Производство постбиотиков: использование потенциала микробных метаболитов для применения в здравоохранении (аннотация)Производство постбиотиков: использование потенциала микробных метаболитов для применения в здравоохранении
В последние годы произошел сдвиг парадигмы в нашем восприятии сложной связи между человеческим организмом и огромным сообществом бактерий, обитающих внутри него.
В частности, кишечник человека представляет собой сложную экосистему, в которой обитают триллионы бактерий, необходимых для сохранения нашего здоровья и благополучия. Изучение терапевтических возможностей этих микроорганизмов привлекло значительное внимание в связи с признанием их способности влиять на различные физиологические процессы. Традиционно основной упор делался на прямое применение живых полезных бактерий, обычно называемых пробиотиками, для достижения оздоровительного эффекта. Однако появляющиеся данные свидетельствуют о том, что благоприятные эффекты, приписываемые пробиотикам, могут быть обусловлены не только присутствием жизнеспособных микробов. Скорее, значительная часть их терапевтического воздействия может быть обусловлена производимыми ими метаболитами, называемыми постбиотиками.
Под постбиотиками понимаются биоактивные соединения, образующиеся в результате процесса ферментации пробиотиков или метаболической активности полезных микроорганизмов, обитающих в желудочно-кишечном тракте. Примерами таких молекул являются органические кислоты, пептиды, ферменты и другие метаболиты, обладающие потенциальными преимуществами для здоровья. В отличие от пребиотиков и пробиотиков, постбиотики характеризуются длительным периодом сохранности и повышенной стабильностью из-за того, что в них отсутствуют живые микроорганизмы. Они способны обеспечить хозяину множество преимуществ, включая регулирование иммунной системы, улучшение барьерной функции кишечника и общее оздоровление желудочно-кишечного тракта. Постбиотики, получаемые преимущественно из дрожжей и молочнокислых бактерий, в основном синтезируются в процессе ферментации.
Концепция использования возможностей постбиотической продукции представляет собой смену парадигмы в терапии на основе микроорганизмов. Перенаправив внимание с живых микробов на производимые ими метаболиты, исследователи могут открыть для себя множество инновационных возможностей в области здравоохранения, которые выходят за рамки ограничений, обычно связанных с традиционными пробиотическими подходами. Эта захватывающая область открывает огромные перспективы для разработки целенаправленных мероприятий по борьбе с различными заболеваниями и укреплению здоровья человека.
В целом, данная обзорная статья призвана пролить свет на зарождающуюся область производства постбиотиков и подчеркнуть ее потенциал для революционного изменения подхода к терапии на основе микроорганизмов. Использование возможностей микробных метаболитов открывает новые возможности для улучшения здоровья человека, расширения нашего понимания сложных взаимодействий между хозяином и микробами и, в конечном счете, для создания инновационных и персонализированных подходов к профилактике и лечению заболеваний.
Постбиотики обеспечивают разнообразные преимущества для общего самочувствия, от улучшения иммунитета и пищеварения в кишечнике до демонстрации потенциальных противовоспалительных свойств.
Терапевтические средства
Существуют доказательства того, что постбиотики полезны для здоровья, включая локальное воздействие на определенные эпителиальные ткани кишечника с иммуномодулирующими, противовоспалительными и антибактериальными свойствами, а также системное воздействие на многочисленные органы и ткани с антиканцерогенным и антипролиферативным эффектом, а также профилактику целиакии. Поэтому назрела необходимость в проведении исследований постбиотиков на людях, а также в проверке терапевтического и нетерапевтического воздействия этих биоактивных соединений.
Новые постбиотические составы могут проложить путь к инновационным терапевтическим и профилактическим клиническим стратегиям в различных областях, включая диабет, заживление ран, вспомогательные терапевтические препараты, биоконсервацию продуктов питания, упаковку продуктов питания, управление биопленками, функциональные продукты питания, пищевые добавки и фармацевтические продукты питания.
С помощью передовых технологий проводятся исследования по идентификации и выделению различных постбиотических компонентов, а также их биоактивности для потенциального терапевтического применения в будущей медицине. Эти биологически активные вещества показали свою перспективность в лечении различных медицинских расстройств, включая воспалительные заболевания кишечника, синдром раздраженного кишечника и аллергию. Кроме того, постбиотики могут способствовать поддержанию здоровой микрофлоры кишечника, укрепляя общее здоровье пищеварительной системы.
Поскольку постбиотики нежизнеспособны, они являются более безопасным выбором для людей с ослабленной иммунной системой, которым могут не подойти живые пробиотики. Было обнаружено терапевтическое воздействие постбиотиков, полученных из L. paracasei, на колит у мышей, что привело к значительному снижению маркеров воспаления и улучшению общего состояния кишечника. По мере развития исследований в области постбиотиков ожидается расширение их терапевтического применения, что открывает новые возможности для разработки методов лечения, направленных на улучшение здоровья человека.
Функциональные продукты питания и напитки
Согласно исследованиям, постбиотики обладают противовоспалительными, антиоксидантными и иммуномодулирующими свойствами, способствуя здоровью кишечника и общему благополучию. Например, в недавнем исследовании, посвященном постбиотическому потенциалу метаболитов L. plantarum, было обнаружено, что они могут стимулировать выработку короткоцепочечных жирных кислот, которые, как известно, поддерживают целостность кишечного эпителия. Кроме того, исследования метаболитов, вырабатываемых B. breve, показали, что они способны контролировать метаболизм глюкозы.
Интеграция постбиотиков в функциональные продукты питания и напитки, такие как йогурт, ферментированные напитки или даже закуски, является инновационной стратегией для обеспечения этих преимуществ для здоровья практичным и приятным способом. По мере расширения наших знаний о постбиотиках их включение в обычные продукты питания имеет огромный потенциал для укрепления здоровья кишечника и профилактики различных хронических заболеваний.
Средства личной гигиены
Микробиом кожи состоит из разнообразных грибков, бактерий и вирусов, образующих в совокупности сложную популяцию. Поддержание комменсальных бактерий кожи имеет решающее значение для предотвращения роста патогенных микробов или условно-патогенных микроорганизмов, которые уже присутствуют на коже. Поэтому разработка биоактивных соединений, способных контролировать микробиоту кожи, приобрела большое значение для ученых и косметической промышленности.
Появляются все новые научные данные о том, что метаболиты, вырабатываемые пробиотиками, обладают большим потенциалом для профилактики кожных заболеваний. Согласно научным данным, использование пробиотиков местного действия может снизить количество бактерий, вызывающих акне, включая Staphylococcus epidermidis, S. aureus, Streptococcus pyogenes и Cutibacterium acnes. В последнее время значительное внимание уделяется изучению пробиотиков и постбиотиков для ухода за кожей, поскольку эти органические продукты получили признание благодаря своей удивительной эффективности.
Сельское хозяйство и ветеринария
Постбиотики стали перспективными средствами для улучшения сельскохозяйственной практики и здоровья животных. Постбиотики - это экологически безопасный способ улучшения здоровья почвы и продуктивности сельскохозяйственных культур. Эти вещества способны повышать доступность питательных веществ, бороться с заболеваниями и улучшать рост растений. Постбиотики способствуют повышению жизнеспособности сельскохозяйственных культур к различным стрессовым факторам окружающей среды, таким как засуха и заболевания, за счет поддержания сбалансированного сообщества почвенных микроорганизмов. Кроме того, применение постбиотиков в сельском хозяйстве согласуется с растущим стремлением к органическому и экологичному земледелию.
Постбиотики продемонстрировали значительные перспективы для улучшения здоровья кишечника и общего самочувствия животных. В первую очередь постбиотики дают преимущества скоту при кормлении. Эти вещества помогают регулировать численность бактерий в кишечнике, способствуя созданию среды, подходящей для пищеварения и усвоения питательных веществ. Животные с более здоровым кишечником имеют более высокие показатели роста, эффективности откорма и устойчивости к заболеваниям.
Кроме того, использование постбиотиков в качестве замены антибиотиков в животноводстве решает проблему резистентности к антибиотикам и способствует созданию здоровых мясных продуктов. Значение микробных популяций в повышении производительности и снижении воздействия на окружающую среду традиционных сельскохозяйственных операций, применение постбиотиков как в сельском хозяйстве, так и в животноводстве демонстрирует целостный подход к экологически рациональной практике.
Достижения в области технологий производства постбиотиков
Для определения жизнеспособности постбиотиков, поддерживающих здоровье ЖКТ, необходимы дальнейшие исследования на животных моделях и клинические испытания на людях. Согласно исследованиям постбиотики превосходят пробиотики из-за их положительного влияния на здоровье и низкого риска введения живых бактерий. В частности, наибольшую пользу от этого получат недоношенные новорожденные и дети со слабой иммунной системой. Некротизирующий энтероколит, тяжелое кишечное заболевание, поражающее недоношенных детей или новорожденных с очень низкой массой тела, в настоящее время лечится с помощью микробных метаболитов. Кроме того, постбиотики помогают в лечении таких заболеваний, как рассеянный склероз и болезнь Альцгеймера, для которых в настоящее время не существует эффективных лекарств.
Постбиотики и множество других смежных методов лечения получили выгоду от множества исследований в области микробиомно-направленной диеты и медикаментов. Будут появляться новые постбиотики, как внутри, так и за пределами существующих классификаций, испытывая на прочность границы науки и законодательства. Многочисленные метаболиты будут получены из новых источников, удовлетворяющих экономическим и экологическим целям, для выполнения различных композиционных и функциональных задач в микробиоме.
Постбиотики могут усиливать биологическое воздействие пробиотиков на организм хозяина. Поскольку постбиотики образуются, когда бактерии питаются пребиотиками, диета, богатая пробиотическими и пребиотическими продуктами, может помочь обеспечить кишечник достаточным количеством этих важнейших питательных веществ. Ожидается, что в будущем, по мере накопления знаний о постбиотиках, клинические исследования будут меняться, уделяя больше внимания их составу, а также биоактивности. Будущие исследования должны быть направлены на выявление связи между эффектами постбиотиков для здоровья и их уникальными механизмами, поскольку постбиотики постоянно модифицируются.
Интеграция с прецизионной медициной
Еще одной передовой темой постбиотических исследований является разработка прототипов "прецизионных постбиотиков" для эффективной терапевтической и профилактической медицины. В отличие от универсального фармакологического вмешательства, прецизионная медицина ставит во главу угла оказание медицинской помощи, которая индивидуализируется и подстраивается под уникальные характеристики и требования каждого пациента. Поэтому создание постбиотиков для лечения конкретных заболеваний в определенных подгруппах пациентов представляется весьма увлекательным занятием.
Было доказано, что у здоровых детей применение постбиотиков при различных заболеваниях или для укрепления общего здоровья является эффективным; однако из-за противоречивых результатов исследований, посвященных различным причинам диареи, эту практику следует использовать с осторожностью, особенно у детей. В этих исследованиях постбиотики показали благоприятные результаты при лечении диареи, в отличие от результатов, полученных при диарее у взрослых. В некоторых исследованиях в составе продуктов присутствовали пребиотики, поэтому при оценке результатов этих исследований следует проявлять осторожность.
Возможности коммерциализации
Рынок биотиков продолжает развиваться. В то время как потребители хорошо понимают, что такое пробиотики, необходимо повысить осведомленность о пребиотиках и постбиотиках. Постбиотики становятся более очевидными для профессионалов отрасли после того, как в 2021 году Международная научная ассоциация пробиотиков и пребиотиков (ISAPP) дала им определение.
Постбиотики из Lactobacillus обладают множеством свойств, включая антибактериальную и антиоксидантную активность, антибиофильную способность, а также определенные преимущества для здоровья и медицинское применение для людей; тем не менее, коммерчески доступных постбиотиков для применения в пищевой промышленности не существует. Ряд препятствий мешает использованию постбиотиков в пищевых технологиях, включая проблемы безопасности, недостаточное количество клинических испытаний in vivo и коммерчески доступных постбиотиков для использования человеком.
В настоящее время в продаже имеется множество постбиотиков, которые могут использоваться не только в пищевых продуктах, но мало что известно о том, как их анализировать и что влияет на производство каждого постбиотического соединения. Этот недостаток знаний может помешать будущим исследованиям и широкому применению в пищевой промышленности. Отдельные растворимые компоненты конкретных бактерий могут превратиться в группу биологических стратегий, используемых для лечения различных недугов, но соединить науку и бизнес крайне сложно.
Ферментированные продукты стали основным источником пробиотиков в коммерческих продуктах с целью укрепления здоровья кишечника, несмотря на то, что большинство потребителей не знают о наличии в них микробных компонентов. Низин, бактериоцин, получаемый из постбиотиков, получил значительное признание благодаря своему широкому коммерческому применению в качестве биоконсерванта. Антимикробный пептид низин синтезируется в результате метаболической активности консорциума грамположительных бактерий, в частности, относящихся к родам Lactococcus и Streptococcus. Низин, синтезируемый бактерией Lactococcus lactis, продемонстрировал заметную эффективность в ингибировании образования биопленок и антимикробную активность против различных патогенных микроорганизмов полости рта. Следовательно, он перспективен в качестве потенциального постбиотического средства для использования человеком, направленного на поддержание здорового и полезного микробиома полости рта.
Эта обзорная статья посвящена сложной сфере постбиотиков и предлагает всестороннее изучение их производства, механизмов действия и различных областей применения, особенно подчеркивая их влияние на здоровье и благополучие человека. Рассмотрение различных методологий производства, включая ферментацию, ферментативное преобразование и методы синтетической биологии, подчеркивает удивительную многогранность постбиотических образований.
Обзор предлагает "дорожную карту" для развития этой отрасли путем преодоления трудностей, связанных с оптимизацией производства, повышением стабильности и обеспечением безопасности. Представленная здесь информация не только расширяет наши представления о постбиотиках, но и раскрывает их потенциал для изменения ландшафта разработки лекарственных препаратов и функциональных пищевых ингредиентов. Предложенные в обзоре идеи утверждают, что постбиотики являются важным компонентом в поиске инновационных и экологически безопасных вариантов обеспечения благополучия человека, поскольку научное сообщество продолжает разгадывать тонкости микробиома. Наконец, разнообразные перспективы, представленные в этой статье, вносят вклад в расширяющийся корпус исследований, определяющих будущее постбиотиков как преобразующего фактора в сфере здравоохранения и питания.
