Delovanje

Splošno sprejeto znanstveno definicijo probiotikov “živi mikroorganizmi, ki aplicirani v zadostni/ustrezni količini, koristijo zdravju gostitelja”, so leta 2001 predlagali strokovnjaki Svetovne zdravstvene organizacije (WHO) ter Organizacije za kmetijstvo in prehrano (FAO). Naslednje leto sta FAO in WHO objavila Smernice za vrednotenje probiotikov v živilih, ki jih je pripravila strokovna delovna skupina, začetnica Mednarodnega znanstvenega združenja za probiotike in prebiotike (ISAPP; angl. International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics). Leta 2013 so člani strokovnega sveta ISAPP ponovno pregledali in potrdili že predlagano definicijo probiotikov.

Znanstvena skupnost in ključni akterji na področju probiotikov so definicijo probiotikov sicer splošno priznali, vendar smernice FAO/WHO v praksi niso zaživele in kategorija probiotikov v Evropi še vedno nima uradno priznanega statusa. V EU trenutno živil in prehranskih dopolnil s probiotičnimi mikroorganizmi ni dovoljeno posebej označevati ter predstavljati ali oglaševati z zdravstvenimi trditvami, saj Evropska agencija za varnost hrane (EFSA – European Food Safety Authority) meni, da za to ni dovolj trdnih znanstvenih dokazov, pridobljenih v obsežnih kontroliranih kliničnih raziskavah.

Zakonodajna ureditev področja probiotikov se izven Evrope precej razlikuje. V Združenih državah Amerike obe področji ureja Uprava za hrano in zdravila (FDA; angl. Food and drug administration), ki glede na predvideno uporabo obravnava probiotični izdelek kot prehransko dopolnilo, sestavino živila ali zdravilo. Pri prehranskih dopolnilih so brez odobritve FDA dovoljene tako imenovane strukturno/funkcijske trditve, za zdravstvene trditve o zmanjšanju tveganja za razvoj bolezni pa je potrebno soglasje FDA. V Kanadi probiotična prehranska dopolnila uvrščajo med »naravne izdelke za zdravje« in lahko nosijo zdravstvene trditve, ki jih po presoji dokumentacije odobri organizacija Health Canada. Japonska ima dolgo tradicijo uporabe živil, ki koristijo zdravju, saj je Ministrstvo za zdravje, delo in socialno skrbstvo že leta 1991 izdalo uredbo o funkcionalnih živilih, oziroma »hrani za določene zdravstvene namene« (FOSHU; angl. Food for Special Health Use). Med te izdelke sodijo tudi probiotični jogurti ali jogurtu podobne fermentirane vrste mleka, ki pomagajo pri motnjah delovanja prebavil in imajo odobritev FOSHU. Na splošno so pri probiotikih najbolj pogoste strukturno/funkcijske trditve kot na primer krepitev obrambe telesa, skrb za prebavni sistem in pomoč pri naravnem uravnavanju delovanja prebavnega trakta.

Probiotiki pa se vse bolj uveljavljajo tudi na področju medicine. Svetovna gastroenterološka organizacija (WGO) je leta 2017 objavila splošne smernice za probiotike in prebiotike, v katerih so poleg splošnih poglavij, ki opisujejo njihov koncept, mehanizme delovanja in klinične aplikacije, še povzetki dokazov učinkovitosti probiotikov in prebiotikov pri odraslih in otrocih. Za probiotične izdelke na tržišču v Kanadi in ZDA lahko na spletnih straneh najdemo celo klinične priročnike s praktičnimi, klinično pomembnimi informacijami, ki izhajajo iz znanstvenih dokazov. Namenjeni so zdravnikom za enostavnejšo izbiro ustreznega izdelka, odmerka in formulacije za določeno indikacijo (http://www.probioticchart.ca/, http://usprobioticguide.com/). Zanimivo je, da se je Evropska farmakopeja (Ph. Eur.), ki zagotavlja priznane skupne standarde za kakovost zdravil in njihovih sestavin, izognila izrazu probiotik, je pa leta 2018 vključila standarde kakovosti za “žive bioterapevtske izdelke” (LBP; angl. Live biotherapeutic products), ki jih opisuje kot zdravila, ki vsebujejo žive mikroorganizme, kot so bakterije ali kvasovke, ki pozitivno vplivajo na zdravje in fiziologijo gostitelja. Standardi vključujejo tri nova poglavja in sicer splošno monografijo o »Živih bioterapevtskih izdelkih za humano uporabo« ter dve splošni poglavji »Mikrobiološki pregled LBP: preizkus štetja mikrobnih kontaminantov« (2.6.36) in »Mikrobiološki pregled LBP: preizkus za določene mikroorganizme« (2.6.38). Ta tri nova besedila so objavljena v Ph. Eur. Supplement 9.7 in so začela veljati aprila 2019. Podobno kot vsi izdelki, namenjeni preprečevanju ali zdravljenju bolezni, morajo biti LBP pred sproščanjem na trg registrirani kot zdravila.

Probiotiki niso novost, saj so fermentirani hrani pripisovali zdravju koristne učinke že pred tisočletji, relativno nova pa so spoznanja, da so z ugodnimi učinki na zdravje povezane prav bakterije. Znanstveniki so namreč šele koncem 19. stoletja prepoznali, da je za razumevanje fiziologije prebave in patologije črevesnih bolezni, nujno proučevanje bakterij, ki se nahajajo v prebavnem traktu in se pojavijo v blatu. Za začetnika koncepta probiotikov velja Nobelov nagrajenec Ilya Ilyich Metchnikoff (1845-1916), ruski biolog in imunolog, ki je mlečnokislinskim bakterijam, ki naj bi zavirale »gnilobni tip« fermentacij v črevesu, pripisal pomembno vlogo pri vzdrževanju zdravja. V istem obdobju je o pomembni vlogi posebnih bakterij, ki lahko »izrinejo« patogene bakterije iz črevesja in prispevajo k vzdrževanju zdravja dojenih otrok, govoril tudi Tissier, odkritelj bifidobakterij.

Sodoben razvoj probiotikov je tesno povezan s proučevanjem in razumevanjem človeškega mikrobioma, njegove funkcionalnosti in pomena za zdravje človeka. Raziskave probiotikov so bile vrsto let usmerjene v proučevanje njihovih učinkov v prebavnem traktu, predvsem črevesju. Odkrivanje povezav, oziroma osi »črevo-možgani« pa je odprlo povsem nove razsežnosti tudi na področju raziskav probiotikov. Proučevanju osnovnih mehanizmov učinkovanja kot so protimikrobno delovanje, kompetitivno izključevanje, imunomodulacija ter krepitev in ohranjanje funkcionalnosti črevesne epitelne bariere, so se priključile študije delovanja probiotikov na črevesni, vegetativni in centralni živčni sistem ter proučevanje poti, preko katerih lahko probiotiki vplivajo, ne samo na črevesni mikrobiom in delovanje črevesja, temveč tudi na druge organe in sisteme.

Večina bakterij, ki jih danes najdemo v probiotičnih izdelkih spada med mlečnokislinske bakterije (MKB) najpogosteje laktobacile ali bifidobakterije, predvsem zaradi njihovega statusa varnih bakterij (status GRAS; angl. Generally Regarded as Safe), saj jih človek s fermentirano hrano uživa že tisočletja. Pomemben dejavnik njihove uporabe pa je tudi razmeroma enostaven način gojenja in njihova stabilnost med postopki priprave izdelkov. Poleg MKB in bifidobakterij predstavljajo majhen delež mikroorganizmov z dokumentiranimi probiotičnimi lastnostmi še kvasovke vrste Saccharomyces cerevisae, zlasti sev boulardii, bakterija vrste E. coli sev Nissle 1917 in sevi vrst rodu Bacillus. V prihodnosti lahko pričakujemo nekatere manj znane vrste, za katere je bilo ugotovljeno, da so pomembne za vzdrževanje homeostaze črevesja. Takšni so na primer sevi vrste Faecalibacterium prausnitzii, ki je ena najpogostejših bakterij v zdravi človeški mikrobioti, redko pa je prisotna v mikrobioti oseb s črevesnimi motnjami kot je na primer Crohnova bolezen.

Probiotične bakterije morajo imeti posebne lastnosti, da lahko na ciljnem mestu tekmujejo z zdravju škodljivimi bakterijami, razgrajujejo sestavine hrane, vzpodbujajo delovanje prebavil, pomagajo pri dvigovanju imunske odpornosti itd. Da lahko žive prispejo in učinkujejo na mestu delovanja, morajo biti odporne proti razmeram, ki so tam prisotne, na primer razmeram v črevesju, ustni votlini, vaginalni sluznici ali na koži. To so torej natančno izbrane in proučene bakterije s posebnimi, samo zanje značilnimi lastnostmi. Ena izmed značilnosti probiotikov je, da so njihovi učinki sevno specifični in učinkovitosti ali neučinkovitosti enega seva ni mogoče prenesti - ekstrapolirati na drugega, niti pri taksonomsko tesno sorodnih sevih. Bakterije razvrščamo glede na podobnost oziroma tesnost sorodnosti v debla, razrede, družine, rede, rodove in vrste (Slika 2), ki je osnovna taksonomska enota in združuje najbolj sorodne in podobne organizme. Vendar pa se lahko tudi predstavniki iste vrste, sevi, razlikujejo po določenih majhnih, a pomembnih lastnostih. Tako se na primer sev Lactobacillus gasseri K7 razlikuje od ostalih sevov te vrste (L. gasseri) po proizvodnji dveh protimikrobnih proteinov (bakteriocinov), ki sta posebej zanimiva zaradi širokega spektra delovanja proti gram-pozitivnim bakterijam, vključno z vrsto Clostridium difficile, Lactobacillus rhamnosus GG pa od ostalih predstavnikov vrste (L. rhamnosus) po pilih (lasasti izrastki), ki mu omogočajo boljše pripenjanje na črevesno sluz. So pa nekatere lastnosti skupne probiotikom različnih taksonomskih skupin. Ena takšnih lastnosti je proizvodnja kratko verižnih maščobnih kislin (KVMK), za katere je znano, da imajo pomembne, zdravju koristne učinke.

Osnovne mehanizme delovanja probiotikov lahko združimo v tri kategorije: izključevanje in zaviranje patogenih mikrobov, krepitev funkcije črevesne epitelne pregrade in uravnavanje imunskega odziva gostitelja. S patogenimi mikrobi tekmujejo tako, da zasedajo njihova mesta pripenjanja (receptorska mesta) na sluznicah, proizvajajo različne protimikrobne snovi, vključno s kislinami in tako spreminjajo okolje, ki postaja za patogene neprijazno. S pripenjanjem na različna receptorska mesta sprožijo signale, ki spodbudijo epitelne celice gostitelja k tvorbi zaščitne sluzi in proteinov, ki okrepijo črevesno pregrado gostitelja, ter protimikrobnih snovi kot so defenzini, ki dodatno inhibirajo patogene. Razlikovanje med patogeni in komenzalnimi bakterijami v črevesju omogoča komunikacija črevesnega epitelija s celicami spodaj ležečega limfatičnega sistema, ki vsebuje do 70 % telesnih celic imunskega sistema. Tako lahko probiotične bakterije s pripenjanjem ali metaboliti, ki jih proizvajajo, modulirajo imunske odzive gostitelja, ki imajo lahko poleg lokalnih tudi sistemske učinke kot so: manjša občutljivost za okužbe in alergije, boljši odziv na stres in izboljšano psihofizično počutje. V črevesju se namreč nahaja vrsta receptorjev, ki sodelujejo z glavnimi efektorskimi sistemi, kot so endokrini sistem, živčni sistem, črevesni imunski sistem in neimunski obrambni sistem črevesja. Danes vemo, da igra mikrobiota ključno vlogo pri vzdrževanju homeostaze in zdravega črevesja, probiotiki pa eno od možnih strategij vzdrževanja stabilne/zdrave mikrobiote in obnove ali moduliranja porušene mikrobiote.

Izhodiščna parametra kakovosti probiotičnega izdelka sta zajeta že v definiciji probiotikov, ki poudarja živost mikroorganizma in odmerek, potrebno za učinek. Izdelek mora vsebovati označeno število živih probiotičnih sevov. Poleg tega mora biti probiotični izdelek, pa naj gre za prehransko dopolnilo ali zdravilo, pravilno označen, funkcionalen in varen.

Probiotični izdelek mora vsebovati dokumentirane probiotične seve, namenjene ciljnemu delovanju in populaciji. Natančna identifikacija in poimenovanje seva (Slika 3) sta nujni za potrjevanje mehanizmov delovanja in funkcionalnih učinkov seva, omogočata pa tudi kontrolo, sledenje in epidemiološke študije, ki so pomembne z vidika varnosti izdelka. Nedvoumno taksonomsko identifikacijo seva, pa tudi njegovo karakterizacijo, omogoča analiza celotnega genoma, ki jo v novejših smernicah že priporočata/zahtevata FDA in EFSA. S poznavanjem genoma dobimo vpogled v glavne fiziološke in metabolne lastnosti organizma, pa tudi informacijo o morebitnem tveganju glede varnosti seva (prisotnost virulenčnih genov, genov za rezistenco proti antibiotikom,..).

Učinkovitost probiotičnega izdelka mora biti ustrezno dokazana v kliničnih študijah. Klinične študije so lahko usmerjene v proučevanje različnih učinkov probiotičnega seva: 

• statistično in biološko značilno izboljšanje simptomov,
• manjše tveganje za razvoj bolezni,
• daljši čas med ponovnim obolenjem, hitrejše okrevanje.

Študije morajo vključevati tudi določanje učinkovitega odmerka in časa odmerjanja. Na probiotičnem izdelku mora biti naveden priporočen odmerek, ki zagotavlja učinkovitost probiotika skladno s pričakovanim delovanje,. Kakovost probiotičnega izdelka je potrebno ustrezno nadzorovati. Priporočljivo je, da nadzor izvajajo specializirani laboratoriji z akreditiranimi metodami za probiotične izdelke.

• Bagga D, Reichert JL, Koschutnig K, et al. Probiotics drive gut microbiome triggering emotional brain signatures. Gut microbes. 2018; 0(0): 1-11. Dosegljivo na:  https://doi.org/10.1080/19490976.2018.1460015
• Binda S, Hill C, Johansen E, Obis D, Pot B, Sanders ME, Tremblay A and Ouwehand AC (2020) Criteria to Qualify Microorganisms as “Probiotic” in Foods and Dietary Supplements. Front. Microbiol. 11:1662. doi: 10.3389/fmicb.2020.01662
• EFSA FEEDAP. 2018.Guidance on the characterisation of microorganisms used as feed additives or as production organisms. EFSA Journal 16(3):5206, 24 pp.  https://doi.org/10.2903/j.efsa.2018.5206
• European Commission. EU register on nutrition and health claims.  http://ec.europa.eu/food/safety/labelling_nutrition/claims/register/public/?event=register.home Dostop: 25-1-2019.
• FAO/WHO. 2001. Health and nutritional properties of probiotics in food including powder milk with live lactic acid bacteria. Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultation on Evaluation of Health and Nutritional Properties of Probiotics in Food Including Powder Milk with Live Lactic Acid Bacteria. Rome, FAO – Food and Agriculture Organization of the United Nations: 34 str.
• FAO/WHO. 2002. Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food. Report of a Joint FAO/WHO Working Group on Drafting Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food. London Ontario, Canada, s. 1-11.
• FDA. Label claims for conventional foods and dietary supplements. https://www.fda.gov/Food/LabelingNutrition/ucm111447.htm Dostop: 13-5-2022.
• Health Canada. 2015. NATURAL HEALTH PRODUCT. PROBIOTICS  http://webprod.hc-sc.gc.ca/nhpid-bdipsn/atReq.do?atid=probio Dostop: 13-5-2022.
• Hill, C. et al.  The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 11, 506–514 (2014); published online 10 June 2014; doi:10.1038/nrgastro.2014.66
• Press Release - European Pharmacopoeia Commission sets unprecedented quality requirements LBPs - April 2018.  https://www.edqm.eu/en/d/85842 Dostop: 13-5-2022
• Sanders ME, Benson A, Lebeer S, et al. 2018. Shared mechanisms among probiotic taxa: implications for general probiotic claims. Curr Opin Biotechnol. 49: 207–216. Segers ME, Lebeer S. Towards a better understanding of Lactobacillus rhamnosus GG - host interactions. Microb Cell Fact. 2014; 13(Suppl 1): S7. Dostopno na:  https://doi.org/10.1186/1475-2859-13-S1-S7
• Slemič A. Prehrana in črevesni mikrobiom. Diplomsko delo. UL, Biotehniška fakulteta, 2019, Ljubljana: 32 str. Dostopno 24.5.2022 na:  https://repozitorij.uni-lj.si/Dokument.php?id=121369&lang=slv
• WGO Global Guideline Probiotics and prebiotics.World Gastroenterology Organisation, 2017. 35 str
• Zommiti M, Feuilloley MGJ, Connil N. 2020. Update of Probiotics in HumanWorld: A Nonstop Source of Benefactions till the End of Time. Microorganisms, 8, 1907. doi:10.3390/microorganisms8121907
• Zorič Peternel M. et al. 2010. Wide-Inhibitory Spectra Bacteriocins Produced by Lactobacillus gasseri K7. Probiotics & Antimicro. Prot. DOI 10.1007/s12602-010-9044-5