Почему одни лактобактерии стали пробиотиками, а другие – нет
Почему именно эти лактобактерии прижились в качестве пробиотиков?
Наиболее многочисленные представители кишечной микробиоты — вовсе не Lactobacillus acidophilus, Lacticaseibacillus casei или Lacticaseibacillus rhamnosus. В толстой кишке преобладают бактероиды, фекалибактерии, представители родов Blautia, Roseburia, Agathobacter и другие строгие анаэробы.
Почему же основой большинства пробиотиков стали именно определённые виды лактобактерий?
На первый взгляд логичнее было бы использовать наиболее распространённых естественных обитателей кишечника. Однако пробиотическую культуру выбирают не по её абсолютной численности в микробиоте.
Значение имеет сочетание других свойств: происхождение из организма здорового человека, безопасность, устойчивость к условиям желудочно-кишечного тракта, метаболическая активность и возможность стабильного промышленного культивирования.
Штаммы L. acidophilus, L. casei и L. rhamnosus, используемые в производстве Нормофлоринов, были выделены из кала здоровых детей. Это означает, что на момент выделения бактерии присутствовали в кишечнике в жизнеспособном состоянии и выдерживали условия желудочно-кишечного тракта.
При этом низкая средняя распространённость определённого вида среди взрослых не означает, что он не является естественным представителем микробиоты конкретного человека. У детей лактобактерии обычно обнаруживаются чаще, чем у взрослых, а состав микробиоты значительно различается даже у людей одного возраста и региона проживания.
Что известно о лактобактериях на слизистой кишечника
Исследований слизистой кишечника значительно меньше, чем исследований кала. Получение биопсии требует инвазивного вмешательства, подготовка кишечника способна изменить состав микробиоты, а большинство исследований включает относительно небольшое количество участников. Кроме того, бактерии часто определяют только до уровня рода, а не вида.
Тем не менее исследования подтверждают, что лактобактерии могут составлять заметную часть пристеночной микробиоты тонкой кишки, даже если в кале они обнаруживаются в небольшом количестве.
| Участок желудочно-кишечного тракта | Средняя доля Lactobacillus в одном из исследований слизистой |
|---|---|
| Двенадцатиперстная кишка | Около 3,4% |
| Подвздошная кишка | Около 3,1% |
| Сигмовидная кишка | Ниже, не входит в число ведущих родов |
| Кал | Существенно ниже, чем на слизистой тонкой кишки |
Эти показатели не являются универсальной нормой, но демонстрируют важную закономерность: анализ кала не всегда отражает содержание лактобактерий в пристеночной микробиоте тонкой кишки.
Из разных отделов желудочно-кишечного тракта и со слизистой человека выделяли:
- L. rhamnosus;
- L. casei/paracasei;
- L. acidophilus;
- L. salivarius;
- L. ruminis;
- L. mucosae;
- L. reuteri;
- L. gasseri;
- L. fermentum;
- реже — L. plantarum.
Следовательно, L. acidophilus, L. casei и L. rhamnosus нельзя считать исключительно пищевыми или транзиторными микроорганизмами. Они способны присутствовать в кишечнике человека и взаимодействовать со слизистой.
В одном из исследований образцов шести отделов кишечника доноров органов L. rhamnosus был выделен как из просвета, так и со слизистой разных участков кишечника.
При этом даже штаммы одного вида различались по генам образования экзополисахаридов, утилизации углеводов, формирования пилей и синтеза витамина K.
Это подтверждает одновременно два положения: вид определяет основные биологические свойства бактерии, но их конкретная реализация зависит от штамма.
Почему не используют только самые многочисленные бактерии кишечника
Численность естественного обитателя кишечника и его пригодность в качестве пробиотика — разные характеристики.
К наиболее многочисленным бактериям толстой кишки относятся:
- Bacteroides;
- Faecalibacterium;
- Blautia;
- Roseburia;
- Agathobacter;
- Prevotella;
- различные представители семейств Lachnospiraceae и Ruminococcaceae.
Многие из них являются строгими анаэробами и чрезвычайно чувствительны к кислороду. Они плохо переносят производственный процесс, фасовку и хранение, требуют сложных питательных сред и могут погибать ещё до попадания в организм.
Для ряда таких бактерий также отсутствуют:
- продолжительная история безопасного применения;
- стандартизированные технологии производства;
- достаточное количество клинических исследований;
- утверждённые критерии оценки активности;
- данные о стабильности свойств от серии к серии.
Именно поэтому так называемые пробиотики нового поколения на основе Faecalibacterium prausnitzii, Akkermansia muciniphila и других естественных резидентов кишечника начали разрабатываться значительно позже. Для них требуются специальные анаэробные технологии, а в некоторых случаях вместо живых микроорганизмов исследуются пастеризованные клетки или отдельные компоненты бактерий.
Естественное преобладание вида в кишечнике само по себе не доказывает, что его дополнительное введение принесёт пользу.
Доминирующая бактерия может выполнять важную функцию в сформировавшейся экосистеме, но это ещё не делает её готовым пробиотиком.
Почему широко используют именно acidophilus, casei/paracasei и rhamnosus
У этих видов удачно сочетаются биологические и технологические свойства.
| Критерий | Значение для пробиотика |
|---|---|
| Происхождение из организма здорового человека | Подтверждает естественную совместимость с человеческим биотопом |
| Устойчивость к кислой среде | Повышает вероятность прохождения через желудок |
| Устойчивость к желчи | Позволяет сохранять жизнеспособность и активность в тонкой кишке |
| Аэротолерантность | Существенно облегчает производство, фасовку и хранение |
| Возможность получения высокого титра | Позволяет обеспечить необходимое количество жизнеспособных бактерий |
| Метаболическая активность | Обеспечивает образование органических кислот, пептидов, экзополисахаридов и других соединений |
| Антагонизм к нежелательным микроорганизмам | Является одним из основных критериев отбора пробиотических штаммов |
| Взаимодействие со слизью и эпителием | Может обеспечивать временную задержку бактерий в кишечнике и локальное действие |
| История безопасного применения | Имеет значение для регистрации и проведения клинических исследований |
| Стабильность свойств | Позволяет стандартизировать продукт от серии к серии |
Эти виды стали основой многих пробиотиков не потому, что являются самыми многочисленными бактериями кишечника. Они представляют оптимальное сочетание нескольких характеристик: способны существовать в организме человека, сохраняют активность в условиях желудочно-кишечного тракта, образуют биологически значимые метаболиты и одновременно подходят для промышленного культивирования.
Должен ли пробиотический штамм постоянно колонизировать кишечник
Ранее эффективность пробиотика часто связывали с его способностью прочно закрепиться в кишечнике. Сейчас известно, что постоянная колонизация для пробиотического действия необязательна.
Большинство пробиотических штаммов присутствует в желудочно-кишечном тракте временно. В период прохождения через кишечник они могут:
- взаимодействовать со слизистым слоем;
- образовывать метаболиты;
- изменять локальный pH;
- конкурировать с другими микроорганизмами за питательные субстраты;
- препятствовать адгезии отдельных патогенов;
- воздействовать на эпителиальные и иммунные рецепторы;
- влиять на активность других представителей микробиоты.
После прекращения приёма количество введённого штамма обычно снижается. Однако это не означает, что в период присутствия он не оказывал биологического действия.
Для жидких пробиотиков, содержащих не только живые бактерии, но и продукты их метаболизма, постоянная колонизация тем более не является единственным предполагаемым механизмом действия.
Часть биологически активных соединений уже присутствует в продукте.
Почему редко используют Lactobacillus ruminis
L. ruminis действительно считается одним из видов, более тесно связанных с кишечником человека. Он чаще обнаруживается в естественной кишечной микробиоте, чем некоторые популярные пробиотические лактобактерии.
Однако его преимущество пока преимущественно экологическое, а не клиническое. Распространённость в кишечнике не означает автоматически более выраженного пробиотического эффекта.
Ограниченное использование L. ruminis связано с несколькими причинами:
- небольшим количеством охарактеризованных производственных штаммов;
- недостатком клинических исследований;
- неодинаковыми свойствами отдельных изолятов;
- более сложной технологической стандартизацией;
- отсутствием продолжительной коммерческой и регуляторной истории;
- отсутствием доказательств того, что дополнительное введение естественного резидента даёт лучший клинический результат.
Таким образом, L. ruminis не был отвергнут как неподходящий вид. Он просто не прошёл тот длительный путь технологической разработки и клинического изучения, который прошли L. rhamnosus GG, L. acidophilus NCFM, L. casei Shirota и другие известные культуры.
Почему основные вагинальные лактобактерии не стали основой кишечных пробиотиков
Во влагалище женщин репродуктивного возраста чаще всего преобладают:
- Lactobacillus crispatus;
- Lactobacillus iners;
- Lactobacillus jensenii;
- Lactobacillus gasseri.
Российское исследование 840 образцов показало, что L. iners обнаруживался у 51,2% женщин, L. crispatus — у 43%, L. jensenii — у 18,3%, L. gasseri — у 7,9%. Эти четыре вида формировали основную вагинальную лактофлору у 97% участниц.
Однако доминирование в одном биотопе не означает универсальной пригодности для другого.
L. crispatus, L. jensenii и L. gasseri исследуются и применяются преимущественно в средствах, предназначенных для поддержания вагинальной микробиоты.
L. iners имеет небольшой геном, предъявляет сложные требования к питательной среде и неоднозначно связан со здоровьем: он может присутствовать как при нормальном состоянии, так и при нестабильной микробиоте и бактериальном вагинозе.
Поэтому естественное доминирование этих видов во влагалище не делает их оптимальными культурами для перорального кишечного пробиотика.
Что означает выделение штамма из организма здорового ребёнка
Выделение L. acidophilus, L. casei и L. rhamnosus из кала здорового ребёнка — классическая и научно обоснованная основа для формирования пробиотической коллекции.
Она подтверждает, что конкретные культуры:
- естественным образом присутствовали в организме человека;
- сохраняли жизнеспособность в желудочно-кишечном тракте;
- могли быть выделены и культивированы;
- потенциально относились к просветной или пристеночной микробиоте;
- после выделения могли быть исследованы на безопасность, антагонистическую и метаболическую активность.
На основании одного образца кала невозможно утверждать, что бактерия постоянно колонизировала слизистую. Для этого потребовались бы биопсия или продолжительное штаммоспецифическое наблюдение, что практически невозможно провести у здорового ребёнка без медицинских показаний.
Однако для первоначального отбора пробиотического штамма важен не факт пожизненной колонизации, а сочетание человеческого происхождения, безопасности, жизнеспособности и функциональных свойств.
В качестве пробиотиков прижились не обязательно самые многочисленные представители кишечной микробиоты.
Были отобраны жизнеспособные человеческие изоляты, способные выдерживать условия желудочно-кишечного тракта, проявлять необходимую метаболическую активность и одновременно сохранять свои свойства при промышленном культивировании.
Именно это сочетание биологических и технологических характеристик сделало L. acidophilus, L. casei/paracasei и L. rhamnosus основой большого числа пробиотических продуктов.
