Mikrobiota jelitowa to złożony ekosystem liczący nawet 100 bilionów komórek. Liczba komórek bakterii, archeonów, grzybów i innych mikroorganizmów w jelitach jest większa niż liczba komórek w ciele człowieka [1]. Stopniowo odkrywamy kolejne elementy tej fascynującej symbiozy. Korzystne działanie żywych bakterii probiotycznych nie wynika jedynie z samej ich obecności w jelicie. Znaczną część prozdrowotnego działania zawdzięczamy ich metabolitom oraz produktom rozpadu zwanym postbiotykami.

Według aktualnej definicji ISAPP (International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics) z 2021 roku termin „postbiotyk” oznacza preparat nieożywionych drobnoustrojów i/lub ich składników korzystnie wpływających na zdrowie docelowego gospodarza [2]. Innymi słowy postbiotyk nie zawiera żywych mikroorganizmów, ale nadal pozostaje bioaktywny.

​

Rodzaje postbiotyków:

• Nienaruszone, nieożywione komórki drobnoustrojów
• Fragmenty struktur komórkowych mikroorganizmów: ściany komórkowe, egzopolisacharydy
• Metabolity: krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, enzymy, bakteriocyny, witaminy

Jak działają postbiotyki?

Postbiotyki nie wprowadzają nowych mikroorganizmów, ale wspomagają rdzenną mikrobiotę człowieka, wpływając korzystnie zarówno na równowagę mikrobiologiczną jelit, jak i na homeostazę całego organizmu. Wykazują szereg plejotropowych właściwości.  Mechanizmy działania są zależne od rodzaju postbiotyku oraz jego pochodzenia, ale często poszczególne składniki wykazują korzystne właściwości zdrowotne, łącząc różne strategie oddziaływania na organizm.

Modulacja mikrobioty

Postbiotyki mają wpływ na skład mikrobioty, sprzyjając utrzymaniu eubiozy. Fragmenty komórek mikroorganizmów przylegają do nabłonka jelitowego i w ten sposób uniemożliwiają kolonizację patogenów. Ponadto niektóre metabolity wykazują względem nich działanie przeciwdrobnoustrojowe np. związki peptydowe zwane bakteriocynami. Bakterie mogą wytwarzać (zarówno wydzielane zewnątrzkomórkowo jak i związane ze ścianą komórkową) związki powierzchniowo czynne, które zapobiegają tworzeniu i ułatwiają degradację już istniejących biofilmów [3].

Wzmocnienie bariery jelitowej

Dotychczas wśród metabolitów bakteryjnych najbardziej poznane zostały funkcje krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA). Wyróżniamy kwas masłowy, octowy i propionowy. Powstają w wyniku fermentacji niestrawnego włókna pokarmowego. Stanowią niezwykle istotny element w utrzymaniu integralności bariery jelitowej, która składa się z: pojedynczej warstwy komórek nabłonkowych (ściśle ułożonych), śluzu i bakterii komensalnych. Zaburzenie funkcjonowania którejkolwiek ze składowych bariery, może prowadzić do jej nadmiernej przepuszczalności. Kwas masłowy wpływa bezpośrednio na kondycję kolonocytów, ponieważ stanowi dla nich źródło energii oraz nasila wydzielanie ochronnego śluzu. Ponadto, wykazano jego działanie przeciwnowotworowe. Co ciekawe, sprzyja proliferacji prawidłowych komórek nabłonkowych jelita, hamując jednocześnie namnażanie komórek nowotworowych. SCFA wywierają na nabłonek jelitowy efekt troficzny, co oznacza, że przyspieszają procesy gojenia i regeneracji. Wykazują działanie przeciwzapalnie. Ułatwiają także wchłanianie np. wapnia i żelaza [4,5].

Immunomodulacja

Z błoną śluzową jelit związany jest układ tkanki limfatycznej (GALT). Jego znaczenie podkreśla fakt, że zawiera ponad 70% komórek limfatycznych całego organizmu człowieka. Jak wiadomo, istotą w odpowiedzi na patogeny jest zachowanie równowagi układu odpornościowego, gdyż zarówno osłabiona jak i nadmierna reakcja immunologiczna przynosi niekorzystne efekty zdrowotne. Składniki postbiotyków działają regulująco w obrębie GALT. Mogą wpływać na odporność śluzówkową poprzez nasilanie produkcji wydzielniczej immunoglobuliny A – przeciwciała utrudniającego adhezję patogenów do powierzchni nabłonka [6]. Z drugiej strony niektóre frakcje promują proliferację limfocytów Treg, które tonizują nadreaktywność układu odpornościowego i przeciwdziałają rozwojowi alergii, autoagresji czy przewlekłych stanów zapalnych [5].

Wpływ na układ nerwowy

Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe mogą stymulować komórki enterochromafinowe do produkcji serotoniny. Wytworzona w jelitach serotonina jest niezwykle istotna dla funkcjonowania jelitowego układu nerwowego i prawidłowej perystaltyki. W produktach postbiotycznych mogą być także obecne witaminy z grupy B (ryboflawina, kwas foliowy, kobalamina) odgrywające ważną rolę w układzie nerwowym. Z kolei SCFA mogą mieć korzystny wpływ na OUN w kontekście chorób neuropsychiatrycznych (np. depresja, choroba Alzheimera), m.in. poprzez wsparcie integralności bariery krew-mózg [7,8].

Antyoksydacja

Reaktywne formy tlenu, czyli tzw. wolne rodniki, to produkty metabolizmu komórkowego w organizmie człowieka. Są niezbędne w wielu procesach fizjologicznych, m.in. obronie przed patogenami czy w reakcjach biochemicznych. Zanieczyszczenia środowiska, promieniowanie UV, przetworzona żywność, wielolekowość czy stres psychiczny to czynniki, które mogą prowadzić do powstawania zwiększonych ilości wolnych rodników i przekroczenia możliwości antyoksydacyjnych organizmu. Brak równowagi między produkcją i eliminacją wolnych rodników prowadzi do stresu oksydacyjnego, który powoduje uszkodzenia struktur komórkowych i tkanek. Badania pokazują, że wiąże się on zarówno z nasileniem procesów starzenia, jak i rozwojem chorób (m.in. chorób skóry, neurodegeneracyjnych, układu krążenia czy nowotworowych) [9,10]. Nadmiar reaktywnych form tlenu w organizmie może być przyczyną:

• neuro-, nefro- i hepatotoksyczności,
• stanów zapalnych skóry,
• rozwoju nowotworów,
• powstania kardiomiopatii.

Wiele badań donosi o przeciwutleniających właściwościach postbiotyków. Bakterie kwasu mlekowego mogą zmniejszać stres oksydacyjny poprzez wytwarzanie enzymów antyoksydacyjnych takich jak katalaza, peroksydaza glutationowa, dysmutaza nadtlenkowa i oksydaza NADH [11].

Metabolizm lipidów

Postbiotyki mogą pełnić różne funkcje w metabolizmie lipidów i gospodarce węglowodanowej, zmniejszając ryzyko zdarzeń sercowo-naczyniowych. Literatura naukowa najszerzej opisuje rolę krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Wspierają one równowagę metaboliczną, regulując apetyt (wpływ na wydzielanie GLP-1) i obniżając stężenie cholesterolu (nasilenie wydalania kwasów żółciowych) [12]. Zmniejszają także odkładanie tłuszczu w adipocytach [13]. Prozdrowotną aktywność w zaburzeniach metabolicznych wykazują także m.in. egzopolisacharydy czyli zewnątrzkomórkowe związki produkowane przez bakterie, służące im do interakcji z otaczającym środowiskiem. Badania dowodzą, że egzopolisacharydy wytwarzane przez bakterie kwasu mlekowego, mogą zmniejszać wchłanianie cholesterolu, dzięki czemu przyczyniają się do poprawy pracy układu krążenia [5,14].

Dlaczego postbiotyki? 

Zalety

Dotychczas większość badań klinicznych dotyczących wpływu mikrobiomu na zdrowie człowieka koncentrowała się na probiotykach, czyli preparatach zawierających żywe drobnoustroje. Jednak postęp badań wykazał, że wiele z ich korzystnych właściwości zdrowotnych, w rzeczywistości wynika częściowo z działania postbiotycznego. Zaletą postbiotyków jest także większa stabilność, która ułatwia procesy produkcyjne i przechowywanie. Ich bioaktywność nie jest niwelowana przez działanie antybiotyków.  Ponadto jako produkty nieożywione, są obiecującą alternatywą dla probiotyków w przypadkach wymagających zachowania szczególnej ostrożności, tj. u pacjentów ze znacząco obniżoną odpornością (np. podczas leczenia immunosupresyjnego).

Przyszłe kierunki zastosowań 

W miarę postępu badań naukowych poznajemy coraz więcej prozdrowotnych właściwości postbiotyków. Wykazano, że mogą wpływać korzystnie niemal na wszystkie fizjologiczne funkcje ludzkiego organizmu w cyklu całego życia. Różnorodność postbiotyków determinuje szeroki wachlarz ich potencjalnego wykorzystania, które obejmuje profilaktykę i/lub wsparcie leczenia [13, 15, 16]:

• zaburzeń metabolicznych (dyslipidemie, cukrzyca typu 2, otyłość),
• chorób alergicznych,
• chorób skóry (atopowe zapalenie skóry, egzemy, gojenie ran),
• zaburzeń czynnościowych przewodu pokarmowego i chorób zapalnych jelit,
• chorób neurodegeneracyjnych (choroba Alzheimera).

Podsumowując, stopniowe odkrywanie plejotropowych właściwości postbiotyków otwiera drogę do ich wykorzystania w różnych dziedzinach medycyny. Mogą być stosowanene jako uzupełnienie probiotyko- lub farmakoterapii wielu zaburzeń. Istnieje potrzeba prowadzenia dalszych badań, aby dostarczyć więcej precyzyjnych informacji na temat działania poszczególnych rodzajów postbiotyków i w pełni wykorzystać ich prozdrowotne właściwości.

Bibliografia: 

1. Steffen R. Epidemiology of travellers’ diarrhea.  Travel Med. 2017;24:S2–S5
2. Ashkenazi S., Schwartz E., O’Ryan M. Travelers’ diarrhea in children: What have we learnt?  Infect. Dis. J. 2016;35(6):698–700.
3. Leung,Travelers’ Diarrhea: A Clinical Review Recent Pat Inflamm Allergy Drug Discov. 2019 May; 13(1): 38–48.
4. LaRocque R., Harris J.B. Travelers’ diarrhea: Microbiology, epidemiology, and prevention. Available at: https://www.uptodate. com/contents/travelers-diarrhea-microbiology-epidemiology-and-prevention(Accessed on: October 30, 2018).].
5. El-Bahnasawy M., Morsy T.A. Beyond immunization: Travelers’ infectious diseases. 1-Diarrhea.  Egypt. Soc. Parasitol. 2015;45(1):29–42. [http://dx.doi.org/10.12816/0010847]. [PMID: 26012216].
6. Dunn N., Gossman W.G. TravelersDiarrhea.Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK459348/ (Accessed on: September 18, 2018)
7. Mearin F, Zárate N, Sardi JA, et al. Traveler’s constipation. Am J Gastroenterol. 2003; 98:507–509.

Pozostałe artykuły