].

 

В настоящее время активно обсуждается выбор тех сапрофитных микроорганизмов, на основе продуктов метаболизма которых следует изготавливать метабиотики. Доминирующую позицию здесь занимает мнение о том, что в состав должны входить метаболиты как минимум бифидобактерий, пропионобактерий и лактобацилл. Такой функциональный продукт здорового питания изготавливает, например, компания VILAVI INT LTD. В ее ассортименте имеется разработка под названием «T8 Mobio», которая является одним из первых метабиотиков, выпускаемых в России. Кроме этого, в 2020 году данный продукт появился и на международном рынке, получив декларацию соответствия требованиям Евразийского Экономического Союза. В состав активной формулы «T8 Mobio» входят фильтраты пяти основных штаммов сапрофитных бактерий кишечника:

  • • Bifidobacterium adolescentis;
  • • Lactobacillus acidophilus;
  • • Lactobacillus salivarius;
  • • Lactobacillus helveticus;
  • • Propionibacterium freudenreichii.

 

Очень важным и интересным свойством сапрофитной микрофлоры, а значит и метабиотиков, изготовленных из продуктов ее обмена веществ, является способность угнетать рост условно патогенных и патогенных видов [7]. Можно сказать, что ряд метаболитов симбиотических бактерий человека является своего рода природными антибиотиками, имеющими высокую избирательность воздействий. Такое антибактериальное действие представляет собой значимый компонент защиты внутренней среды пищеварительного тракта от развития самых разнообразных инфекционных патологий. И одним из наиболее хорошо изученных микроорганизмов, которые обладают такой активностью, являются лактобациллы [8].

 

Ранее было показано, что лактобациллы оказывают антагонистическое действие на такие распространенные патогены, как:

  • • Staphylococcus aureus;
  • • Candida albicans;
  • • Pseudomonas aeruginosa;
  • • Salmonella typhimurium;
  • • Shigella sonnei;
  • • Bacillus subtilis [9, 20].

 

Одновременно с этим было продемонстрировано, что высокоактивные штаммы лактобацилл не оказывают взаимного антагонистического воздействия и не подавляют

метаболизм и размножение других сапрофитных микроорганизмов, в том числе бифидобактерий и пропионобактерий [10].

 

Избирательное антибактериальное действие лактобацилл в отношении условно патогенных и патогенных штаммов обусловлено продукцией таких антимикробных субстанций как карбоновые и короткоцепочечные жирные кислоты, а также ряд соединений-бактериоцинов [11].

 

Прежде всего, исследователи обращали внимание на выработку лактобациллами органических кислот. В составе метабиотиков в основном присутствуют две таких кислоты: уксусная, которая относится к короткоцепочечным жирным кислотам (КЦЖК), и молочная, являющаяся карбоновой кислотой. Лактобациллы производят эти кислоты путем ферментации углеводов, в частности крахмальных и некрахмальных полисахаридов [12].

 

Поскольку подавляющее число вышеперечисленных патогенных микроорганизмов являются ацидофобами, при нейтральной кислотности или слабощелочной реакции окружающей среды эти кислоты играют роль своеобразного биоантисептика [13]. Именно таким действием и характеризуются продукты обмена веществ лактобацилл, которые в основном являются обитателями слабощелочной среды толстого кишечника. Метабиотик «T8 Mobio» содержит достаточное количество таких метаболитов (включая также и другие КЦЖК, вырабатываемые бифидо- и пропионобактериями) [14]. Конкретный механизм антибактериального действия уксусной и молочной кислот связывают с их способностью встраиваться в мембрану клетки патогенного микроорганизма-ацидофоба и нарушать ее трансмембранный потенциал, что закономерно приводит к ингибированию транспорта любых других соединений и быстрой гибели бактериальной клетки [15].

 

Одновременно с этим, авторы нередко подчеркивают и еще одну функцию уксусной кислоты. Она способна поступать в системный кровоток, а далее становиться энергетическим субстратом для активно работающих клеток. Кроме того, она является частью цикла трикарбоновых кислот и необходима для биохимической нейтрализации ряда опасных соединений. Это не имеет прямого отношения к антибактериальной защите кишечника, но играет важную роль в обезвреживании тех токсинов, которые успевают синтезировать и выбросить во внутреннюю среду макроорганизма патогенные штаммы [16].

 

Вторая группа метаболитов лактобацилл, которые содержатся в метабиотике «T8 Mobio» и обладают антибиотической активностью – это большое число соединений, объединяемых под общим названием «бактериоцины». В большинстве своем они представляют собой пептиды и гликопротеины [17]. Конкретные механизмы действия бактериоцинов, описанные в современной литературе, предполагают их воздействие на

жизненно важные функции патогенных бактерий: трансляцию, транскрипцию и биосинтез клеточной стенки [18]. Однако, в последнее время все большее количество исследователей склоняются к мнению, что разрушающее действие бактериоцинов во многом обусловлено их способностью директивно формировать трансмембранные каналы посредством взаимодействия с анионными липидными рецепторами цитоплазматических мембран. В частности, такой высокий потенциал порообразования продемонстрирован для лантибиотика низина [19]. Он при помощи катионной аминокислоты лизина электростатически взаимодействует с анионными фосфолипидами мембран. Это ведет к резкому изменению мембранного потенциала и образованию стабилизированных ионных каналов, через которые происходит пассивный отток ионов К+ и Мg2+, аминокислот и АТФ, следствием чего закономерно становится клеточная гибель [21]. По сути, низин вызывает лизис бактериальной клетки вследствие необратимой деструкции ее цитоплазматической мембраны и критического нарушения внутреннего осмотического давления.

 

Помимо соединений с прямым антибактериальным действием в отношении патогенных штаммов, лактобациллы продуцируют еще ряд биоактивных веществ, которые входят в состав метабиотика T8 Mobio:

  • • биокатализаторы ряда метаболических реакций в эпителии кишечника;
  • • стимуляторы, активизирующие местный иммунный ответ через запуск каскадных реакций синтеза лизоцима, интерферонов и цитокинов [22];
  • • вещества с обезболивающим эффектом, снижающие выраженность болезненных ощущений при развитии воспалительных реакций в кишечнике [23];
  • • регенеранты, увеличивающие скорость восстановления слизистой ЖКТ после ее поражений токсинами;
  • • лактазу – экзогенный фермент для расщепления молочного сахара, приток которого необходим при лактазной недостаточности [24];
  • • полисахарид (LEx), обладающий антигипертензивным действием [25];
  • • трехпептиды (Val-Pro-Pro и Ile-Pro-Pro), ингибирующие фермент преобразования ангиотензина (ACE) и также приводящие к снижению артериального давления [26].

 

Анализируя имеющиеся на настоящий момент научные данные, можно сделать вывод о том, что лактобациллы, как представители нормальной микробиоты желудочно-кишечного тракта, характеризуются широкой и разнонаправленной антимикробной активностью, которая играет важную роль в формировании колонизационной резистентности организма. Однако, в силу ряда ограничений их применение в виде живых или лиофилизированных культур в составе пробиотиков обладает очень низкой эффективностью. А потому предпочтительным становится использование нового класса средств для терапии и профилактики дисбиотических нарушений – метабиотиков. Входящий в состав T8 Mobio метафильтрат основных сапрофитных штаммов лактобацилл обладает выраженной способностью подавлять рост и размножение условно патогенных и патогенных микроорганизмов, тем самым обеспечивая поддержание гомеостаза бактериальной среды кишечника и предотвращая развитие его инфекционных поражений.

 

Список использованной научной литературы:

 

  1. Belousova E.F., Nikitina Y.V., Mishurovskaya N.C., Zlatkina A.R. Possibilities of microbial metabolite preparations for intestinal microbiota restoration. Consilium Medicum. 2005; 7: 9–13.
  2. Katan A., Why the European Food Safety Authority was right to reject health claims or probiotics. Benefitial Microbes; 2012. 3 (2): 85 – 89.
  3. Shenderov B.A. Probiotic (symbiotic) bacterial languages. Anaerobe. 2011. Dec;17(6):490-5. Epub 2011 May 23.
  4. Lebeer S., Bron P. A., Marco M. L., Van Pijkeren J-P., O’Conell Motherway M., Hill C., Pot B., Roos S., Klaenhammer T. Identification of probiotic effector molecules: present state and future perspectives. Current Opinion in Biotechnology 2018; 49: 217 – 223.
  5. Шендеров Б. А., Ткаченко Е. И., Лазебник Л. Б., Ардатская М. Д., Синица А. В., Захарченко М. М. Метабиотики — новая технология профилактики и лечения заболеваний, связанных с микроэкологическими нарушениями в организме человека. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2018; 151 (3): 83 – 92.
  6. Михайлова Е.А., Локошко Д.В., Большакова Е.М. Сравнительный анализ эффективности метабиотиков и пробиотиков на основе современных научных данных. В сборнике: Российская наука в современном мире. Сборник статей XXXII международной научно-практической конференции. Москва. 2020. С. 28-34.
  7. Falony G., Joossens M., Viera-Silva S., Wang J., Darzi Y., Faust K., Kurilshikov A., Bonder M. J., Valles-Colomer M., Vandeputte D, Tito R.Y., Chaff ron S., Rymenans L. et al. Population-level analysis of gut microbiome variation. Science, 2016; 352 (6285): 560 – 564.
  8. Douillard F.P., de Vos W.M. Functional genomics of lactic acid bacteria: from food to health. Microbial Cell Factories. 2014; 13: Suppl 1: S8.
  9. Червинец Ю.В. Современные представления о биотехнологическом потенциале симбиотической микробиоты человека. Верхневолжский медицинский журнал. 2018. Т. 17,  вып. 1. С. 19-26.
  10. Миронов А.Ю. Симбиотические взаимоотношения лактобацилл и микроорганизмов желудочно-кишечного тракта. Тверь: Издательство РИЦ ТГМА, 2016. 214 с.
  11. Глушанова Н.А. Взаимоотношения пробиотических и индигенных лактобацилл в условиях совместного культивирования. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 2005. № 2. С. 56–61.
  12. Wong M.W., de Souza R., Kendall W.C., Emam A., Jenkins D.J. Colonic health: fermentation and short chain fatty acids. Journal of Clinical Gastroenterology. 2006, Mar., 40 (3):235-43.
  13. Беляева Е.А., Ганина Е.Б.. Трошин А.В. Антагонизм лактобацилл, стрептококков, и стафилококков полости рта. Стоматология. 2016, Т. 94, № 1, С. 4-6.
  14. Михайлова Е. А., Локошко Д.В., Большакова Е. М. Профилактическая и терапевтическая эффективность короткоцепочечных жирных кислот, входящих в состав метабиотиков. Прорывные научные исследования как двигатель науки. Сборник статей Международной научно-практической конференции. Магнитогорск, 27.02.2021, Стр. 165-171.
  15. Holmes E., Li J.V., Athanasiou T., Ashrafian H., Nicholson J.K. Understanding the role of gut microbiome-host metabolic signal disruption in health and disease. Trends of Micobiology. 2011; 19: 349–59.
  16. Fukuda S , Toh H , Hase K , Oshima K , Nakanishi Y , Yoshimura K , etal. Bifidobacteria can protect from enteropathogenic infection through production of acetate. Nature. 2011; 469: 543–7.
  17. Блинкова Л.П. Бактериоцины: критерии, классификация, методы выявления. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 2003. № 3. С. 109–113.
  18. Zsolt Z., Németh E., Baráth Á. et al. Influence of growth medium on hydrogen peroxide and bacteriocin production of lactobacillus strains. Journal of Food Technology and Biotechnology, 2005, v. 43, № 3, p. 219–225. 
  19. Dalmau M., Elke M., Mulet N. et al. Bacterial membrane injuries induced by lactacin F and nisin. Journal of Microbiology, 2002, v. 5, p. 73–80.
  20. Гюльахмедов С.Г. Антибактериальная активность молочнокислых бактерий, выделенных из молочных продуктов. Вестник Бакинского Университета. Серия естественных наук, 2005, № 1, с. 59-65.
  21. Cadirci B., Sumru Ç. A comparison of two methods used for measuring antagonistic activity of lactic acid bacteria. Pakistan Journal of Nutrition, 2005, v. 4,  № 4, p. 237-241.
  22. Oleskin A. V., Shenderov B. A., Rogovsky V. S. Role of Neurochemicals in the Interaction between the Microbiota and the Immune and the Nervous System of the Host Organism. Probiotics and Antimicrobial Proteins, February, 2017.
  23. D'Argenio G., Mazzacca G. Short-chain fatty acid in the human colon. Relation to inflammatory bowel diseases and colon cancer. Advances in Experimental Medicine and Biology, 1999, 472:149-58.
  24. Ускова М.А. Изучение свойств пробиотических молочнокислых бактерий как биологически активных компонентов пищи: автореф. ... канд. биол. наук. – М., 2010,  с. 28.
  25. Nakamura Y.. Studies on anti-hypertensive peptides in milk fermented with Lactobacillus helveticus. Bioscience and Microflora. 2004; 23: 131–8.
  26. Sawada H , Furushiro M , Hirai K , Motoike M , Watanabe T , Yokokura T . Purification and characterization of an antihypertensive compound from Lactobacillus casei. Agric Biol Chem. 1990; 54: 3211–9.