Skuteczność preparatów probiotycznych – znaczenie dowodów naukowych
W praktyce lekarskiej, zalecając stosowanie suplementacji preparatem probiotycznym jako terapii uzupełniającej, należy brać pod uwagę istnienie dowodów klinicznych na działanie probiotycznego szczepu w danym wskazaniu, jego bezpieczeństwo i skuteczność względem populacji docelowej. Artykuł przybliża naukowe podstawy określenia „probiotyczny” jako cechy przynależnej wybranym szczepom.
Autorzy: Agnieszka Olejnik-Schmidt, Kamil Mika, Justyna Geller, Marcin Schmidt
Termin „probiotyki” rozumiany jest na różne sposoby. Formalnie obowiązuje definicja ustalona przez Światową Organizację Zdrowia (World Health Organization – WHO) oraz Organizację Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (Food and Agriculture Organization of the United Nations – FAO). Według definicji FAO/WHO z 2002 r. uaktualnionej przez International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) w 2014 r. są to żywe mikroorganizmy, które podawane w odpowiednich ilościach przynoszą korzyści zdrowotne gospodarzowi [1]. W ciągu ostatnich dwóch dekad gwałtownie wzrosła popularność bakterii probiotycznych, co wiąże się przede wszystkim ze stale zwiększającą się liczbą dowodów naukowych wskazujących na ich korzystny wpływ na organizm człowieka. Liczne badania potwierdzające skuteczność i bezpieczeństwo probiotyków zaowocowały powstaniem szeregu produktów bogatych w korzystne dla naszego zdrowia mikroorganizmy probiotyczne. Niestety wraz z rozwojem badań potwierdzających skuteczność probiotyków pojawiło się też wiele produktów, które nie spełniają wymaganych kryteriów dla tej grupy preparatów zarówno pod względem jakościowym [2], jak i dowodów naukowych potwierdzających skuteczność. Należy podkreślić, że aby szczep mikroorganizmu mógł zostać uznany za probiotyczny, musi przejść cały szereg badań oraz spełnić określone wymagania. Obecnie na rynku farmaceutycznym znajduje się cała gama preparatów określanych mianem „probiotycznych”, zawierających różne szczepy bakteryjne i drożdże. Trzeba jednak pamiętać, że każdy szczep ma specyficzne właściwości i tym samym inne wskazania do zastosowania. Mówiąc wprost – nie możemy oczekiwać, że ten sam preparat probiotyczny będzie odpowiedni dla pacjentów z biegunką i wzdęciami bądź zaparciami. Dlatego tak ważne przy wyborze probiotyku jest kierowanie się rodzajem szczepu, który ma potwierdzone działanie w danym wskazaniu [3–5]. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na fakt, że tylko niektórym szczepom bakteryjnym można przypisywać korzystne działanie na organizm ludzki. Wiele z oferowanych preparatów to źródła bakterii kwasu mlekowego mogących służyć jedynie wzbogaceniu mikrobioty jelitowej, często o niepotwierdzonych właściwościach nawet w badaniach in vitro. Wśród obecnie dostępnych preparatów probiotycznych najczęściej spotyka się produkty bogate w bakterie kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus spp. lub Bifidobacterium spp. Wykazano, że szczepy należące do tych rodzajów korzystnie wpływają nie tylko na przywrócenie prawidłowego stanu mikrobioty przewodu pokarmowego w trakcie i po antybiotykoterapii, lecz także na inne zaburzenia ze strony układu pokarmowego [5]. Bardzo ważnym aspektem jest ilość żywych bakterii zawarta w danym produkcie probiotycznym, w tym przypadku mówimy o liczbie jednostek tworzących kolonię – JTK (colony-forming units – CFU).
Warto wspomnieć o zmianach, które zaszły w klasyfikacji systematycznej bakterii z rodzaju Lactobacillus spp. Pierwszy gatunek opisano w 1901 r. i w ciągu niemal 120 lat sklasyfikowano ich łącznie 261 [6]. Stanowią one grupę niezwykle liczną i zróżnicowaną zarówno pod względem genetycznym, jak i fenotypowym. Z tego powodu w 2020 r. podjęto decyzję o zmianach w podziale taksonomicznym rodzaju Lactobacillus (Beijerinck 1901 r.). Finalnie w aktualnej nomenklaturze rodzaj ten obejmuje jedynie 25 gatunków. Pozostałe natomiast stały się podstawą do utworzenia nowych systematycznych rodzajów w świecie nauk mikrobiologicznych. Dla przykładu dawny gatunek Lactobacillus plantarum został zaklasyfikowany do nowego rodzaju Lactiplantibacillus plantarum, a dawny Lactobacillus rhamnosus do Lacticaseibacillus rhamnosus. Zmiany w nomenklaturze taksonomicznej nie wpływają jednak na przekazy marketingowe. Powszechnie i bez zmian obowiązuje skrócona wersja nazwy każdego z nowo powstałych rodzajów L., np. L. plantarum czy L. rhamnosus. Dzięki temu zagwarantowany jest klarowny przepływ informacji. Niezmienne pozostaje również oznaczanie szczepów bakterii w każdym z rodzajów [7]. Dlatego składowe nazwy szczepu Lacticaseibacillus rhamnosus KL53A stanowią: w pierwszej kolejności człon nazwy rodzajowej – Lacticaseibacillus, następnie nazwy gatunkowej – rhamnosus oraz oznaczenie literowe szczepu – KL53A – na końcu. W przypadku produktów spożywczych spotyka się czasami nazwy handlowe, np. Bifidus regularis (oznaczające szczep Bifidobacterium animalis DN-173010), co wynika z działalności marketingowej. Nazewnictwa tego typu nie spotyka się w publikacjach naukowych.
Najistotniejszą cechą szczepu probiotycznego jest jego aktywność prozdrowotna w danym wskazaniu. Właściwość ta z założenia jest cechą specyficzną dla konkretnego szczepu i nie można domniemywać jej obecności u innych przedstawicieli tego samego gatunku [5]. Wynika to z bardzo dużego zróżnicowania informacji genetycznej zawartej w genomach bakterii klasyfikowanych do tego samego gatunku. Zmienność ta dotyczy wielkości, organizacji strukturalnej oraz rodzaju niesionej informacji genetycznej [8]. Dla przykładu – na podstawie porównania informacji genetycznej zawartej w 51 genomach szczepów należących do gatunku L. rhamnosus, które kodują po 2788 ±71 genów, zaobserwowano, że tylko 811 genów jest wspólnych (takich samych, tworzących tzw. genom rdzeniowy) u przedstawicieli tego gatunku. Reszta to pula genów (tzw. genom pomocniczy), wśród których są geny kodujące cechy specyficzne dla pojedynczego szczepu lub występujące z różną częstością u niektórych z przedstawicieli tego gatunku. Łącznie zidentyfikowano prawie 4889 „dodatkowych” genów w genomach tych 51 analizowanych szczepów (tzw. pan-genom). Pośród nich ok. 38 to geny nabyte w wyniku transferu horyzontalnego. Porównując informację genetyczną zawartą w genomach 98 szczepów przynależących do pięciu gatunków, według starej nomenklatury, z rodzaju Lactobacillus (L. helveticus, L. reuteri, L. rhamnosus, L. plantarum i L. delbrueckii) – ich wspólne geny to grupa zaledwie 266 genów, natomiast pan-genom liczy łącznie 20 800 genów [9]. Przytoczone powyżej dane dotyczące różnorodności informacji genetycznej w obrębie rodzaju i gatunku bakterii potwierdzają, dlaczego wiele cech jest specyficznych dla pojedynczych szczepów. Są także cechy wspólne dla wielu gatunków należących do tego samego rodzaju oraz cechy charakterystyczne dla przedstawicieli tego samego gatunku (ryc. 1). Dlatego konieczne jest empiryczne potwierdzenie obecności cechy warunkującej właściwość prozdrowotną w przypadku każdego szczepu, który ma być określany mianem probiotycznego.
Podobna właściwość fenotypowa może wynikać z aktywności produktów odmiennych genów. Kolejnym elementem komplikującym możliwość zaistnienia danej cechy jest różnorodność ilościowa decydująca o jej nasileniu oraz uwarunkowanie w wyniku aktywności produktów wielu genów mogących współdziałać, ale także mieć antagonistyczny charakter. Informacje te można podsumować stwierdzeniem, że określenie „probiotyk” może uzyskać konkretny szczep danego gatunku, który ma udowodnione w badaniach klinicznych prozdrowotne działanie w danym wskazaniu, podany w żywej postaci w odpowiedniej dawce.
Zdolność do przylegania
Zdolność do przylegania (adhezji) bakterii probiotycznych do nabłonka to bardzo istotna cecha, która stanowi główne kryterium selekcji w poszukiwaniu nowych probiotyków [10]. Z uwagi na możliwość zastosowania wielu różnych technik oceny przylegania mikroorganizmów do nabłonka i szerokiego spektrum warunków w trakcie takiego eksperymentu wskazane jest, aby ocenę tę stosować w odniesieniu do powszechnie znanych szczepów [11]. Cecha ta warunkuje szereg aktywności prozdrowotnych (ryc. 2), a zarazem pozwala na kolonizację układu pokarmowego, dzięki czemu działanie szczepu probiotycznego może mieć charakter długofalowy. Nabłonek jelitowy jest w stałym kontakcie z treścią jelitową zawierającą wiele antygenów pokarmowych, substancji toksycznych i enzymów oraz różnorodną mikrobiotę.
Na poszczególnych odcinkach komórki nabłonka, w większości składające się z enterocytów, są częściowo lub w całości pokryte warstwą śluzu o różnej grubości, składzie i strukturze [12]. Mikroorganizmy mogą wykazywać selektywną zdolność przylegania do wybranych powierzchni: komórek różnego typu, śluzu czy macierzy międzykomórkowej oraz struktur abiotycznych (np. szkliwo) lub wykazywać taką zdolność wobec wielu substratów. Dodatkowo często jest to cecha specyficzna względem np. komórek danego typu lub na odpowiednim etapie różnicowania, co warunkuje charakter i miejsce ich działania. Jednym ze szczepów probiotycznych o bardzo dużych zdolnościach adhezyjnych jest L. rhamnosus KL53A, który cechuje wyższa zdolność do przylegania zarówno do enterocytów, jak i śluzu od powszechnie znanego szczepu L. rhamnosus GG [13–15]. Dzięki temu szczep KL53A wykazuje wysoką zdolność do kolonizacji i utrzymywania się w przewodzie pokarmowym. Badania kliniczne na grupie 150 noworodków ze szpitala klinicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie potwierdziły jego obecność w kale po upływie miesiąca od zaprzestania suplementacji [16]. Dla szczepu GG kolonizacja została potwierdzona jedynie do 21 dni po zaprzestaniu podawania [17].
Mechanizmy działania probiotyków
Działanie probiotyków może się przejawiać w zapobieganiu i łagodzeniu przebiegu zaburzeń trawiennych, takich jak ostra, szpitalna i związana z antybiotykami biegunka; zaburzeń alergicznych, takich jak atopowe zapalenie skóry (egzema) i alergiczny nieżyt nosa u niemowląt; biegunki związanej z infekcją Clostridium difficile i niektórych zapalnych chorób jelitowych u dorosłych. Ponadto probiotyki mogą stanowić istotny czynnik wspomagający leczenie zaburzeń metabolicznych, w tym otyłości, zespołu metabolicznego, niealkoholowego stłuszczenia wątroby i cukrzycy typu 2. Lista chorób i zaburzeń, w których leczeniu można zastosować wspomaganie mikrobioty jelitowej suplementacją tego typu mikroorganizmami, ciągle się wydłuża [18].
Probiotyki podawane doustnie funkcjonują w obrębie przewodu pokarmowego, ale ich działanie nie ogranicza się do światła przewodu pokarmowego i jego tkanek, lecz poprzez wydzielane metabolity i oddziaływanie z komórkami (w tym zakończeniami nerwów) może mieć także charakter systemowy. Ze względu na istotny udział mikrobiomu jelitowego w patogenezie i przebiegu wielu chorób główne mechanizmy działania probiotyków funkcjonują w obrębie nabłonka jelitowego. Z tego powodu proces przylegania probiotyków do nabłonka stanowi istotny czynnik warunkujący ich potencjał. Może się on przejawiać poprzez wzmocnienie bariery jelitowej, hamowanie adhezji patogenów i/lub ich konkurencyjne wypieranie oraz modulację układu odpornościowego (ryc. 2). Wspomaganie wyzdrowienia w przypadku biegunek o podłożu bakteryjnym lub poantybiotykowym wymaga antybakteryjnej aktywności probiotyków. Ich zdolność do przylegania do nabłonka pozwala na wypieranie patogenów z powierzchni nabłonka oraz zapobieganie ich adhezji. Cecha ta dodatkowo może być wspomagana poprzez produkcję krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA), peptydów bakteriobójczych (bakteriocyn), nadtlenku wodoru czy polisacharydów. Oddziaływanie na enterocyty wzmacnia barierę jelitową poprzez regulację genów kodujących białka zacieśniające połączenia międzykomórkowe (np. E-kadheryny, β-kateniny i zonulinę), natomiast stymulacja komórek układu odpornościowego reguluje procesy zapalne i stymuluje układ odpornościowy (np. produkcję SIgA) [18].
Badania kliniczne
Faktycznej skuteczności szczepu probiotycznego dowodzą jedynie badania kliniczne. Założenia FAO/WHO co do definicji nazwy „probiotyk” jednoznacznie uzależniają jej przyznanie od istnienia dowodów prozdrowotnego działania uzyskanych w badaniach klinicznych [5]. Europejska Agencja ds. Bezpieczeństwa Żywności (European Food Safety Authority – EFSA) zajmuje jeszcze bardziej restrykcyjne stanowisko w tej kwestii, gdyż od października 2016 r. nie zaakceptowała żadnych roszczeń względem żywności probiotycznej, powołując się na brak wystarczających dowodów na probiotyczne działanie deklarowanych szczepów (nieprawidłowości w planowaniu i/lub interpretacji badań klinicznych) wymienianych w składanych wnioskach o oświadczenie zdrowotne.
Najnowsze doniesienia naukowe wskazują dodatkowo, że efekt, który wywiera podawany szczep, zależy od składu mikrobioty jelitowej [19–21]. Przejawia się to różną skutecznością tego samego szczepu probiotycznego w różnych populacjach [22]. Już w 2013 r. prof. B. Cukrowska z Instytutu „Pomnik – Centrum Zdrowia Dziecka” w Warszawie zwracała uwagę, że można zaobserwować różnice w wynikach badań nad skutecznością suplementacji probiotycznej w danym wskazaniu w zależności od różnic geograficznych (populacyjnych) [23]. Najbardziej znamienne było porównanie efektów badań klinicznych suplementacji szczepem L. rhamnosus GG w kierunku obniżenia ryzyka rozwoju atopowego zapalenia skóry (AZS). Pozytywny efekt zaobserwowano w populacji skandynawskiej [24–27], natomiast jego brak w populacji niemieckiej. Co więcej, skutkowała ona wzrostem odsetka zachorowalności na spastyczne zapalenie oskrzeli [28]. Doniesienia te podkreślają kolejny istotny element charakterystyki szczepów probiotycznych – potwierdzenie aktywności szczepu w badaniach klinicznych względem docelowej populacji. Z tego powodu bardzo znamienne są badania kliniczne wykonane na rodzimej populacji wskazujące na efektywność działania danego szczepu probiotycznego. Przykładem takiego szczepu jest L. rhamnosus KL53A. W badaniach klinicznych na polskiej populacji udowodniono bezpieczeństwo jego stosowania w grupie podwyższonego ryzyka, jaką są wcześniaki o niskiej wadze urodzeniowej [29], zdolność do długotrwałej kolonizacji [16, 29] i skuteczność jako terapii uzupełniającej w łagodzeniu objawów klinicznych podczas remisji wrzodziejącego zapalenia jelita grubego [30].
Podsumowując przytoczone powyżej doniesienia naukowe, należy stwierdzić, że w praktyce lekarskiej, zalecając stosowanie suplementacji preparatem probiotycznym jako terapii uzupełniającej, należy brać pod uwagę istnienie dowodów klinicznych na działanie probiotycznego szczepu w danym wskazaniu (określające także dawkę), jego bezpieczeństwo i skuteczność względem populacji docelowej.
Piśmiennictwo
1. Guidelines for the evaluation of probiotics in food. Joint FAO/WHO Working Group Report on Drafting London, Ontario, Canada, 30 April–1 May, 2002. https://www.who.int/foodsafety/fs_management/en/probiotic_guidelines.pdf
2. Zawistowska-Rojek A, Zaręba T, Mrówka A i wsp. Assessment of the microbiological status of probiotic products. Pol J Microbiol 2016; 65: 97-104.
3. de Kivit S, Tobin MC, Forsyth CB i wsp. Regulation of intestinal immune responses through TLR activation: implications for pro- and prebiotics. Front Immunol 2014; 5: 60.
4. Jach M, Łoś R, Maj M, Malm A. Probiotyki – aspekty funkcjonalne i technologiczne. Post Mikrobiol 2013; 52: 161-170.
5. Hill C, Guarner F, Reid G i wsp. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2014; 11: 506-514.
6. Schleifer KH. Family V. Leuconostocaceae. W: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology (The Firmicutes). 2nd ed. De Vos P, Garrity G, Jones D i wsp. (red.). Springer, Dordrecht, Heidelberg, London 2009; 62.
7. Zheng J, Wittouck S, Salvetti E i wsp. A taxonomic note on the genus Lactobacillus: description of 23 novel genera, emended description of the genus Lactobacillus Beijerinck 1901, and union of Lactobacillaceae and Leuconostocaceae. Int J Syst Evol 2020; 70: 2782-2858.
8. Dziewit Ł, Bartosik D. Genomy prokariotyczne w świetle analiz genomicznych. Post Mikrobiol 2011; 50: 87-96.
9. Inglin RC, Meile L, Stavens MJA. Clustering of pan- and core-genome of Lactobacillus provides novel evolutionary insights for differentiation. BMC Genomics 2018; 19: 284.
10. Ouwehand AC, Kirjavaubeb PV, Shortt C, Salminen S. Probiotics: mechanisms and established effects. Int Dairy J 1999; 9: 43-52.
11. Ouwehand AC, Salminen S. In vitro adhesion assays for probiotics and their in vivo relevance: a review. Microbial Ecol Health Dis 2003; 15: 175-184.
12. Paone P, Cani PD. Mucus barier, mucins and gut microbiota: the expected slimy partners. Gut 2020; 69: 2232-2243.
13. Konieczna C, Olejnik-Schmidt A, Schmidt MT. Lactobacillus spp. belonging to the casei group display
a variety of adhesins. Acta Sci Pol Technol Aliment 2018; 17: 69-82.
14. Markowicz C, Olejnik-Schmidt A, Borkowska M i wsp. SpaCBA sequence insteability and its relationship to the adhesion efficiency of Lactobacillus casei group isolates to Caco-2 cells. Acta Bioch Pol 2014; 61: 341-347.
15. Markowicz C, Schmidt MT. Lactobacillus strains belonging to Casei group display various adherence to enterocytes and mucus. Acta Sci Pol Technol Aliment 2015; 14: 247-255.
16. Hurkała J, Lauterbach R, Radziszewska R i wsp. Effect of short-time probiotic supplementation on the abundance of the main constituents of the gut microbiota of term newborns delivered by cesarean section – a randomized, prospective, controlled clinical trial. Nutrients 2020; 12: 3128.
17. Kankainen M, Paulin L, Tynkkynen S i wsp. Comparative genomic analysis of Lactobacillus rhamnosus GG reveals pili containing a human – mucus binding protein. Proc Natl Acad Sci USA 2009; 106: 17193-17198.
18. Plaza-Diaz J, Ruiz-Ojeda FJ, Gil-Campos M, Gil A. Mechanisms of action of probiotics. Adv Nutr 2019; 10: 49-66.
19. Grześkowiak Ł, Collado MC, Mangani C i wsp. Distinct gut microbiota in southeastern African and northern European infants. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2012; 54: 812-816.
20. Zaidi AZ, Moore SE, Okala SG. Impact of maternal nutritional supplementation during pregnancy and lactation on the infant gut or breastmilk microbiota; a systemic review. Nutrients 2021; 13: 1137.
21. Quin C, Gibson DL. Human behavior, not race or geography, is the strongest predictor of microbial succession in the gut bacteriome of infants. Gut Microbes 2020; 11: 1143-1171.
22. Grześkowiak Ł, Grönlund MM, Beckmann C i wsp. The impact of perinatal probiotic intervention on gut microbiota: double-blind placebo-controlled trials in Finland and Germany. Anaerobe 2012; 18: 7-13.
23. Cukrowska B. Probiotyki w profilaktyce i leczeniu chorób alergicznych – przegląd piśmiennictwa. Standard Med, Pediatr 2013; 11: 191-201.
24. Kalliomaki M, Salminen S, Arvilommi H i wsp. Probiotics in primary prevention of atopic disease: a randomized placebo-controlled trial. Lancet 2001; 357: 1076-1079.
25. Kalliomaki M, Salminen S, Poussa T i wsp. Probiotics and prevention of atopic disease: 4-year follow-up of a randomized placebo-controlled trial. Lancet 2003; 361: 1869-1871.
26. Kalliomaki M, Salminen S, Poussa T, Isolauri E. Probiotics during the first 7 years of life: a cumulative risk reduction of eczema in a randomized, placebo-controlled trial. J Allergy Clin Immunol 2007; 119: 1019-1021.
27. Rautava S, Kalliomäki M, Isolauri E. Probiotics during pregnancy and breast-feeding might confer immunomodulatory protection against atopic disease in the infant. J Allergy Clin Immunol 2002; 109: 119-121.
28. Kopp MV, Hennemuth I, Heinzmann A, Urbanek R. Randomized, double-blind, placebo-controlled trial of probiotics for primary prevention: no clinical effects of Lactobacillus GG supplementation. Pediatrics 2008; 121: 850-856.
29. Strus M, Helwich E, Lauterbach R i wsp. Effects of oral probiotic supplementation on gut Lactobacillus and Bifidobacterium populations and the clinical status of low-birth-weight preterm neonates: a multicenter randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Infect Drug Resist 2018; 11: 1557-1571.
30. Pilarczyk-Żurek M, Zwolińska-Wcisło M, Mach T. Influence of Lactobacillus and Bifidobacterium combination on the gut microbiota, clinical course, and local gut inflammation in patients with ulcerative colitis: a preliminary, single-center, open-label study. J Prob Health 2017; 5: 1-6.
Pełna treść artykułu: Agnieszka Olejnik-Schmidt, Kamil Mika, Justyna Geller, Marcin Schmidt. Skuteczność przepisywanych preparatów probiotycznych – znaczenie dowodów naukowych. Lekarz POZ 2021; 7 (6): 421-426.
Termin „probiotyki” rozumiany jest na różne sposoby. Formalnie obowiązuje definicja ustalona przez Światową Organizację Zdrowia (World Health Organization – WHO) oraz Organizację Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (Food and Agriculture Organization of the United Nations – FAO). Według definicji FAO/WHO z 2002 r. uaktualnionej przez International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) w 2014 r. są to żywe mikroorganizmy, które podawane w odpowiednich ilościach przynoszą korzyści zdrowotne gospodarzowi [1]. W ciągu ostatnich dwóch dekad gwałtownie wzrosła popularność bakterii probiotycznych, co wiąże się przede wszystkim ze stale zwiększającą się liczbą dowodów naukowych wskazujących na ich korzystny wpływ na organizm człowieka. Liczne badania potwierdzające skuteczność i bezpieczeństwo probiotyków zaowocowały powstaniem szeregu produktów bogatych w korzystne dla naszego zdrowia mikroorganizmy probiotyczne. Niestety wraz z rozwojem badań potwierdzających skuteczność probiotyków pojawiło się też wiele produktów, które nie spełniają wymaganych kryteriów dla tej grupy preparatów zarówno pod względem jakościowym [2], jak i dowodów naukowych potwierdzających skuteczność. Należy podkreślić, że aby szczep mikroorganizmu mógł zostać uznany za probiotyczny, musi przejść cały szereg badań oraz spełnić określone wymagania. Obecnie na rynku farmaceutycznym znajduje się cała gama preparatów określanych mianem „probiotycznych”, zawierających różne szczepy bakteryjne i drożdże. Trzeba jednak pamiętać, że każdy szczep ma specyficzne właściwości i tym samym inne wskazania do zastosowania. Mówiąc wprost – nie możemy oczekiwać, że ten sam preparat probiotyczny będzie odpowiedni dla pacjentów z biegunką i wzdęciami bądź zaparciami. Dlatego tak ważne przy wyborze probiotyku jest kierowanie się rodzajem szczepu, który ma potwierdzone działanie w danym wskazaniu [3–5]. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na fakt, że tylko niektórym szczepom bakteryjnym można przypisywać korzystne działanie na organizm ludzki. Wiele z oferowanych preparatów to źródła bakterii kwasu mlekowego mogących służyć jedynie wzbogaceniu mikrobioty jelitowej, często o niepotwierdzonych właściwościach nawet w badaniach in vitro. Wśród obecnie dostępnych preparatów probiotycznych najczęściej spotyka się produkty bogate w bakterie kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus spp. lub Bifidobacterium spp. Wykazano, że szczepy należące do tych rodzajów korzystnie wpływają nie tylko na przywrócenie prawidłowego stanu mikrobioty przewodu pokarmowego w trakcie i po antybiotykoterapii, lecz także na inne zaburzenia ze strony układu pokarmowego [5]. Bardzo ważnym aspektem jest ilość żywych bakterii zawarta w danym produkcie probiotycznym, w tym przypadku mówimy o liczbie jednostek tworzących kolonię – JTK (colony-forming units – CFU).
Warto wspomnieć o zmianach, które zaszły w klasyfikacji systematycznej bakterii z rodzaju Lactobacillus spp. Pierwszy gatunek opisano w 1901 r. i w ciągu niemal 120 lat sklasyfikowano ich łącznie 261 [6]. Stanowią one grupę niezwykle liczną i zróżnicowaną zarówno pod względem genetycznym, jak i fenotypowym. Z tego powodu w 2020 r. podjęto decyzję o zmianach w podziale taksonomicznym rodzaju Lactobacillus (Beijerinck 1901 r.). Finalnie w aktualnej nomenklaturze rodzaj ten obejmuje jedynie 25 gatunków. Pozostałe natomiast stały się podstawą do utworzenia nowych systematycznych rodzajów w świecie nauk mikrobiologicznych. Dla przykładu dawny gatunek Lactobacillus plantarum został zaklasyfikowany do nowego rodzaju Lactiplantibacillus plantarum, a dawny Lactobacillus rhamnosus do Lacticaseibacillus rhamnosus. Zmiany w nomenklaturze taksonomicznej nie wpływają jednak na przekazy marketingowe. Powszechnie i bez zmian obowiązuje skrócona wersja nazwy każdego z nowo powstałych rodzajów L., np. L. plantarum czy L. rhamnosus. Dzięki temu zagwarantowany jest klarowny przepływ informacji. Niezmienne pozostaje również oznaczanie szczepów bakterii w każdym z rodzajów [7]. Dlatego składowe nazwy szczepu Lacticaseibacillus rhamnosus KL53A stanowią: w pierwszej kolejności człon nazwy rodzajowej – Lacticaseibacillus, następnie nazwy gatunkowej – rhamnosus oraz oznaczenie literowe szczepu – KL53A – na końcu. W przypadku produktów spożywczych spotyka się czasami nazwy handlowe, np. Bifidus regularis (oznaczające szczep Bifidobacterium animalis DN-173010), co wynika z działalności marketingowej. Nazewnictwa tego typu nie spotyka się w publikacjach naukowych.
Najistotniejszą cechą szczepu probiotycznego jest jego aktywność prozdrowotna w danym wskazaniu. Właściwość ta z założenia jest cechą specyficzną dla konkretnego szczepu i nie można domniemywać jej obecności u innych przedstawicieli tego samego gatunku [5]. Wynika to z bardzo dużego zróżnicowania informacji genetycznej zawartej w genomach bakterii klasyfikowanych do tego samego gatunku. Zmienność ta dotyczy wielkości, organizacji strukturalnej oraz rodzaju niesionej informacji genetycznej [8]. Dla przykładu – na podstawie porównania informacji genetycznej zawartej w 51 genomach szczepów należących do gatunku L. rhamnosus, które kodują po 2788 ±71 genów, zaobserwowano, że tylko 811 genów jest wspólnych (takich samych, tworzących tzw. genom rdzeniowy) u przedstawicieli tego gatunku. Reszta to pula genów (tzw. genom pomocniczy), wśród których są geny kodujące cechy specyficzne dla pojedynczego szczepu lub występujące z różną częstością u niektórych z przedstawicieli tego gatunku. Łącznie zidentyfikowano prawie 4889 „dodatkowych” genów w genomach tych 51 analizowanych szczepów (tzw. pan-genom). Pośród nich ok. 38 to geny nabyte w wyniku transferu horyzontalnego. Porównując informację genetyczną zawartą w genomach 98 szczepów przynależących do pięciu gatunków, według starej nomenklatury, z rodzaju Lactobacillus (L. helveticus, L. reuteri, L. rhamnosus, L. plantarum i L. delbrueckii) – ich wspólne geny to grupa zaledwie 266 genów, natomiast pan-genom liczy łącznie 20 800 genów [9]. Przytoczone powyżej dane dotyczące różnorodności informacji genetycznej w obrębie rodzaju i gatunku bakterii potwierdzają, dlaczego wiele cech jest specyficznych dla pojedynczych szczepów. Są także cechy wspólne dla wielu gatunków należących do tego samego rodzaju oraz cechy charakterystyczne dla przedstawicieli tego samego gatunku (ryc. 1). Dlatego konieczne jest empiryczne potwierdzenie obecności cechy warunkującej właściwość prozdrowotną w przypadku każdego szczepu, który ma być określany mianem probiotycznego.
Podobna właściwość fenotypowa może wynikać z aktywności produktów odmiennych genów. Kolejnym elementem komplikującym możliwość zaistnienia danej cechy jest różnorodność ilościowa decydująca o jej nasileniu oraz uwarunkowanie w wyniku aktywności produktów wielu genów mogących współdziałać, ale także mieć antagonistyczny charakter. Informacje te można podsumować stwierdzeniem, że określenie „probiotyk” może uzyskać konkretny szczep danego gatunku, który ma udowodnione w badaniach klinicznych prozdrowotne działanie w danym wskazaniu, podany w żywej postaci w odpowiedniej dawce.
Zdolność do przylegania
Zdolność do przylegania (adhezji) bakterii probiotycznych do nabłonka to bardzo istotna cecha, która stanowi główne kryterium selekcji w poszukiwaniu nowych probiotyków [10]. Z uwagi na możliwość zastosowania wielu różnych technik oceny przylegania mikroorganizmów do nabłonka i szerokiego spektrum warunków w trakcie takiego eksperymentu wskazane jest, aby ocenę tę stosować w odniesieniu do powszechnie znanych szczepów [11]. Cecha ta warunkuje szereg aktywności prozdrowotnych (ryc. 2), a zarazem pozwala na kolonizację układu pokarmowego, dzięki czemu działanie szczepu probiotycznego może mieć charakter długofalowy. Nabłonek jelitowy jest w stałym kontakcie z treścią jelitową zawierającą wiele antygenów pokarmowych, substancji toksycznych i enzymów oraz różnorodną mikrobiotę.
Na poszczególnych odcinkach komórki nabłonka, w większości składające się z enterocytów, są częściowo lub w całości pokryte warstwą śluzu o różnej grubości, składzie i strukturze [12]. Mikroorganizmy mogą wykazywać selektywną zdolność przylegania do wybranych powierzchni: komórek różnego typu, śluzu czy macierzy międzykomórkowej oraz struktur abiotycznych (np. szkliwo) lub wykazywać taką zdolność wobec wielu substratów. Dodatkowo często jest to cecha specyficzna względem np. komórek danego typu lub na odpowiednim etapie różnicowania, co warunkuje charakter i miejsce ich działania. Jednym ze szczepów probiotycznych o bardzo dużych zdolnościach adhezyjnych jest L. rhamnosus KL53A, który cechuje wyższa zdolność do przylegania zarówno do enterocytów, jak i śluzu od powszechnie znanego szczepu L. rhamnosus GG [13–15]. Dzięki temu szczep KL53A wykazuje wysoką zdolność do kolonizacji i utrzymywania się w przewodzie pokarmowym. Badania kliniczne na grupie 150 noworodków ze szpitala klinicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie potwierdziły jego obecność w kale po upływie miesiąca od zaprzestania suplementacji [16]. Dla szczepu GG kolonizacja została potwierdzona jedynie do 21 dni po zaprzestaniu podawania [17].
Mechanizmy działania probiotyków
Działanie probiotyków może się przejawiać w zapobieganiu i łagodzeniu przebiegu zaburzeń trawiennych, takich jak ostra, szpitalna i związana z antybiotykami biegunka; zaburzeń alergicznych, takich jak atopowe zapalenie skóry (egzema) i alergiczny nieżyt nosa u niemowląt; biegunki związanej z infekcją Clostridium difficile i niektórych zapalnych chorób jelitowych u dorosłych. Ponadto probiotyki mogą stanowić istotny czynnik wspomagający leczenie zaburzeń metabolicznych, w tym otyłości, zespołu metabolicznego, niealkoholowego stłuszczenia wątroby i cukrzycy typu 2. Lista chorób i zaburzeń, w których leczeniu można zastosować wspomaganie mikrobioty jelitowej suplementacją tego typu mikroorganizmami, ciągle się wydłuża [18].
Probiotyki podawane doustnie funkcjonują w obrębie przewodu pokarmowego, ale ich działanie nie ogranicza się do światła przewodu pokarmowego i jego tkanek, lecz poprzez wydzielane metabolity i oddziaływanie z komórkami (w tym zakończeniami nerwów) może mieć także charakter systemowy. Ze względu na istotny udział mikrobiomu jelitowego w patogenezie i przebiegu wielu chorób główne mechanizmy działania probiotyków funkcjonują w obrębie nabłonka jelitowego. Z tego powodu proces przylegania probiotyków do nabłonka stanowi istotny czynnik warunkujący ich potencjał. Może się on przejawiać poprzez wzmocnienie bariery jelitowej, hamowanie adhezji patogenów i/lub ich konkurencyjne wypieranie oraz modulację układu odpornościowego (ryc. 2). Wspomaganie wyzdrowienia w przypadku biegunek o podłożu bakteryjnym lub poantybiotykowym wymaga antybakteryjnej aktywności probiotyków. Ich zdolność do przylegania do nabłonka pozwala na wypieranie patogenów z powierzchni nabłonka oraz zapobieganie ich adhezji. Cecha ta dodatkowo może być wspomagana poprzez produkcję krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA), peptydów bakteriobójczych (bakteriocyn), nadtlenku wodoru czy polisacharydów. Oddziaływanie na enterocyty wzmacnia barierę jelitową poprzez regulację genów kodujących białka zacieśniające połączenia międzykomórkowe (np. E-kadheryny, β-kateniny i zonulinę), natomiast stymulacja komórek układu odpornościowego reguluje procesy zapalne i stymuluje układ odpornościowy (np. produkcję SIgA) [18].
Badania kliniczne
Faktycznej skuteczności szczepu probiotycznego dowodzą jedynie badania kliniczne. Założenia FAO/WHO co do definicji nazwy „probiotyk” jednoznacznie uzależniają jej przyznanie od istnienia dowodów prozdrowotnego działania uzyskanych w badaniach klinicznych [5]. Europejska Agencja ds. Bezpieczeństwa Żywności (European Food Safety Authority – EFSA) zajmuje jeszcze bardziej restrykcyjne stanowisko w tej kwestii, gdyż od października 2016 r. nie zaakceptowała żadnych roszczeń względem żywności probiotycznej, powołując się na brak wystarczających dowodów na probiotyczne działanie deklarowanych szczepów (nieprawidłowości w planowaniu i/lub interpretacji badań klinicznych) wymienianych w składanych wnioskach o oświadczenie zdrowotne.
Najnowsze doniesienia naukowe wskazują dodatkowo, że efekt, który wywiera podawany szczep, zależy od składu mikrobioty jelitowej [19–21]. Przejawia się to różną skutecznością tego samego szczepu probiotycznego w różnych populacjach [22]. Już w 2013 r. prof. B. Cukrowska z Instytutu „Pomnik – Centrum Zdrowia Dziecka” w Warszawie zwracała uwagę, że można zaobserwować różnice w wynikach badań nad skutecznością suplementacji probiotycznej w danym wskazaniu w zależności od różnic geograficznych (populacyjnych) [23]. Najbardziej znamienne było porównanie efektów badań klinicznych suplementacji szczepem L. rhamnosus GG w kierunku obniżenia ryzyka rozwoju atopowego zapalenia skóry (AZS). Pozytywny efekt zaobserwowano w populacji skandynawskiej [24–27], natomiast jego brak w populacji niemieckiej. Co więcej, skutkowała ona wzrostem odsetka zachorowalności na spastyczne zapalenie oskrzeli [28]. Doniesienia te podkreślają kolejny istotny element charakterystyki szczepów probiotycznych – potwierdzenie aktywności szczepu w badaniach klinicznych względem docelowej populacji. Z tego powodu bardzo znamienne są badania kliniczne wykonane na rodzimej populacji wskazujące na efektywność działania danego szczepu probiotycznego. Przykładem takiego szczepu jest L. rhamnosus KL53A. W badaniach klinicznych na polskiej populacji udowodniono bezpieczeństwo jego stosowania w grupie podwyższonego ryzyka, jaką są wcześniaki o niskiej wadze urodzeniowej [29], zdolność do długotrwałej kolonizacji [16, 29] i skuteczność jako terapii uzupełniającej w łagodzeniu objawów klinicznych podczas remisji wrzodziejącego zapalenia jelita grubego [30].
Podsumowując przytoczone powyżej doniesienia naukowe, należy stwierdzić, że w praktyce lekarskiej, zalecając stosowanie suplementacji preparatem probiotycznym jako terapii uzupełniającej, należy brać pod uwagę istnienie dowodów klinicznych na działanie probiotycznego szczepu w danym wskazaniu (określające także dawkę), jego bezpieczeństwo i skuteczność względem populacji docelowej.
Piśmiennictwo
1. Guidelines for the evaluation of probiotics in food. Joint FAO/WHO Working Group Report on Drafting London, Ontario, Canada, 30 April–1 May, 2002. https://www.who.int/foodsafety/fs_management/en/probiotic_guidelines.pdf
2. Zawistowska-Rojek A, Zaręba T, Mrówka A i wsp. Assessment of the microbiological status of probiotic products. Pol J Microbiol 2016; 65: 97-104.
3. de Kivit S, Tobin MC, Forsyth CB i wsp. Regulation of intestinal immune responses through TLR activation: implications for pro- and prebiotics. Front Immunol 2014; 5: 60.
4. Jach M, Łoś R, Maj M, Malm A. Probiotyki – aspekty funkcjonalne i technologiczne. Post Mikrobiol 2013; 52: 161-170.
5. Hill C, Guarner F, Reid G i wsp. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2014; 11: 506-514.
6. Schleifer KH. Family V. Leuconostocaceae. W: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology (The Firmicutes). 2nd ed. De Vos P, Garrity G, Jones D i wsp. (red.). Springer, Dordrecht, Heidelberg, London 2009; 62.
7. Zheng J, Wittouck S, Salvetti E i wsp. A taxonomic note on the genus Lactobacillus: description of 23 novel genera, emended description of the genus Lactobacillus Beijerinck 1901, and union of Lactobacillaceae and Leuconostocaceae. Int J Syst Evol 2020; 70: 2782-2858.
8. Dziewit Ł, Bartosik D. Genomy prokariotyczne w świetle analiz genomicznych. Post Mikrobiol 2011; 50: 87-96.
9. Inglin RC, Meile L, Stavens MJA. Clustering of pan- and core-genome of Lactobacillus provides novel evolutionary insights for differentiation. BMC Genomics 2018; 19: 284.
10. Ouwehand AC, Kirjavaubeb PV, Shortt C, Salminen S. Probiotics: mechanisms and established effects. Int Dairy J 1999; 9: 43-52.
11. Ouwehand AC, Salminen S. In vitro adhesion assays for probiotics and their in vivo relevance: a review. Microbial Ecol Health Dis 2003; 15: 175-184.
12. Paone P, Cani PD. Mucus barier, mucins and gut microbiota: the expected slimy partners. Gut 2020; 69: 2232-2243.
13. Konieczna C, Olejnik-Schmidt A, Schmidt MT. Lactobacillus spp. belonging to the casei group display
a variety of adhesins. Acta Sci Pol Technol Aliment 2018; 17: 69-82.
14. Markowicz C, Olejnik-Schmidt A, Borkowska M i wsp. SpaCBA sequence insteability and its relationship to the adhesion efficiency of Lactobacillus casei group isolates to Caco-2 cells. Acta Bioch Pol 2014; 61: 341-347.
15. Markowicz C, Schmidt MT. Lactobacillus strains belonging to Casei group display various adherence to enterocytes and mucus. Acta Sci Pol Technol Aliment 2015; 14: 247-255.
16. Hurkała J, Lauterbach R, Radziszewska R i wsp. Effect of short-time probiotic supplementation on the abundance of the main constituents of the gut microbiota of term newborns delivered by cesarean section – a randomized, prospective, controlled clinical trial. Nutrients 2020; 12: 3128.
17. Kankainen M, Paulin L, Tynkkynen S i wsp. Comparative genomic analysis of Lactobacillus rhamnosus GG reveals pili containing a human – mucus binding protein. Proc Natl Acad Sci USA 2009; 106: 17193-17198.
18. Plaza-Diaz J, Ruiz-Ojeda FJ, Gil-Campos M, Gil A. Mechanisms of action of probiotics. Adv Nutr 2019; 10: 49-66.
19. Grześkowiak Ł, Collado MC, Mangani C i wsp. Distinct gut microbiota in southeastern African and northern European infants. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2012; 54: 812-816.
20. Zaidi AZ, Moore SE, Okala SG. Impact of maternal nutritional supplementation during pregnancy and lactation on the infant gut or breastmilk microbiota; a systemic review. Nutrients 2021; 13: 1137.
21. Quin C, Gibson DL. Human behavior, not race or geography, is the strongest predictor of microbial succession in the gut bacteriome of infants. Gut Microbes 2020; 11: 1143-1171.
22. Grześkowiak Ł, Grönlund MM, Beckmann C i wsp. The impact of perinatal probiotic intervention on gut microbiota: double-blind placebo-controlled trials in Finland and Germany. Anaerobe 2012; 18: 7-13.
23. Cukrowska B. Probiotyki w profilaktyce i leczeniu chorób alergicznych – przegląd piśmiennictwa. Standard Med, Pediatr 2013; 11: 191-201.
24. Kalliomaki M, Salminen S, Arvilommi H i wsp. Probiotics in primary prevention of atopic disease: a randomized placebo-controlled trial. Lancet 2001; 357: 1076-1079.
25. Kalliomaki M, Salminen S, Poussa T i wsp. Probiotics and prevention of atopic disease: 4-year follow-up of a randomized placebo-controlled trial. Lancet 2003; 361: 1869-1871.
26. Kalliomaki M, Salminen S, Poussa T, Isolauri E. Probiotics during the first 7 years of life: a cumulative risk reduction of eczema in a randomized, placebo-controlled trial. J Allergy Clin Immunol 2007; 119: 1019-1021.
27. Rautava S, Kalliomäki M, Isolauri E. Probiotics during pregnancy and breast-feeding might confer immunomodulatory protection against atopic disease in the infant. J Allergy Clin Immunol 2002; 109: 119-121.
28. Kopp MV, Hennemuth I, Heinzmann A, Urbanek R. Randomized, double-blind, placebo-controlled trial of probiotics for primary prevention: no clinical effects of Lactobacillus GG supplementation. Pediatrics 2008; 121: 850-856.
29. Strus M, Helwich E, Lauterbach R i wsp. Effects of oral probiotic supplementation on gut Lactobacillus and Bifidobacterium populations and the clinical status of low-birth-weight preterm neonates: a multicenter randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Infect Drug Resist 2018; 11: 1557-1571.
30. Pilarczyk-Żurek M, Zwolińska-Wcisło M, Mach T. Influence of Lactobacillus and Bifidobacterium combination on the gut microbiota, clinical course, and local gut inflammation in patients with ulcerative colitis: a preliminary, single-center, open-label study. J Prob Health 2017; 5: 1-6.
Pełna treść artykułu: Agnieszka Olejnik-Schmidt, Kamil Mika, Justyna Geller, Marcin Schmidt. Skuteczność przepisywanych preparatów probiotycznych – znaczenie dowodów naukowych. Lekarz POZ 2021; 7 (6): 421-426.
