Naukowcy coraz lepiej poznają ludzką mikroflorę. Przy pomocy zaawansowanej technologii oznaczane są poszczególne szczepy wchodzące w jej skład oraz obserwowane są współzależności między różnymi mikroorganizmami, tworzącymi dynamiczną równowagę.
Świat wewnątrz nas
Mało kto zastanawia się nad skalą kolonizacji naszych ciał przez złożony zespół mikroorganizmów. Jak udało się ustalić badaczom, ludzki organizm składa się z około 37 bilionów komórek, zaś każdego z nas zasiedla na zewnątrz jak i od środka ponad 1500 różnych gatunków mikroorganizmów, liczących blisko 100 bilionów komórek[1].
Oznacza to, że zasiedlający nas mikrobiom wielokrotnie przewyższa liczebność komórek własnych gospodarza a ich masa odpowiada przeciętnie 1,5 – 2 kg. Mikroorganizmy, żyjąc w tak bliskim kontakcie z naszym ciałem, oddziałują na nie w złożony sposób. Największą część ludzkiego mikrobiomu stanowią bakterie zasiedlające światło jelit. Zainteresowanie środowisk naukowych dotyczy zarówno całościowej ludzkiej mikroflory jelitowej, jak i probiotyków, będących bakteriami pożytecznymi dla bakterii gospodarza. Obiektem badań są oddziaływania pomiędzy szczepami probiotycznymi a organizmem gospodarza.
Od kilkudziesięciu lat prowadzone są badania laboratoryjne z wykorzystaniem różnych szczepów bakterii probiotycznych in vitro. Służące między innymi identyfikacji poszczególnych szczepów, określeniu ich optymalnych warunków wzrostu oraz reakcji na czynniki stresowe. Jednocześnie wykonywane są prace badawcze nad właściwościami szczepów probiotycznych in vivo – na modelach zwierzęcych oraz testy kliniczne na grupach ochotników. W badaniach tych dominują dwa obszary: dotyczące zdrowia układu pokarmowego człowieka oraz wpływu na jego układ odpornościowy
Lactobacillus rhamnosus LGG®
Prace nad szczepami probiotycznymi rozpoczęto już w połowie lat 80 ubiegłego wieku. Jako jeden z pierwszych wyizolowano i przebadano szczep Lactobacillus rhamnosus, LGG® (oznaczenie LGG® jest używane jako znak towarowy).
W chwili obecnej szczep ten stał się najlepiej udokumentowanym szczepem probiotycznym na świecie. Jako pierwsi wyizolowali go w 1985 roku Gorbach i Goldin spośród naturalnie występujących bakterii mlekowych. Od tego czasu szczep LGG® został kompleksowo przebadany in vitro, in vivo i na ludziach.
Dostępnych jest 1300 publikacji naukowych poświęconych LGG®, z których ponad 300 prac opisuje badania kliniczne określające wpływ tego szczepu na zdrowie ludzi.
Aspekt ten obejmuje przede wszystkim wpływ na układ odpornościowy i zdrowie przewodu pokarmowego u dzieci i dorosłych.
O tym jak dobrze poznanym jest szczep LGG® świadczy publikacja jego pełnego genomu na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA w 2009 roku[2]
Działanie probiotyczne
Zgodnie z przyjętą definicją szczep by został określony jako probiotyczny musi spełniać pewne kryteria. Przede wszystkim w momencie podania musi zawierać żywe mikroorganizmy. Obecnie większość organizmów probiotycznych to bakterie, należące do rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium.
Ponadto po podaniu doustnym mikroorganizmy te muszą w mierzalny sposób korzystnie wpływać na organizm gospodarza. Probiotyki muszą być także podawane w zdefiniowanej dawce, która została określona na podstawie prób klinicznych, gwarantującą korzyści zdrowotne dla osoby je zażywającej [3].
W świetle przedstawionych kryteriów szczep LGG® bez wątpienia można zaliczyć w poczet szczepów probiotycznych. Zakres korzystnego oddziaływania jest specyficzny dla każdego szczepu i nie może być uogólniany na cały gatunek.
Zgodnie z danymi uzyskanymi w trakcie badań klinicznych różne szczepy w obrębie jednego gatunku mogą wykazywać różne efekty probiotyczne. Dlatego niezbędne jest udokumentowanie danych cech, bezpieczeństwa i skuteczności probiotyku na poziomie szczepu (np. Lactobacillus rhamnosus, LGG®) nie tylko na poziomie gatunku (np. Lactobacillus rhamnosus).
Szczep LGG® – co o nim wiemy
Dla przypomnienia, rodzaj Lactobacillus tworzą Gram-dodatnie, nieruchliwe i niewytwarzające form przetrwalnikowych, fakultatywnie beztlenowe bakterie kwasu mlekowego.
Mikroorganizmy te powszechnie zasiedlają ludzki przewód pokarmowy i drogi rodne. Szczep LGG® pierwotnie w taksonomii uznany był za szczep Lactobacillus acidophilus i został nazwany Lactobacillus GG na cześć badaczy, którzy wyizolowali szczep (SL Gorbach i BR Goldin). Później, w miarę poprawy metod taksonomicznych, szczep ten został przeklasyfikowany jako Lactobacillus rhamnosus, LGG® i obecnie ta nazwa jest obowiązująca.
Omawiany szczep po raz pierwszy został wyizolowany w połowie lat ‘80 z próbki kału zdrowego dorosłego człowieka [4]. Badacze dobrali go w oparciu o kilka kryteriów. Przede wszystkim miał on charakteryzować się korzystnymi dla zdrowia ludzkiego cechami swoistymi dla bakterii kwasu mlekowego, być stabilny i tolerancyjny zarówno na działanie kwasu solnego jak i żółci a ponadto dobrze znosić proces liofilizacji [5].
Z punktu widzenia producentów żywności istotnym było, by dobrany szczep nie zmieniał smaku ani wyglądu produktu, do którego jest dodawany i był w stanie przetrwać w takich produktach oraz suplementach przez pewien czas zanim zostanie spożyty lub przyjęty.
Wszystkie te wyżej wymienione cechy są spełnione przez szczep LGG®, który jest wykorzystywany w przemyśle spożywczym od 1990 roku na całym świecie [6]. Jego obecność można znaleźć między innymi w mieszankach dla niemowląt, suplementach diety i fermentowanych produktach mlecznych.
Szczep LGG® – działanie w przewodzie pokarmowym
Istotną cechą szczepów probiotycznych jest ich odporność na działanie kwasu żołądkowego i żółci. Szczep LGG® został wielokrotnie przebadany w warunkach in vitro pod kątem tolerancji zmieniającego się pH analogicznym do zmian środowiska w świetle przewodu pokarmowego.
Szczep ten nie jest znacząco wrażliwy na fizjologiczne zmiany pH w miejscu bytowania. Świadczą o tym wyniki badania, w którym naukowcy poddali omawiany szczep ekspozycji na działanie kwasu przy pH równym 2,5 przez 2h (po tym czasie przy życiu pozostało 73% badanej populacji LGG®) i 0,3% lub 1% żółci przez taki sam okres (odnotowano 81% przeżywalność)[7].
Ponadto szczep LGG® wykazuje dobrą zdolność przyczepności do błony śluzowej jelita. Zdolność tą umożliwiają mu charakterystyczne rzęski zwane pilus, dzięki którym znacznie skuteczniej w porównaniu do innych szczepów kolonizuje te powierzchnie [8]. Pozwala to na prawidłową jej kolonizację przez bakterie szczepu LGG®, co sprzyja hamowaniu rozwoju mikroorganizmów patogennych, wzmocnienie funkcji bariery jelitowej. Jednocześnie silnie pobudza interakcje immunologiczne i stymuluje komórki odpornościowe.
Zdolność adhezji czyli przyczepności do błony śluzowej jelita oraz odporność na działanie kwasu solnego i żółci odgrywa kluczową rolę w mechanizmie hamowania rozwoju patogenów.
Ponadto szczepy probiotyczne takie jak LGG® wytwarzają szereg substancji (kwas mlekowy, bakteriocyny) ograniczających wzrost patogenów. Aktywnie współzawodniczą o składniki odżywcze lub miejsca przyczepiania się (śluz, receptory komórkowe), degradują toksyny wytwarzane przez konkurentów i jednocześnie indukują odpowiedź immunologiczną gospodarza.
W pracach in vitro wykazano, że wysoka koncentracja szczepu LGG® może hamować rozwój szczepów E. coli, Streptococcus, Pseudomonas, Salmonella, Bacteroides fragilis i Clostridium [9]
LGG® a odporność organizmu
Interakcja z układem odpornościowym jest kolejnym ważnym mechanizmem charakterystycznym dla probiotyków [10]. Badacze szacują, że 70% do 80% komórek odpornościowych ludzkiego organizmu zlokalizowanych jest w przewodzie pokarmowym [11].
Duże znaczenie dla kształtowania odporności ma obecność drobnoustrojów zasiedlających jelita oraz tymczasowa ich kolonizacja przez probiotyki. Zdolność do interakcji probiotyków z komórkami odpornościowymi odbywa się w bardzo złożony sposób.
Udowodniono w oparciu o liczne badania in vitro, że szczep LGG® moduluje odpowiedź immunologiczną ustroju, co pomaga zwiększyć odporność i poprawić tolerancję względem alergenów. Co ciekawe, nawet obumarłe komórki bakterii probiotycznych, które zginęły w wyniku procesu trawienia, mają potencjał immunomodulacyjny. Do światła jelita uwalniane są fragmenty genomu probiotyku, które są w stanie oddziaływać wyciszająco w stosunku do cząsteczek wyzwalających reakcje alergiczne gospodarza [13], [14].
Immunologiczne mechanizmy modulujące szczepu LGG® zostały szczegółowo opisane i udokumentowane w literaturze naukowej na podstawie przeprowadzonych badań klinicznych. W oparciu o nie stwierdzono, że LGG® wykazuje pozytywne efekty w obszarze układu pokarmowego i oddechowego [15] , kondycji skóry [16], ma także zdolność wyciszania reakcji immunologicznej na działanie niektórych alergenów [17].
LGG® w badaniach klinicznych
Biegunki u dzieci
Zgodnie z wynikami prac naukowych, szczep LGG® wykazuje dużą przeżywalność w świetle przewodu pokarmowego oraz dobrą przyczepność do błon śluzowych jelita. Sprzyja to wybieraniu go jako probiotyku wykorzystywanego w badaniach klinicznych analizujących obronę przewodu pokarmowego przed patogenami [18].
Większość tych prac została przeprowadzona wśród dzieci cierpiących z powodu biegunek bakteryjnych. Zakaźne biegunki wśród tej grupy populacyjnej są poważnym problemem w skali światowej i przyczyniają się do kilku milionów zgonów rocznie (FAO / WHO 2001).
Najsilniejsze dowody na korzystny wpływ określonych szczepów probiotycznych na obronę przed patogenami w przewodzie pokarmowym zostały ustalone przy użyciu LGG®, głównie u dzieci dotkniętych rotawirusami (FAO / WHO 2001). Szacuje się, że zakażenia szpitalne mogą przedłużać czas hospitalizacji pogarszać wyniki leczenia i przyczyniać się do zwiększonej oporności drobnoustrojów na leki, co znacząco podnosi nakłady finansowe na opiekę zdrowotną [19].
Mali pacjenci szpitalni stosunkowo często zakażają się rotawirusami powodującymi biegunki. W badaniu [20] hospitalizowanym dzieciom badacze podawali preparat probiotyczny w dawce 6×109 CFU / dzień LGG® i mikroelementy (witamina B, C i cynk). Wyniki badania wykazały, że wśród dzieci, którym podawano LGG® mniej z nich cierpiało z powodu zakażeń szpitalnych a czas ich hospitalizacji był krótszy w porównaniu do grupy kontrolnej.
Podobne wnioski przyniosło inne badanie [21], gdzie w grupie LGG® ryzyko biegunki szpitalnej wśród obserwowanych dzieci było znacznie zmniejszone w porównaniu z grupą kontrolną.
W przypadku biegunek rotawirusowych badacze podawali małym pacjentom jogurt z dodatkiem 1010-1011 CFU dwa razy dziennie przez okres 5 dni, zaś w grupie kontrolnej wyłącznie pasteryzowany jogurt [22]. Czas trwania biegunki był zauważalnie krótszy w grupach LGG®.
Potwierdzenie korzystnego działania szczepu LGG® odnotowano także w przeprowadzonych metaanalizach [23], [24]. Stwierdzono w nich, że podawanie preparatów z LGG® dzieciom, znacznie skróciło czas trwania biegunki w porównaniu z placebo lub braku leczenia.
Grupa badana krócej była hospitalizowana a objawy biegunkowe rotawirusowego zapalenia żołądka i jelit były słabsze w porównaniu do grupy kontrolnej. Na podstawie powyższych analiz można stwierdzić, że szczep LGG® może mieć korzystny wpływ na obronę immunologiczną przed patogenami w przewodzie pokarmowym u niemowląt i dzieci.
Biegunka podróżnych
Częstą dolegliwością podróżnych związaną ze zmianą flory bakteryjnej w miejscu docelowym są objawy biegunkowe. W szczególności kraje egzotyczne, w których panują wysokie temperatury a standardy higieniczne nie są wysokie, turystów dotyka tak zwana biegunka podróżnych.
Jak wykazano w kilku pracach [25], [26] probiotyki takie jak szczep LGG® mogą ograniczać objawy biegunkowe. Badacze podawali podróżującym ochotnikom preparaty zawierające 2×109 CFU / dzień LGG® lub placebo. Z zebranych danych wynika, że osoby stosujące probiotyk rzadziej cierpiały z powodu ostrej biegunki w czasie pobytu w porównaniu do osób z grupy kontrolnej. Wyniki świadczą, że LGG® może pomóc w utrzymaniu prawidłowej pracy żołądka i jelit oraz prawidłowej konsystencji stolca podczas podróży.
Biegunka poantybiotykowa
Terapia antybiotykowa nie jest wybiórcza pod względem oddziaływania na mikroorganizmy zasiedlające organizm gospodarza. Eliminacji podlegają zarówno bakterie patogenne jak i bakterie komensalne, zaburzając w ten sposób równowagę ekologiczną między gospodarzem a mikrobiotą [27].
Podawanie antybiotyków często powoduje skutki uboczne, takie jak ból brzucha i biegunka. Jednym z najczęstszych zastosowań probiotyków jest ograniczenie dolegliwości żołądkowo-jelitowych, a także zwiększenie częstotliwości i poprawienie konsystencji stolca w związku z leczeniem antybiotykami.
Wśród osób przyjmujących antybiotyki badacze wyodrębnili grupę badaną, której podczas leczenia podawano kapsułki z LGG® w dawce 2×1010 CFU/ dobę. W ciągu dwóch tygodni leczenia przeciwdrobnoustrojowego częstość występowania biegunki była znacznie niższa w grupie LGG® (5%) w porównaniu z grupą kontrolną otrzymującą placebo (16%, p = 0,05) [28].
Łagodzenie objawów dyskomfortu trawiennego
Stosowanie preparatów LGG® skojarzonych z innym szczepem probiotycznym BB-12® przynosiło także wymierne korzyści zdrowotne podczas terapii zakażeń H. Pylori u dorosłych.
Osoby z grupy badanej rzadziej uskarżały się na biegunki, wzdęcia i nudności [29]. Preparaty BB-12® były pomocne także przy normalizacji pracy przewodu pokarmowego u osób zdrowych uskarżających się z powodu dyskomfortu w obrębie jamy brzusznej, wzdęć, bólów brzucha o różnym nasileniu.
Do najczęstszych przyczyn tych objawów należą czynniki dietetyczne oraz przyjmowane leki. U części populacji powyższe objawy towarzyszą zespołowi jelita nadwrażliwego IBS. Zmniejszenie dyskomfortu żołądkowo-jelitowego jest uważane za wskaźnik poprawy funkcji przewodu pokarmowego, co znacząco poprawia komfort życia. Badania kliniczne z zastosowaniem dawek probiotycznych w zakresie od 1×109 do 6×109 CFU / dzień, wykazało korzystny wpływ LGG® na ograniczenie bólu brzucha lub dyskomfort u niemowląt i dzieci.
Bezpieczeństwo stosowania
LGG® jest uważany za bezpieczny zarówno przez amerykańskie (the Food and Drug Administration (FDA) jak i europejskie European Food Safety Authority (EFSA) organizacje zajmujące się bezpieczeństwem żywności.
Pozytywna opinia organizacji kontrolujących jakość i bezpieczeństwo żywności wynika z dostępności szczegółowej dokumentacji naukowej opartej o badania kliniczne oraz długiej historii bezpiecznego stosowania gatunku Lactobacillus i jego szczepów u ludzi.
Szczep LGG® stosowany jest powszechnie w przemyśle spożywczym i od ponad 30 lat regularnie spożywany jest przez wiele milionów osób na świecie. Na podstawie dostępnych informacji można stwierdzić, że Lactobacillus rhamnosus, LGG® jest bezpieczny w stosowaniu zgodnie z przeznaczeniem i może być składnikiem codziennej diety wraz z fermentowanymi produktami mlecznymi, żywnością wzbogaconą, specjalnego przeznaczenia żywieniowego oraz w formie suplementów diety przez osoby zdrowe, w tym także noworodki.
Podsumowanie
Szczep probiotyczny LGG® posiada udokumentowany szereg korzystnych skutków zdrowotnych, co potwierdzają liczne badania kliniczne. Został on najlepiej przebadany w odniesieniu do obrony immunologicznej przed patogenami w przewodzie pokarmowym u dzieci oraz z aspekcie skutków ubocznych związanych z antybiotykoterapią osób dorosłych. Dobrze poznano jego działanie modulujące w odniesieniu do zdrowia układu oddechowego i wpływu na odpowiedź immunologiczną w obecności niektórych alergenów.
Bezpieczeństwo długotrwałego stosowania LGG® zostało wykazane w kilku badaniach. LGG® jest uważany za bezpieczny ze względu na zamierzone zastosowanie jako składnik żywności i suplementów diety przeznaczonych do spożycia przez zdrową populację, w tym niemowlęta.
Źródła:
[1] Nielsen HB, Almeida M, Juncker AS et al. Identification and assembly of genomes and genetic elements in complex metagenomic samples without using reference genomes. Nat Biotechnol 2014; 32(8):822-828
[2] Kankainen M, Paulin L, Tynkkynen S, et al. Comparative genomic analysis of Lactobacillus rhamnosus GG reveals pili containing a human mucus binding protein. Proc Natl Acad Sci USA 2009; 106:17193-17198
[3] Hill C, Guarner F, Reid G et al. Expert consensus document. 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
[4] Gorbach SL. The Discovery of Lactobacillus GG. Nutrition today. 1996; 31(6):2S-4S
[5] Doron S, Snydman DR, Gorbach SL. Lactobacillus GG: Bacteriology and Clinical Applications. Gastroenterol Clin N Am 2005; 34:483–498
[6] Salminen MK, Tynkkynen S, Rautelin H et al. Lactobacillus bacteremia during a rapid increase in probiotic use of Lactobacillus GG in Finland. Clin Infect Dis 2002; 35(10):1155-1160
[7] Mandal H, Jariwala R, Bagchi T. Isolation and characterization of lactobacilli from human faeces and indigenous fermented foods for their potential application as probiotics. Can J Microbiol 2016; 62(4):349-359
[8] Rasinkangas P, Reunanen J, Douillard FP et al. Genomic characterization of non-mucus-adherent derivatives of Lactobacillus rhamnosus GG reveals genes affecting pilus biogenesis. Appl Environ Microbiol 2014; 80(22):7001-7009
[9] Silva M, Jacobus NV, Deneke C et al. Antimicrobial substance from a human Lactobacillus strain. Antimicrob Agents Chemother 1987; 31(8):1231-1233
[10] Bron A, van Baarlen P, Kleerebezem M. Emerging molecular insights into the interaction between probiotics and the host intestinal mucosa. Nat Rev Microbiol 2011; 10(1):66-78
[11] Vighi G, Marcucci F, Sensi L et al. Allergy and the gastrointestinal system. Clin Exp Immunol 2008; 153(Supp 1):3-6
[12] Macpherson AJ, Harris NL. Interactions between commensal intestinal bacteria and the immune system. Nat Rev Immunol 2004; 4(6):478-85
[13] Iliev ID, Kitazawa H, Shimosato T et al. Strong immunostimulation in murine immune cells by Lactobacillus rhamnosus GG DNA containing novel oligodeoxynucleotide pattern. Cell Microbiol 2005; 7(3):403-414
[14] Iliev ID, Tohno M, Kurosaki D et al. Immunostimulatory oligodeoxynucleotide containing TTTCGTTT motif from Lactobacillus rhamnosus GG DNA potentially suppresses OVA-specific IgE production in mice. Scand J Immunol 2008; 67(4):370-376
[15] Vlasova AN, Kandasamy S, Chattha KS et al. Comparison of probiotic lactobacilli and bifidobacteria effects, immune responses and rotavirus vaccines and infection in different host species. Vet Immunol Immunopathol 2016; 172:72–84
[16] Kalliomäki M, Salminen S, Arvilommi H et al. Probiotics in primary prevention of atopic disease: a randomized placebo-controlled trial. Lancet 2001; 357(9262):1076-1079
[17] Berni Canani R, Nocerino R, Terrin G et al. Formula selection for management of children with cow’s milk allergy influences the rate of acquisition of tolerance: a prospective multicenter study. J Pediatr 2013; 163(3):771-777
[18] Segers ME, Lebeer S. Towards a better understanding of Lactobacillus rhamnosus GG – host interactions. Microbial Cell Factories 2014; 13(Suppl 1):S7
[19] Hojsak I, Szajewska H, Berni Canani R et al. Probiotics for the prevention of nosocomial diarrhea in children. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2017; epub ahead of print (DOI: 10.1097/MPG.0000000000001637)
[20] Bruzzese E, Fedele MC, Bruzzese D et al. Randomised clinical trial: a Lactobacillus GG and micronutrient-containing mixture is effective in reducing nosocomial infections in children, vs. placebo. Aliment Pharmacol Ther 2016; 44:568- 575
[21] Szajewska H, Kotowska M, Mrukowicz JZ et al. Efficacy of Lactobacillus GG in prevention of nosocomial diarrhea in infants. J Pediatr 2001; 138:361-365
[22] Isolauri E, Juntunen M, Rautanen T et al. A Human Lactobacillus strain (Lactobacillus Casei sp strain GG) promotes recovery from acute diarrhea in children. Pediatrics 1991; 88:90-97
[23] Szajewska H, Wanke M, Patro B. Meta-analysis: the effects of Lactobacillus rhamnosus GG supplementation for the prevention of healthcare associated diarrhoea in children. Aliment Pharmacol Ther 2011; 34:1079-1087
[24] Szajewska H, Skorka A, Ruszczynski M et al. Meta-analysis: Lactobacillus GG for treating acute gastroenteritis in children – updated analysis of randomised controlled trials. Aliment Pharmacol Ther 2013; 38:467-476
[25] Hilton E, Kolakowski P, Singeret C et al. Efficacy of Lactobacillus GG as a Diarrheal Preventive in Travelers. J Travel Med 1997; 4:41-43
[26] Oksanen PJ, Salminen S, Saxelin M et al. Prevention of travellers’ diarrhoea by Lactobacillus GG. Ann Med 1990; 22:53-56
[27] Sullivan A, Edlund C, Nord CE. Effect of antimicrobial agents on the ecological balance of human microflora. Lancet Infect Dis 2001; 1:101-114
[28] Siitonen S, Vapaatalo H, Salminen S et al. Effect of Lactobacillus GG yoghurt in prevention of antibiotic associated diarrhea. Ann Med 1990; 22:57-59
[29] Cremonini F, Di Caro S, Covino M et al. Effect of Different Probiotic Preparations on Anti– Helicobacter pylori Therapy–Related Side Effects: A Parallel Group, Triple Blind, Placebo- Controlled Study. Am J Gastroenterol 2002; 97(11):2744-2749
