propionibacterium jensenii что это такое
Отдельные пробиотические свойства Propionibacterium spp.
НЕКОТОРЫЕ ПРОБИОТИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫЕ СВОЙСТВА КЛАССИЧЕСКИХ ПРОПИОНОВОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ PROPIONIBACTERIUM spp.
ИЗОМЕРИЗАЦИЯ ЛИНОЛЕВОЙ КИСЛОТЫ, НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ЛЕКТИНОВ и АПОПТОЗ РАКОВЫХ КЛЕТОК С ПОМОЩЬЮ ПРОПИОНОВОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ
СОДЕРЖАНИЕ
КОНЪЮГИРОВАННАЯ ЛИНОЛЕВАЯ КИСЛОТА и ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
Продолжая тему, стоит кратко описать способность ПКБ к получению конъюгированной линолевой кислоты. Доктор биологических наук Л.И. Воробьева и соавт. ранее показали выраженные антимутагенные свойства классических молочных пропионовокислых бактерий P. freudenreichii по предотвращению мутаций, вызванных самыми различными мутагенными агентами. Положительное действие здесь также достигается и за счет синтеза пропионовыокислыми бактериями P. freudenreichii (P. shermanii) соединений с полезными физиологическими и антиканцерогенными свойствами через изомеризацию линолевой кислоты (трансформирование линолевой кислоты в конъюгированную форму).
Конъюгированная линолевая кислота (КЛК) – ненасыщенная С18 жирная кислота, образуемая в организме животного как незаменимая. Она представляет собой смесь изомеров. Участвует в липидном обмене, имеет существенное значение для свертываемости крови и структуризации цитоплазматической мембраны. Проявляет ряд полезных для здоровья человека действий: антиканцерогенное, антиатерогенное, антидиабетическое, антиоксидантное, модулирует иммунную систему и регулирует жировой статус.
Штаммы P. freudenreichii способны превращать (трансформировать) изомеры линолевой кислоты в конъюгированные формы с высокой эффективностью (50-90%). Это происходит вне клеток, т.е. во внешней среде. Способность обогащать ЖКТ человека изомерами КЛК можно считать пробиотическим свойством.
Коротко о конъюгированной линолевой кислоте
Известные своими антиканцерогенными свойствами, CLA также способны снижать риск сердечно-сосудистых заболеваний, а также оказывать противовоспалительное действие (Zulet MA, Marti A, Parra MD, Martínez JA (September 2005). «Inflammation and conjugated linoleic acid: mechanisms of action and implications for human health». J. Physiol. Biochem. 61 (3): 483–94).
Комментарий к рисунку:
В данном изомере связи-заместители меняют свое место. Одна из них располагается между 6-м и 7-м углеродами, а другая между 8-м и 9-м. Такое близкое местоположение позволяет им влиять друг на друга, а также на единственную свободную связь атомов углерода, стоящую между ними.
Второе отличие двух родственных кислот (линолевой и ее конъюгированной формы) в расположении связей-заместителей относительно плоскости цепочки. В простой линолевой это цис-форма, то есть по одну сторону, а в конъюгированной возможно наличие транс-формы, то есть по разные.
ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ НЕЙТРАЛИЗУЮТ ОПАСНЫЕ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЛЕКТИНЫ
ЧТО ТАКОЕ ЛЕКТИНЫ?
Растительные лектины являются специфическими углеводсвязывающими белками, которые широко распространены в бобовых культурах, семенах, злаках и др. растениях, в т.ч. используемых в качестве кормов для сельскохозяйственных животных. Они обладают высокой устойчивостью к варке и перевариванию, достигая просвета кишечника и/или кровообращения с биологической активностью. Поскольку многие растительные лектины вызывают вредные местные и системные реакции после их связывания с поверхностью слизистой оболочки, эти молекулы обычно считаются антипитательными и/или токсичными веществами.
Лектины – это белки и гликопротеины, обладающие способностью высокоспецифично связыватьостатки углеводов на поверхностиклеток, в частности, вызывая их агглютинацию. Лектины нередко участвуют в клеточном распознавании, например, некоторые патогенные микроорганизмы используют лектины для прикрепления к клеткам поражённого организма. Первоначально лектины были выделены из семян растений, однако они найдены у большинства живых организмов. Лектины могут вызывать агглютина цию эритроцитов, а также обладают избирательной митогенной активностью в отношении различных субпопуляций клеток крови.
Прим.: Агглютинация — склеивание и выпадение в осадок из однородной взвеси бактерий, эритроцитов и др. клеток, несущих антигены, под действием специфических веществ – агглютининов, в роли которых могут выступать в т.ч. лектины.
ПОЧЕМУ ЛЕКТИНЫ ТОКСИЧНЫ?
Лектины присутствуют во всех живых организмах. Но в некоторых их концентрация слишком высока. Прежде всего, в некоторых растениях. По мнению ученых, связано это с тем, что таким образом растения зачищают себя от поедания животными, ибо в высокой концентрации лектины токсичны. Токсичны они и для человека. Больше всего лектинов содержится в сое, фасоли, горохе, цельнозерновых крупах и орехах.
Лектины почти не способны усваиваться организмом, поскольку с ними не могут справиться пищеварительные ферменты.
В кишечнике нерасщепленные лектины залипают на кишечную стенку, нарушая ее работу. Они преодолевают желудок и, оказавшись в кишечнике, способны повредить клетки эпителия (ворсистой оболочки кишечника) и кишечная стенка становится проницаемой (возникает так называемый « синдром дырявой кишки »). В результате лектины начинают переходить из кишечника в кровоток и разрушать красные кровяные тельца, вызывая тем самым анемию (по данным исследований около 5 % лектинов, поступивших в организм с пищей, попадает в кровь). Лектины и непереваренные частицы разносятся по всему организму, вызывая воспаления, боли и диарею.
Организм начинает бороться с таким состоянием, но в нашем организме имеются клетки, похожие на лектины и иммунная система начинает атаковать как клетки лектинов, так и клетки своего же организма – в результате развиваются аутоиммунные заболевания. Поражаются сердце, поджелудочная железы, головной мозг, щитовидная железа и другие органы, что приводит к развитию диабета 1 типа, рассеянного склероза, заболеванию щитовидной железы (зоб Хошимото), целиакии (заболевание аллергического характера, при котором кишечник не может воспринимать и усваивать продукты из зерновых, содержащих глютен) и других тяжелых заболеваний, включая колоректальный рак.
Выделены такие возможные воздействия лектинов на организм:
Пропионовокислые бактерии удаляют in vitro диетические лектины с токсическим действием на клетки толстой кишки
Полученные результаты 2-х исследований свидетельствуют о том, что употребление классических («молочных») пропионовокислых бактерий одновременно с лектинами может снизить частоту лектининдуцированных изменений в кишечнике и быть средством защиты физиологии кишечника и организма в целом.
Было установлено, что в кишечнике действуют специфические клеточные рецепторы и бактерии могут взаимодействовать с лектинами, что приводит к изменениям в физиологии кишечника. Было предложено, что пробиотические микроорганизмы с подходящими поверхностными гликозидными фрагментами могут связываться с диетическими лектинами, способствуя их элиминации из просвета кишечника или ингибировать их взаимодействие с эпителиальными клетками.
Краткое описание результатов исследований
Молочные пропионибактерии удаляют in vitro диетические лектины с токсическим действием на клетки толстой кишки.
Цель: Оценка in vitro способности некоторых пробиотических бактерий связывать конканавалин А (Con A) и якалин (AIL), предотвращая их токсичность на эпителиальных клетках кишечника (IEC).
Выводы: Удаление Con A или AIL молочными пропионибактериями оказалось эффективным средством в целях избежания токсического эффекта против клеток толстой кишки in vitro.
Значимость исследования: Потребление продуктов, содержащих классические («молочные») пропионовокислые бактерии, будет хорошим инструментом для защиты кишечного эпителия.
Молочные пропионибактерии предотвращают пролиферативное действие растительных лектинов на клетки SW480 и защищают метаболическую активность кишечной микробиоты in vitro.
В данной работе ученые оценивали in vitro влияние двух репрезентативных растительных лектинов, конканавалина а и якалина, на пролиферацию (разрастание) клеток аденокарциномы толстой кишки SW480 и метаболическую активность кишечной микробиоты при отсутствии или наличии пропионовокислых бактерий. Оба лектина индуцировали пролиферацию указанных клеток толстой кишки дозозависимым образом, в то время как конканавалин А ингибировал ферментативную активность кишечной микробиоты. Предварительная инкубация пропионибактерий с лектинами предотвращала эти эффекты, благодаря связыванию лектинов бактериальными клетками. Таким образом, пищевые продукты с ПКБ или пищевые биодобавки с ПКБ могут являться эффективными диетическими вмешательствами по противодействию канцерогенным и др. токсическим эффектам растительных лектинов.
Дополнительно о лектинах см. ВКонтакте
АПОПТОЗ РАКОВЫХ КЛЕТОК И ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ P. freudenreichii ssp.
Одно из проявлений их действия – фрагментация ядра, другое инактивация митохондрий. Иными словами, летучие жирные кислоты (пропионаты) имеют многие функции, и в то числе в отношении апоптоза клеток аденокарциномы прямой кишки. Подтверждением этому служат данные, полученные при использовании микробиоты человека, введенной в ЖКТ крысы, обработанной 1,2-диметилгидразином. Потребление P. freudenreichii приводило к значительному усилению апоптоза клеток опухоли прямой кишки без влияния на здоровый орган. Накапливаются многочисленные данные и о том, что пропионовая кислота/пропионаты являются также источниками питания эпителиальных клеток в толстом кишечнике и иммуномодуляторами (Иточник: Рыжкова Е.П. Классические пропионовокислые бактерии как пробиотики / Учебное пособие – М.: изд. Биологический факультет МГУ, 2018 – 44с. ).
Видео о механизме апоптоза клеток →
Допонительная информация о ПКБ и апоптозе раковых клеток
ЛЕЧЕНИЕ РАКА ЖЕЛУДКА И КОЛОРЕКТАЛЬНОЙ КАРЦИНОМЫ С ПОМОЩЬЮ МОЛОЧНЫХ ПРОПИОНОВОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ
В исследовании INSERM для индуцирования апоптоза раковых клеток желудка человека HGT-1 использовали кисломолочный продукт, ферментированный исключительно молочными ПКБ Никаких других культур не применялось, чтобы избежать вмешательства в работу ПКБ и изменений в характеристике продукта по составу метаболитов (такая технология применима с бакконцентратами ООО «Пропионикс», но во Франции видимо готовили саму молочную среду, т.к. ПКБ имеют слабую энергию кислотообразования).
В другой работе, проведенной в Институте Гюстава Русси использовались концентраты чистых культур молочных ПКБ, их супернатанты, а также смеси их SCFAs (пропионата и ацетата). Исследование показало, что штаммы P. freudenreichii ssp. убивали линии раковых клеток человека, таких как клетки HeLa, HT29 и Caco2.
Пропионовокислые бактерии индуцируют апоптоз клеток колоректального рака с помощью короткоцепочечных жирных кислот, действующих на митохондрии:
Молоко, ферментированное P. freudenreichii способствовало апоптозу клеток опухоли желудка человека (HGT-1):
Перевод статей доступен по ссылке:
Дополнительная информация о метаболитных свойствах ПКБ
ПРОПИОНИБАКТЕРИИ СИНТЕЗИРУЮТ ПОЛИФОСФАТЫ
Синтез полифосфатов пропионовыми бактериями
Полифосфаты и репарация ДНК
Резюме: Эукариотические клетки требуют дополнительного количества дезоксинуклеозидтрифосфатов (dNTPs) для восстановления ДНК после повреждения. При этом для приращение dNTPs требуется неорганический фосфат, источником которого, в свою очередь, выступает полифосфат.
Полифосфат является ключевым фактором для выживания клеток после повреждения ДНК в эукариотических клетках
См. также:
Будьте здоровы!
ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ
Propionibacterium (пропионовокислые бактерии или пропионибактерии)
Пропионовокислые бактерии или пропионибактерии (лат. Propionibacterium) — род грамположительных факультативных анаэробных неподвижных бактерий, синтезирующих в процессе метаболизма пропионовую кислоту. Propionibacterium обычно имеют вид острых палочек размером 0,5-0,8 на 1,0-1,5 мкм. Реже, в зависимости от условий и цикла развития — кокковидной, изогнутой или булавовидной. Propionibacterium размножаются делением на две клетки и не образуют спор.
Пропионовокислые бактерии являются возбудителями пропионовокислого брожения, при котором углеводы ферментируются с образованием главных продуктов брожения — пропионовой кислоты и её солей — пропионатов. Пропионовокислое брожение аналогично молочнокислому брожению, когда молочнокислые бактерии (лактобактерии, стрептококки и другие представители порядка Lactobacillales) превращают (сбраживают) лактозу, глюкозу и другие углеводы в молочную кислоту. Кроме пропионовой кислоты, пропионовокислые бактерии продуцируют уксусную кислоту, углекислый газ и др.
Propionibacterium не обитают в почве и водоёмах, они встречаются в желудочно-кишечном тракте жвачных животных, часто обнаруживаются в молочных продуктах. Процесс сбраживания молока пропионибактериями довольно медленный — 5–7 дней.
Большинство пропионибактерий не может развиваются при значениях кислотности среды менее 5,0–4,5 рН. Propionibacterium переносят лишь низкое парциональное давление кислорода. Оптимальная температура их развития 30–35°С, при температуре 60–70°С они погибают. Propionibacterium кроме сахаров и молочной кислоты, способны сбраживать пировиноградную кислоту, глицерин и другие вещества. Они разлагают аминокислоты, при этом выделяются жирные кислоты.
Ряд видов Propionibacterium способны продуцировать витамин B12. Это качество пропионибактерий используются при производстве витаминов.
Пропионовокислые бактерии в пробиотиках и пищевой промышленности
Всемирная гастроэнтерологическая организация отмечает, что имеются доказательства, что пробиотик на основе четырёх штаммов: Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii, Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus rhamnosus LC705 и Bifidobacterium breve Bb99 уменьшает некоторые симптомы при синдроме раздраженного кишечника (WGO. Пробиотики и пребиотики).
Штамм КМ-186 Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii входят в состав отечественных БАДов «Йодпропионикс» и «Селенпропионикс».
Штаммы пропионовокислых бактерий вида Propionibacterium freudenreichii широко применяют в пищевой промышленности для ферментации молочных продуктов. Сыр Эмменталь и другие сорта швейцарских сыров ферментируются из молока в две стадии: на первой — лактоза и другие углеводы молока сбраживаются с помощью молочнокислых бактерий в молочную кислоту, на второй — молочнокислая кислота с помощью пропионовокислых бактерий превращаются в пропионовую кислоту и углекислый газ (формирующий «дырки» в швейцарском сыре).
Кроме того, в производстве сыров используют виды Propionibacterium acidipropionici*, Propionibacterium jensenii*, Propionibacterium thoenii*.
Пропионовокислые бактерии в организме человека
Некоторые виды Propionibacterium обитают на коже человека и других животных, в основном в и вокруг потовых желез, сальных желез и на других участках кожи, являясь одними из наиболее часто встречающихся микроорганизмов на коже человека. Пропионибактерии являются преобладающим родом бактерий на так называемых «масляных» участках кожи (в отличие от «сухих» и «влажных»): складках у крыла носа, внешнем слуховом канале, рукоятке грудины, позади ушной складке, а также на спине.
Могут ли пропионовокислые бактерии вызывать болезни человека?
У большинства людей пропионовокислые бактерии обычно не вызывают никаких проблем со здоровьем. Заболевания человека вызывают лишь некоторые из видов пропионовокислых бактерий, живущих на коже человека.
Вид Propionibacterium acnes* является одним наиболее часто встречающимся возбудителем инфекционной формы акне (в быту называемой угри) — заболевания сальных желёз. Кроме того, Propionibacterium acnes может вызывать блефарит (воспаления век), эндофтальмит (гнойное воспаление внутренних оболочек глазного яблока), и другие заболевания глаза, в частности, являющиеся осложнениями после офтальмологических операций.
Propionibacterium propionicum* может вызывать актиномикоз (редко).
Пропионибактерии, применяемые в пищевой промышленности и пробиотиках и обитающие в кишечнике человека, в отличие от некоторых из живущих на коже видов, не вызывают заболеваний.
Антибиотики, активные в отношении пропионовокислых бактерий
Пропионовокислые бактерии в систематике видов
По современной классификации род Propionibacterium входит в семейство Propionibacteriaceae, порядок Propionibacteriales, класс Actinobacteria, тип Actinobacteria, Terrabacteria group, царство Бактерии.
В род пропионовокислых бактерий входят виды: Propionibacterium acidifaciens, Propionibacterium australiense, Propionibacterium cyclohexanicum, Propionibacterium freudenreichii.
Бактерии из рода Arachnia также относились к анаэробным микроорганизмам, они продуцировали в качестве основной пропионовую кислоту, а дополнительной — уксусную (Ардатская М. Д., Минушкин О. Н.).
Молочные пропионовокислые бактерии
МОЛОЧНЫЕ ПРОПИОНИБАКТЕРИИ: УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ПРОБИОТИКИ
ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ О МОЛОЧНЫХ ПРОПИОНОВОКИСЛЫХ БАКТЕРИЯХ
Резюме. Молочные пропионибактерии используются в пищевой промышленности в качестве стартеров (заквасок) для созревания сыра, биоконсервантов и полезных добавок. Основной вид, Propionibacterium freudenreichii, известен как GRAS (общепризнанный Безопасным, США, FDA). В дополнение к другому молочному виду, Propionibacterium acidipropionici, они включены в список QPS ( квалифицированная презумпция безопасности ). В дополнение к их хорошо известному технологическому применению молочные пропионибактерии все больше привлекают внимание своими многообещающими пробиотическими свойствами. Целью настоящего обзора является обобщение пробиотических характеристик молочных пропионибактерий, представленных в обновленной литературе (на 2017 г.). Действительно, они отвечают критериям отбора пробиотических бактерий, таким как способность переносить стрессовые условия пищеварения и прилипать к эпителиальным клеткам кишечника. Это является необходимым условием для персистенции бактерий в кишечнике. Отмеченные положительные эффекты ранжируются по типу свойств: модуляция микробиоты, иммуномодуляция и модуляция рака. Обсуждаются предложенные молекулярные механизмы. Молочные пропионибактерии описываются как продуценты нутрицевтиков и полезных метаболитов, которые отвечают за их универсальные пробиотические свойства, включая короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs), конъюгированные жирные кислоты, поверхностные белки и 1,4-дигидрокси-2-нафтойновую кислоту (DHNA). Эти метаболиты обладают полезными свойствами, и их продуцирование зависит от штамма и питательной среды. Таким образом, выбор ферментированной пищевой матрицы может определять пробиотические свойства потребляемого продукта. Этот обзор подходит к молочным пропионовокислым бактериям, проявляя интерес как к технологическим способностям, так и к пробиотическим свойствам.
1. Вступление
Род Propionibacterium включает в себя как кожные виды (в том числе хорошо известный P. acnes), которые могут действовать как условно-патогенные микроорганизмы, так и молочные виды, у которых нет зарегистрированных побочных эффектов. На рисунке 1 показаны различные виды, а также их филогенетическое перераспределение, как описано McDowell et al. (2013) [2]. Молочные виды Propionibacterium freudenreichii и Propionibacterium acidipropionici явно отличаются от кожных видов. P. freudenreichii имеет статус GRAS (общепризнанный как безопасный) в соответствии с длительной и документированной историей безопасного использования в пищевых продуктах [3]. P. freudenreichii широко культивируется и потребляется людьми в кисломолочных продуктах, таких как сыр швейцарского типа, и в пищевых пробиотических добавках. P. freudenreichii и P. acidipropionici также были включены в список QPS (квалифицированная презумпция безопасности) европейским органом по безопасности пищевых продуктов ( EFSA ) [3]. В более общем плане молочные пропионибактерии привлекли внимание как мощные пробиотики. Пробиотик определяется как «живой микроорганизм, который при введении в достаточном количестве приносит пользу здоровью хозяина» [4]. Последние данные также предполагают способность некоторых метаболитов молочных пропионибактерий использоваться в качестве пребиотиков [5,6], таких как 1,4-дигидрокси-2-нафтойновая кислота (DHNA): селективно ферментированный ингредиент, который способствует специфическим изменениям, как в составе, так и/или активности в желудочно-кишечной микрофлоре, которые дают преимущества [7,8,9,10,11,12,13].
Секвенирование генома P. freudenreichii и P. acidipropionici выявило генетическую основу их большой способности адаптироваться к различным средам [14,15]. Кроме того, они проявляют специфический ферментативный метаболизм, который основан на пропионовой ферментации и может использовать различные источники углерода и энергии, высвобождая во внеклеточной среде различные полезные метаболиты. В последнее время накопление многообещающих данных, как in vitro, так и in vivo, свидетельствует о большом потенциале пробиотических бактерий в пищевых продуктах, способных благотворно модулировать кишечную микробиоту, обмен веществ, физиологию и иммунитет через ценные метаболиты [5]. Таким образом, этот обзор будет сосредоточен на их полезных эффектах, их молекулярном механизме действия и их применениях.
2. Кишечная персистенция молочных Пропионибактерий
2.1. Пищеварительная стрессоустойчивость
Желудочно-кишечный тракт представляет собой сложную экосистему, где физико-химическая среда неблагоприятна для экзогенных микроорганизмов. Пробиотический микроорганизм должен быть способен сохраняться в кишечнике хозяина, доставлять и производить полезные метаболиты. Таким образом, толерантность к пищеварительным стрессам является одним из основных факторов, ограничивающих использование микроорганизмов в качестве живого пробиотического агента [16,17]. Желудочная кислота и желчные соли являются защитными механизмами, встречающимися во время кишечного транзита, тогда как секреция поджелудочной железы может также оказывать некоторую антимикробную активность через пищеварительные ферменты. Молочные пропионибактерии являются особенно выносливыми и крепкими по сравнению с другими пробиотиками, что соответствует их экологии. Они демонстрируют высокую толерантность in vitro к стимулированным состояниям верхних отделов желудочно-кишечного тракта человека, в зависимости от вида и типа штамма. Среда для роста или доставки также может обеспечивать защиту [18,19,20,21,22,23,24]. Реакция толерантности приводит к различным модификациям, таким как морфологические изменения или экспрессия белков. При воздействии кислых и желчных солей P. freudenreichii экспрессирует общие стрессовые белки и индуцирует регуляторные гены, участвующие в клеточном ответе на возмущение мембран, окислительный стресс и повреждение ДНК [25,26,27,28]. P. acidipropionici показал такую же высокую толерантную реакцию на кислотный стресс [29,30]. Конкуренция микробиоты за питательные вещества также является ограничивающим фактором для устойчивости молочных пропионибактерий в кишечнике. Однако молочные пропионибактерии способны метаболизировать различные источники углерода и азота с образованием резервных соединений, таких как полифосфат, гликоген и трегалоза, которые также играют роль осмопротекторов [22,31]. Эти результаты были подтверждены исследованиями in vivo; Было показано, что P. freudenreichii, помимо выживания, поддерживает метаболическую активность в пищеварительном тракте человека и животных [9,32,33,34,35]. Действительно, P. freudenreichii ориентирует экспрессию своего генома на использование доступных через кишечник субстратов, таких как пропандиол, глюконат и лактат, для поддержания своего метаболизма, что позволяет избежать голодания во время пищеварительного транзита [35]. Их концентрация достигла достаточного количества бактерий в кишечнике для пробиотических применений.
2.2. Адгезия к кишечному эпителию
Рисунок 2. Электронно-микроскопический анализ Propionibacterium freudenreichii. Пропионибактерии культивировали отдельно (А, В) или в контакте с культивируемой клеточной линией кишечника человека Caco2 (С). Наблюдение проводилось с помощью просвечивающей (A) [46] или сканирующей (B) [26] и (C) электронной микроскопии.
3. Модуляция микробиоты молочными пропионибактериями
4. Иммуномодуляция молочными пропионибактериями
Воспалительные заболевания, такие как воспалительные заболевания кишечника (ВЗК), аллергия, астма или ревматоидный артрит, являются проблемой общественного здравоохранения и затрагивают главным образом развитые страны. Эти заболевания сложны, и их точная этиология остается плохо изученной. По-видимому, здесь участвуют факторы риска, связанные с иммунной системой, окружающей средой, генотипом и особенно кишечной микробиотой. Все чаще появляются указания на потенциал потребления пробиотиков в качестве дополнения к лечению, чтобы ограничить возникновение некоторых воспалительных заболеваний [63]. В настоящем разделе основное внимание уделяется иммуномодуляции молочными пропионибактериями в контексте ВЗК. Однако клинические исследования показали благотворное влияние молочных пропионибактерий в сочетании с другими пробиотическими бактериями на позитивную модуляцию иммунной системы.
ВЗК включает две основные патологии: язвенный колит (ЯК) и болезнь Крона (БК). Считается, что они являются результатом нарушения иммунного ответа кишечника по отношению к определенным компонентам кишечной флоры, возникающего у генетически предрасположенных людей. Существуют аргументы, указывающие на то, что потребление отдельных штаммов пробиотических микроорганизмов может играть благоприятную роль в лечении ЯК [64,65]. Данные in vitro и in vivo свидетельствуют о способности молочных пропионибактерий, в частности P. freudenreichii, модулировать иммунную систему кишечника и облегчать воспаление в контексте ВЗК. У обычных мышей колит, вызванный тринитробензолсульфоновой кислотой ( TNBS ), предотвращался потреблением P. freudenreichii в зависимости от штамма. Штаммы, индуцирующие высокий уровень регуляторного цитокина интерлейкина-10 (IL-10) в мононуклеарных клетках периферической крови человека ( РВМСs ), были наиболее эффективными при ослаблении TNBS-индуцированного колита [66,67]. Иммуномодуляция, оказываемая отобранными штаммами P. freudenreichii, была дополнительно подтверждена у свиней со снижением плазменного гаптоглобулина и провоспалительных цитокинов в виде IL-8 и фактора некроза опухоли-α (TNF-α) в слизистой оболочке кишечника после стимуляции липополисахаридами (LPS) ex vivo [8]. Недавно пробиотическая смесь, содержащая как Lactobacillus rhamnosus, так и P. freudenreichii, была испытана на гуманизированных мышах, потребляющих пищу с высоким содержанием жиров. Она имела тенденцию подавлять как кишечные, так и системные провоспалительные изменения, вызванные диетой [68]. При тестировании у пациентов с синдромом раздраженного кишечника (СРК) она облегчал симптомы СРК и стабилизировала микробиоту кишечника [69]. В пилотном исследовании у пациентов с активным язвенным колитом, получавших BGS, наблюдалось улучшение показателя индекса клинической активности [49,70]. Молочные пропионибактерии оказывают противовоспалительное действие через различные компоненты, которые, по-видимому, запускают разные молекулярные механизмы.
4.1. Белки поверхностного слоя
4.2. Короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA)
4.3. Конъюгированные жирные кислоты
4.4. DHNA
5. Противоопухолевое Действие
По данным ВОЗ, раковые заболевания являются одной из ведущих причин заболеваемости и смертности во всем мире, при этом в 2012 году около 8,2 миллиона случаев смерти были вызваны раком. Колоректальный рак, четвертая наиболее распространенная причина смерти от рака, считается вестернизированным заболеванием с высокими показателями заболеваемости (в Северной Америке, Австралии, Новой Зеландии и Европе (>40 случаев на 100 000). С одной стороны, значительные ассоциации между нездоровыми диетическими факторами и риском развития колоректального рака были продемонстрированы в нескольких исследованиях [97, 98]. С другой стороны, кишечная микробиота, по-видимому, управляет воспалением кишечника и развитием колоректального рака, особенно через его метаболиты. Управление модуляцией микробиоты кишечника путем потребления пробиотиков и пребиотиков может модифицировать метаболизм микробиоты кишечника для достижения цели профилактики колоректального рака, особенно в западных обществах [97, 98].
5.1. Короткоцепочечные жирные кислоты
5.2. Конъюгированные жирные кислоты
Что касается исследований на людях, то более низкие уровни CLA в сыворотке крови у финских женщин в постменопаузе были связаны с высокой частотой возникновения рака, а потребление молока было обратно связано с риском развития рака молочной железы. Кроме того, различные клинические испытания показали благотворное влияние конъюгированных жирных кислот на профилактику или лечение рака. Таким образом, биогидрирование полиненасыщенных жирных кислот пробиотическими бактериями, такими как молочные пропионибактерии, открывает возможность разработки кисломолочных или растительных ферментированных продуктов питания из ингредиентов, богатых полиненасыщенными жирными кислотами, предназначенных ДЛЯ онкологических групп высокого риска.
5.3. Биоремедиация против канцерогенных компонентов
6. Влияние векторизации на свойства пробиотика
Пробиотики обычно потребляются в форме высушенных микроорганизмов, в капсулах или таблетках. Разработка функциональных пищевых продуктов, сбраживаемых молочными пропионибактериями, является перспективной областью исследований. Польза для здоровья молочных пропионибактерий зависит от штамма, но средство доставки также играет решающую роль, которая остается мало изученной. Действительно, матрица влияет на количество метаболитов и / или способность бактерий сохраняться в кишечнике. Как показали Cousin et al (2012), противовоспалительный эффект P. freudenreichii усиливался при росте в среде ультрафильтрата молока [9], что можно объяснить повышенной экспрессией Slp по сравнению с классической средой роста. Биогидрирование полиненасыщенных кислот молочными пропионибактериями может повысить содержание CFAs в ферментированных молочных продуктах, но может быть ограничено низкой доступностью полиненасыщенных кислот в матрице. Природные источники конъюгированных жирных кислот очень ограничены и относительно низки; добавление химически синтезированных CFAs не может восполнить дефицит некоторых изомеров в пищевых продуктах. Растительные матрицы, такие как соя, богатая CL и CLN, могут быть использованы для разработки новых продуктов, обогащенных конъюгированными жирными кислотами, путем молочной ферментации пропионибактерий. Точно так же производство SCFAs пропорционально связано с количеством ферментируемых субстратов в среде. Молочные продукты естественно богаты лактозой, и молочные пропионибактерии могут использовать как лактат, так и лактозу. Средство доставки также влияет на толерантность молочных пропионибактерий к пищеварительным стрессам и адгезию к клеткам в зависимости от их биохимического состава, физической микроструктуры и существующей микробной экосистемы [23,24], которые непосредственно влияют на жизнеспособное количество бактерий, достигающее кишечника. Рост молочных пропионибактерий на стрессовых средах, таких как ферментированные молочные продукты, обеспечивает высокую толерантность к кислотным и желчно-солевым стрессам in vitro и in vivo [20]. Кроме того, молочные продукты с высоким осмотическим давлением усиливают накопление трегалозы, гликогена и полифосфата, что может улучшить переносимость дефицита питательных веществ в кишечнике [22]. Некоторые клинические испытания подтвердили матричный эффект; пробиотическая смесь, включающая P. freudenreichii, также была испытана на людях в обычных капсулах, в йогурте или в сыре. Наибольшее фекальное количество P. freudenreichii было получено из йогурта [112]. Соответственно, во французском исследовании на людях было показано, что йогурт способствует не только выживанию, но и кишечной метаболической активности P. freudenreichii [34].
7. Технологические применения молочных Пропионибактерий
7.1. Производство Швейцарских Сыров
7.2. Производство питательных молекул
Молочные пропионибактерии производят несколько питательных молекул, необходимых для здоровья человека, таких как витамины группы В (включая кобаламин и фолиевую кислоту ). Действительно, P. freudenreichii является единственным производителем B12, известная как бактерия GRAS [114]. Витамин B12 (или кобаламин) синтезируется в качестве кофактора для ферментации пропионовой кислоты. Витамин B12 является важным витамином, необходимым для поддержания здоровья нервных клеток, для производства генетического материала и энергии клетки, а также для других важных функций. Витамин В12 уже давно промышленно производится химическим синтезом, который требует более 70 ступеней химического процесса [116]. Этот способ производства слишком сложен и дорог, по сравнению с биосинтезом молочных пропионибактерий [116,117]. Путь синтеза витамина B12 в P. freudenreichii был полностью охарактеризован, и были предприняты важные усилия для улучшения биосинтеза витамина B12 путем реализации случайного мутагенеза и оптимизации условий ферментации [116,117]. DHNA, описанная выше как предшественник витамина К, также имеет потенциальное применение в качестве пребиотика для усиления популяции кишечных бифидобактерий. Промышленного производства DHNA не существует, тем не менее, в некоторых исследованиях изучалось, как улучшить производство DHNA путем манипулирования условиями ферментации [56,114].
7.3. Производство антимикробных молекул
Штаммы Propionibacterium spp широко используются в качестве пищевых биоконсервантов из-за их антимикробной активности. Было показано, что они подавляют рост плесени и нежелательных микроорганизмов во многих пищевых продуктах, что продлевает срок их хранения [1,6,16,116,117]. Пропионовая кислота является основной антимикробной молекулой, вырабатываемой молочными пропионибактериями. Микробное производство пропионовой кислоты ограничено параметрами, включая низкую производительность и низкую эффективность преобразования. Однако было показано, что некоторые виды (например, P. acidipropionici) продуцируют большое количество пропионовой кислоты путем ферментации глицерина без образования уксусной кислоты [117]. Другие органические кислоты также рассматриваются как антимикробные молекулы, в том числе уксусная, янтарная и молочная кислоты [116]. Для P. jensenii было показано, что 2-пирролидон-5-карбоновая кислота, 3-фенилмолочная кислота, гидроксифенил-молочная кислота и 3-фенил-молочная кислота обладают антимикробной активностью [117]. Кроме того, были описаны и охарактеризованы различные бактериоцины, продуцируемые как молочными, так и кожными пропионибактериями. Бактериоцины являются антимикробными пептидами или белками и активны против других пропионибактерий, молочнокислых бактерий, других грамположительных бактерий, грамотрицательных бактерий, дрожжей и плесени. На дату публикации данной статьи не существует бактериоцина из молочных пропионибактерий, признанного FDA GRAS; Необходимы дополнительные исследования для оценки их потенциального применения в качестве пищевых биоконсервантов или пробиотиков, продуцирующих бактериоцины, для ингибирования кишечных патогенов.
8. Вывод
Рассмотренные здесь исследования позволили разработать различные инструменты для скрининга и выяснения полезных свойств штаммов молочных пропионибактерий. Становятся доступными не только фенотипические признаки, но и молекулярные основы пробиотических эффектов. Молочные пропионибактерии используются для различных целей и употребляются в пищу в различных пищевых продуктах. Штаммы, используемые в пищевой промышленности, подвергаются скринингу на основе технологических свойств, но не на основе свойств здоровья. С другой стороны, технологические возможности пробиотических бактерий для получения ферментированного пищевого продукта изучаются крайне редко. Скрининг широких коллекций пропионибактерий на технологические и пробиотические свойства должен привести к разработке новых функциональных продуктов питания. Действительно, конкретные группы населения с проблемами здоровья, связанными с образом жизни в развитых странах (непереносимость, аллергия, воспаление, Рак), будут нуждаться в особых диетах. В этом контексте пропионибактерии могут играть ключевую роль через модуляцию ключевых параметров, таких как воспаление.
Дополнительная информация:
Литература
Будьте здоровы!
ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ