POSTBIOTYKI: czym są i jak działają?

Indeks:

• Jak działają postbiotyki?
• Modulacja mikrobioty
• Wzmocnienie bariery jelitowej
• Immunomodulacja
• Wpływ na układ nerwowy
• Antyoksydacja
• Metabolizm lipidów
• Dlaczego postbiotyki?
• Przyszłe kierunki zastosowań

16 minut czytania

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.

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.

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.

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.

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. Gill SR, Pop M, DeBoy RT, et al. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome. Science. 2006;312(5778):1355-1359.
2. Salminen S., Collado M.C., Endo A. i wsp.: The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol., 2021; 18 (9): 649–667
3. Ma, L.; Tu, H.; Chen, T. Postbiotics in Human Health: A Narrative Review. Nutrients 2023, 15, 291.
4. Barbara Kuczyńska, Agnieszka Wasilewska, Maciej Biczysko, Tomasz Banasiewicz, Michał Drews. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe – mechanizmy działania, potencjalne zastosowania kliniczne oraz zalecenia dietetyczne. Nowiny Lekarskie 2011, 80, 4, 299–304.
5. Prajapati N, Patel J, Singh S, Yadav VK, Joshi C, Patani A, Prajapati D, Sahoo DK, Patel A. Postbiotic production: harnessing the power of microbial metabolites for health applications. Front Microbiol. 2023 Dec 19;14:1306192.
6. Szydłowska, A.; Sionek, B. Probiotics and Postbiotics as the Functional Food Components Affecting the Immune Response. Microorganisms 2023, 11, 104.
7. Salminen, S., Collado, M.C., Endo, A. et al. The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 18, 649–667 (2021).
8. Sun Y, Zhang H, Zhang X, Wang W, Chen Y, Cai Z, Wang Q, Wang J, Shi Y. Promotion of astrocyte-neuron glutamate-glutamine shuttle by SCFA contributes to the alleviation of Alzheimer's disease. Redox Biol. 2023 Jun;62:102690.
9. Hajam, Y.A.; Rani, R.; Ganie, S.Y.; Sheikh, T.A.; Javaid, D.; Qadri, S.S.; Pramodh, S.; Alsulimani, A.; Alkhanani, M.F.; Harakeh, S.; et al. Oxidative Stress in Human Pathology and Aging: Molecular Mechanisms and Perspectives. Cells2022, 11, 552.
10. Nakai, K.; Tsuruta, D. What Are Reactive Oxygen Species, Free Radicals, and Oxidative Stress in Skin Diseases? J. Mol. Sci.2021, 22, 10799.
11. Yasmina Bourebaba, Krzysztof Marycz, Malwina Mularczyk, Lynda Bourebaba. Postbiotics as potential new therapeutic agents for metabolic disorders management. Biomedicine & Pharmacotherapy, Volume 153,2022, 113138, ISSN 0753-3322
12. Nagpal R., Wang S., Ahmadi S., Hayes J., Gagliano J., Subashchandrabose S.,Kitzman D.W., Becton T., Read R., Yadav H. 2018 Human-origin probiotic cocktail increases short-chain fatty acid production via modulation of mice and human gut microbiome. Sci Rep, 8:649.
13. Park, M.; Joung, M.; Park, J.-H.; Ha, S.K.; Park, H.-Y. Role of Postbiotics in Diet-Induced Metabolic Disorders. Nutrients 2022, 14, 3701.
14. Żółkiewicz J, Marzec A, Ruszczyński M, Feleszko W. Postbiotics-A Step Beyond Pre- and Probiotics. Nutrients. 2020 Jul 23;12(8):2189.
15. Scarpellini, E.; Rinninella, E.; Basilico, M.; Colomier, E.; Rasetti, C.; Larussa, T.; Santori, P.; Abenavoli, L. From Pre- and Probiotics to Post-Biotics: A Narrative Review. J. Environ. Res. Public Health 2022, 19, 37.
16. Sunita Aggarwal, Vandana Sabharwal, Pragya Kaushik, Anushka Joshi, Aayushi Aayushi, Manjula Suri. Postbiotics: From emerging concept to application.