Postbioticele, o direcție de viitor în sprijinul sănătății

Conf. dr. Corina Zugravu, UMF „Carol Davila”, București

Postbioticele sunt produse de fermentație microbiană care, prin efectele lor locale dar și de la distanță, au un potențial important de folosire în scop profilactic și terapeutic. Mai ușor de utilizat decât probioticele, și-au dovedit efectele deocamdată mai ales experimental, în condiții de laborator, urmând ca studii clinice să le confirme sau nu eficacitatea. În perspectivă, ar putea deveni un element important al nutriției personalizate, care să inducă o mai buna calitate a vieții și a sănătății.

Cuprins

Prebiotice, probiotice, postbiotice

Microbiota intestinală

Compoziția microbiotei intestinale și postbioticele

Perspectivele utilizării postbioticelor

Mecanismele moleculare ale postbioticelor

Postbioticele, efecte benefice

Postbioticele: efect cardioprotector, antioxidant, antiulceros

Efectele postbioticelor pe subiecții umani

Acțiunea la nivelul tractului gastrointestinal

Concluzii

Bibliografie

Prebiotice, probiotice, postbiotice

Pe măsură ce ecosistemul tubului digestiv a devenit tot mai studiat, cercetările au început să ofere diferite soluții de modificare a populației microbiene locale. De la probiotice, la prebiotice și simbiotice gama este variată și ea s-ar putea completa în viitor cu un nou membru: postbioticele. Acestea sunt compuși funcționali generați de procese de fermentație. „Postbiotic” este un termen care acoperă de fapt o multitudine de compuși, cum ar fi acizii grași cu lanț scurt, fracțiuni de celule microbiene, proteine funcționale, muropeptide, acid teichoic, lizați celulari, polizaharide extracelulare etc.

Microbiota intestinală

Astăzi se știe foarte bine că microbiota intestinală are un rol central în multe aspecte care țin de sănătate sau boală, iar structura, compoziția sa se corelează strâns cu diverse afecțiuni. Populația microbiană poate fi influențată prin mai multe mijloace, cum ar fi administrarea de pre, pro și sim – „biotice”, la care par să se adauge recent și postbioticele, alcătuite din celule microbiene, constituenți celulari și metaboliți ai acestora. Postbioticele sunt substanțe funcționale emergente, rezultatul cercetărilor din ultimii ani, iar în unele studii sunt denumite „parabiotice”, „celule microbiene neviabile” sau, în cazul formulelor pentru sugari, „formule fermentate pentru sugari”. Vom vedea în continuare în ce constă potențialul utilizării lor, ce poate evita unele probleme cu care s-a confruntat până în prezent administrarea altor „biotice”.

Compoziția microbiotei intestinale și postbioticele

Compoziția microbiotei intestinale variază foarte mult de la o populație la alta și de la un individ la altul, fiind legată de fenotipul metabolic și funcțional. Deci metabolizarea microbiană a diferitelor elemente care ajung în intestin poate diferi de la o persoană la alta [1]. Ca urmare, și administarea de pro, pre sau sim – „biotice” duce la efecte diferite, neunitare și greu de prognozat [2]. Diferențele nu sunt constatate numai între indivizi sau substanțele administrate, dar și între efectele care se obțin la diferite intervale de timp, ca urmare a dinamicii compoziției microbiotei intestinale. Multe din efectele propuse să reprezinte consecințe ale administrării de pre, post și sim – „biotice” se bazează pe producerea de acizi grași cu lanț scurt sau de componente de tipul fracțiunilor de microbi, proteinelor funcționale, polizaharidelor extracelulare, lizatelor celulare, adică tocmai a grupului de substanțe incluse sub termenul-umbrelă de „postbiotic” [3,4,5].

Studiul acestor aspecte a contribuit la reevaluarea conceptului de aliment fermentat. Postbioticele sunt o serie de produși de fermentație, care se pot folosi în combinație cu diverși nutrienți în scopul promovării sănătății. În această categorie, parabioticele (sau probioticele inactivate) sunt definite ca celule microbiene non-viabile sau inactivate care, administrate într-o cantitate suficientă, duc la efecte sanogenetice [6,7]. Formulele fermentate pentru sugari sunt formule pentru sugarul mic sau de continuare care au fost fermentate cu bacterii producătoare de acizi și, de regulă, nu conțin bacterii vii [8].

Perspectivele utilizării postbioticelor

Perspectivele utilizării de postbiotice sunt promițătoare și au avantajul de a nu mai ridica probleme tehnice de genul eficienței colonizării bacteriene a intestinului sau păstrării viabilității și stabilității microorganismelor. Ca atare, administrarea ingredientului și eliberarea lui la locul potrivit în intestin ușurează folosirea, ambalarea, transportul și cresc durabilitatea pe raft [9]. Postbioticele se pot folosi în situații în care sunt aproape imposibil de păstrat produse de tipul probioticelor, din cauza unor probleme de logistică. De asemenea, studiile arată că aceste substanțe sunt mai avantajoase decât alte „biotice” pentru pacienții critici, sugari sau prematuri [10].

Noțiunea de personalizare a alimentației și tratamentelor, mult vehiculată în ultima perioadă, poate fi adusă mai aproape prin folosirea de postbiotice [11].

Mecanismele moleculare ale postbioticelor

Mecanismele moleculare care stau la baza efectelor postbioticelor par a fi mediate de interacțiunea dintre produșii microbieni și gazdă. De aici, este acționat sistemul imun al gazdei și apar efecte antiinflamatoare [12]. Din păcate, mecanismele au fost reproduse doar in vitro, ele nefiind încă dovedite in vivo [13]. Un exemplu de imunomodulare determinat de postbiotice la om poate deriva dintr-un experiment in vitro care arată reacția macrofagelor la celule neviabile de Lactobacillus casei. Suspensia de celule inactivate termic a dus la o creștere a expresiei de citokine proinflamatorii și a mărit transcripția receptorilor Toll-like (TLR-2, TLR-3, TLR-4 si TLR-9) [14].

Mai mult, câteva studii in vitro au arătat că celulele inactivate termic de Bifidobacterium induc răspunsuri imune celulare și antiinflamatorii, inhibând secreţia de IL-8 în celulele epiteliului intestinal provenind de la pacienții cu colită ulcerativă [15]. S-a sugerat că aceste efecte sunt determinate de eliberarea de factori antiinflamatori solubili care inhibă secreția de IL-8 în celulele epiteliale intestinale. De asemenea, se postulează ideea că elemente postbiotice provenind de la specii de Lactobacilli au efecte imunomodulatoare determinate de creșterea citokinelor asociate Th1 și de reducerea citokinelor asociate Th2 [13].

Postbioticele, efecte benefice

Experimente pe șoareci cărora li s-au administrat formule pentru sugari conținând postbiotice derivate din Bifidobacterium breve C50 și Streptococcus thermophilus 065 au indicat o supraviețuire și o maturare prelungite ale celulelor dendritice și inducerea producerii de IL-10 prin intermediul TLR-2, sugerând funcții imunoregulatorii. Mai mult, postbioticele derivate din aceste specii microbiene au ameliorat funcția de barieră a epiteliului și au stimulat răspunsul Th1 la șoareci, punând în evidență intervenția compușilor postbiotici în funcționarea aparatului imunitar al gazdei [16]. Un studiu pe rozătoare a arătat că produsele metabolice ale Lactobacillus paracasei CBA L74 inactivat dintr-o formulă pentru sugari pot acționa prin intermediul inhibării inflamației și proteja gazda de diverși agenți patogeni intestinali, evitându-se astfel manifestări de colită [17].

Postbioticele: efect cardioprotector, antioxidant, antiulceros

Alți produși de fermentație asociați cu beneficii pentru sănătate sunt exopolizaharidele și veziculele extracelulare. Multe specii bacteriene pot produce exopolizaharide, inclusiv Bifidobacteriile. Se remarcă doua tipuri de substanțe, homopolizaharidele și heteropolizaharidele. Printre efectele descrise se numără cele de de cardioprotecție, efectul antiulceros, antioxidant și scăderea colesterolemiei [18,19]. Homopolizaharidul de Lactobacillus plantarum 70810 are acțiune antitumorală in vitro, inhibând proliferarea celulelor tumorale HepG-2, BGC-823 si HT-29 [19]. Deocamdată astfel de studii nu s-au efectuat pe oameni, deci se așteaptă confirmarea cu privire la eficacitatea diferitelor forme de exopolizaharide prin teste clinice.

Veziculele extracelulare sunt structuri sferice cu bistrat lipidic ce pot fi secretate de bacteriile gram-pozitive sau negative. Ele pot transporta diferiți compuși, de tipul proteinelor, acizilor nucleici, fosfolipidelor, glicolipidelor și polizaharidelor. Există două tipuri principale: veziculele membranei exterioare de la bacteriile gram-negative și veziculele membranare, de la bacteriile gram-pozitive. Primul tip are multiple funcții potențiale, de la intervenția în interacțiunile comunității microbiene (de ex. transferul de material genetic și proteine), la transmiterea de semnale între gazdă și microorganisme [20]. Și veziculele membranare au efecte pozitive pe gazdă. De exemplu, cele derivate din Akkermansia muciniphila și Escherichia coli saprofită au scăzut permeabilitatea intestinală și au activat semnalizarea transepitelială [20]. Există și unele studii in vivo care par a arăta că veziculele membranare protejează șoarecii de colita ulcerativă [21].

Efectele postbioticelor pe subiecții umani

Deși numărul lor este mic, există și studii care au urmărit efectele postbioticelor pe subiecți umani. Ne vom referi în continuare doar la câteva studii care interesează grupe de vârstă peste 18 ani. În toate cazurile s-au folosit lactobacili inactivați, despre care se știe că nu ridică riscuri pentru gazdă. Efectele pozitive găsite au acoperit funcționarea tractului intestinal și tratamentul diareii cronice și al celei din intestinul iritabil [22,23]. Un studiu a urmărit efectele postbioticelor provenite din L. paracasei K71 versus placebo, la adulții cu dermatită atopică. După 8-12 săptămâni scorurile au fost net mai bune la grupul de lucru [24].

Multe studii s-au axat pe potențialele efecte pe răspunsul imun. Per total, studiile nu au arătat în mod cert protecție față de rinovirus sau virusul gripal, dar, de exemplu, la persoanele cu vârste peste 65 de ani postbioticele din L. pentosus b240 pot reduce, dependent de doză, rata răcelilor comune comparativ cu placebo [25]. Efecte mai puțin clare au fost într-un studiu pe un grup de femei cu vârsta medie de 45 de ani, care a investigat efectele L. plantarum L-137 versus placebo pe răspunsul interferonic, ca reacție la vaccinarea antigripală trivalentă. Nu au existat diferențe de răspuns seric sau de seroprotecție, deși nivelurile IFN-β au fost semnificativ mai mari la grupul de lucru decât în grupul placebo [26].

Acțiunea la nivelul tractului gastrointestinal

În ceea ce privește acțiunea pe tractul gastrointestinal, rezultatele par a fi pozitive și folosirea postbioticelor lipsită de efecte adverse. De exemplu, un studiu a urmărit efectele Lactobacillus acidophilus LB inactivat la adulți, în comparație cu Lactobacillus acidophilus LB viabil în diareea cronică. Din a doua săptămână, semnele și simptomele s-au ameliorat net în grupul cu postbiotice [27]. Există și alte studii pe această temă, ceea ce indică faptul că postbioticele, mai ales cele provenite din L. acidophilus LB, pot fi un element de ajutor în tratamentul diareii. Sunt necesare desigur mai multe studii clinice randomizate înainte de a deveni o rutină în recomandările medicilor.

În același sens, un alt studiu a investigat efectul Lactobacillus gasseri CP2305 versus placebo pe funcționarea gastrointestinală la adultul sănătos, cu tendință la constipație sau cu diaree. S-a constatat o ameliorare a parametrilor din scala Bristol, mai ales la subiecții cu constipație. La analiza probelor de materii fecale, s-a observat o creștere a acizilor grași cu lanț scurt și a grupului IV de Clostridium la grupul cu postibiotice, față de grupul placebo [22]. Deși sunt încă multe elemente de elucidat, studiul arată că bacteriile non-viabile și produsele lor de fermentație au efecte clare atât clinice, cât și asupra producției de acizi grași și a compoziției microbiotei.

Concluzii

În concluzie, postbioticele pot contribui la ameliorarea sănătății prin mecanisme care trebuie descrise în viitor. Este desigur nevoie de multe studii bine conduse pe subiecți umani care trebuie să confirme rezultatele din in vitro sau studiile pe animale de laborator. Se deschid orizonturi noi de cercetare în sfera „bioticelor”, care par a deveni „arme” redutabile în nutriția specializată și personalizată. Poate că în viitor se va ajunge la prescripții individualizate de „biotice”, ce vor ameliora substanțial sănătatea subiecților.

Referințe bibliografice:

Umu O.C.O., Rudi K., Diep D.B. Modulation of the gut microbiota by prebiotic fibres and bacteriocins. Microb. Ecol. Health. Dis. 2017;28:1348886. doi: 10.1080/16512235.2017.1348886;
Collado M.C., Isolauri E., Salminen S., Sanz Y. The impact of probiotic on gut health. Curr. Drug Metab. 2009;10:68–78;
Sánchez B., Delgado S., Blanco-Míguez A., Lourenço A., Gueimonde M., Margolles A. Probiotics, gut microbiota, and their influence on host health and disease. Mol. Nutr. Food Res.2017;61:1600240. doi: 10.1002/mnfr.201600240;
Wegh C.A., Schoterman M.H., Vaughan E.E., Belzer C., Benninga M.A. The effect of fiber and prebiotics on children’s gastrointestinal disorders and microbiome. Expert Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2017;11:1031–1045;
O’Grady J., O’Connor E.M., Shanahan F. Review article: Dietary fibre in the era of microbiome science. Aliment. Pharmacol. Ther. 2019;49:506–515;
Taverniti V., Guglielmetti S. The immunomodulatory properties The immunomodulatory properties of probiotic microorganisms beyond their viability (ghost probiotics: Proposal of paraprobiotic concept) Genes Nutr. 2011;6:261. doi: 10.1007/s12263-011-0218-x;
Aguilar-Toalá J., Garcia-Varela R., Garcia H., Mata-Haro V., González-Córdova A., Vallejo-Cordoba B., Hernández-Mendoza A. Postbiotics: An evolving term within the functional foods field.Trends Food Sci. Technol. 2018;75:105–114;
Szajewska H., Skórka A., Pieścik-Lech M. Fermented infant formulas without live bacteria: A systematic review. Eur. J. Pediatr 2015;174:1413–1420;
Ouwehand A., Tölkkö S., Kulmala J., Salminen S., Salminen E. Adhesion of inactivated probiotic strains to intestinal mucus. Lett. Appl. Microbiol. 2000;31:82–86;
Deshpande G., Athalye-Jape G., Patole S. Para-probiotics for preterm neonates-the next frontier. Nutrients. 2018;10:871. doi: 10.3390/nu10070871;
Olle B. Medicines from microbiota. Nat. Biotechnol.2013;31:309;
Gosálbez L., Ramón D. Probiotics in transition: Novel strategies.Trends Biotechnol. 2015;33:195–196;
de Almada C.N., Almada C.N., Martinez R.C.R., Sant’Ana A.S. Paraprobiotics: Evidences on their ability to modify biological responses, inactivation methods and perspectives on their application in foods. Trends Food Sci. Technol. 2016;58:96–114;
Wang Y., Xie J., Wang N., Li Y., Sun X., Zhang Y., Zhang H. Lactobacillus casei zhang modulate cytokine and toll-like receptor expression and beneficially regulate poly i: C-induced immune responses in raw264. 7 macrophages. Microbiol. Immunol.2013;57:54–62;
Imaoka A., Shima T., Kato K., Mizuno S., Uehara T., Matsumoto S., Setoyama H., Hara T., Umesaki Y. Anti-inflammatory activity of probiotic bifidobacterium: Enhancement of il-10 production in peripheral blood mononuclear cells from ulcerative colitis patients and inhibition of il-8 secretion in ht-29 cells.World J. Gastroenterol. 2008;14:2511–2516;
Menard S., Laharie D., Asensio C., Vidal-Martinez T., Candalh C., Rullier A., Zerbib F., Megraud F., Matysiak-Budnik T., Heyman M. Bifidobacterium breve and streptococcus thermophilus secretion products enhance t helper 1 immune response and intestinal barrier in mice. Exp. Biol. Med. 2005;230:749–756;
Zagato E., Mileti E., Massimiliano L., Fasano F., Budelli A., Penna G., Rescigno M. Lactobacillus paracasei cba l74 metabolic products and fermented milk for infant formula have anti-inflammatory activity on dendritic cells in vitro and protective effects against colitis and an enteric pathogen in vivo. PLoS ONE.2014;9:e87615. doi: 10.1371/journal.pone.0087615;
Das D., Baruah R., Goyal A. A food additive with prebiotic properties of an alpha-d-glucan from lactobacillus plantarum dm5.Int. J. Biol. Macromol. 2014;69:20–26. Hongpattarakere T., Cherntong N., Wichienchot S., Kolida S., Rastall R.A. In vitro prebiotic evaluation of exopolysaccharides produced by marine isolated lactic acid bacteria. Carbohyd. Polym.2012;87:846–852;
Wang K., Li W., Rui X., Chen X., Jiang M., Dong M. Characterization of a novel exopolysaccharide with antitumor activity from lactobacillus plantarum 70810. Int. J. Biol. Macromol.2014;63:133–139;
Fábrega M.J., Aguilera L., Giménez R., Varela E., Alexandra Cañas M., Antolín M., Badía J., Baldomà L. Activation of immune and defense responses in the intestinal mucosa by outer membrane vesicles of commensal and probiotic escherichia coli strains. Front. Microbiol. 2016;7:705. doi: 10.3389/fmicb.2016.00705;
Kang C.-s., Ban M., Choi E.-J., Moon H.-G., Jeon J.-S., Kim D.-K., Park S.-K., Jeon S.G., Roh T.-Y., Myung S.-J. Extracellular vesicles derived from gut microbiota, especially akkermansia muciniphila, protect the progression of dextran sulfate sodium-induced colitis. PLoS ONE. 2013;8:e76520. doi: 10.1371/journal.pone.0076520;
Sawada D., Sugawara T., Ishida Y., Aihara K., Aoki Y., Takehara I., Takano K., Fujiwara S. Effect of continuous ingestion of a beverage prepared with lactobacillus gasseri cp2305 inactivated by heat treatment on the regulation of intestinal function. Food Res. Int. 2016;79:33–39;
Tarrerias A., Costil V., Vicari F., Letard J., Adenis-Lamarre P., Aisene A., Batistelli D., Bonnaud G., Carpentier S., Dalbies P. The effect of inactivated lactobacillus lb fermented culture medium on symptom severity: Observational investigation in 297 patients with diarrhea-predominant irritable bowel syndrome. Dig. Dis.2011;29:588–591. doi: 10.1159/000332987;
Moroi M., Uchi S., Nakamura K., Sato S., Shimizu N., Fujii M., Kumagai T., Saito M., Uchiyama K., Watanabe T. Beneficial effect of a diet containing heat-killed lactobacillus paracasei k71 on adult type atopic dermatitis. J. Dermatol. 2011;38:131–139;
Shinkai S., Toba M., Saito T., Sato I., Tsubouchi M., Taira K., Kakumoto K., Inamatsu T., Yoshida H., Fujiwara Y. Immunoprotective effects of oral intake of heat-killed lactobacillus pentosus strain b240 in elderly adults: A randomised, double-blind, placebo-controlled trial. Br. J. Nutr. 2013;109:1856–1865
Arimori Y., Nakamura R., Hirose Y., Murosaki S., Yamamoto Y., Shidara O., Ichikawa H., Yoshikai Y. Daily intake of heat-killed lactobacillus plantarum l-137 enhances type i interferon production in healthy humans and pigs. Immunopharmacol. Immunotoxicol.2012;34:937–943;
Xiao S.D., Zhang D.Z., Lu H., JIANG S.H., LIU H.Y., Wang G.S., XU G.M., Zhang Z.B., LIN G.J., WANG G.L. Multicenter randomized controlled trial of heat-killed lactobacillus acidophilus lb in patients with chronic diarrhea. Chin. J. Dig. Dis. 2002;3:167–171.