Parabiotyki. Czym są, jak powstają i jakie mają zastosowanie?

Probiotyki wykazują wiele korzyści prozdrowotnych, wpływając na modulację mikrobioty jelitowej. Z roku na rok ich wykorzystywanie nabiera znaczenia w nowoczesnych terapiach. Mimo to wielu producentów boryka się z problemem, który dotyczy zachowania żywotności drobnoustrojów w produktach spożywczych w tym suplementach diety. Z tego powodu zaczęto szukać innych rozwiązań i badać koncepcję parabiotyków. [1,3]

Definicja. Czym są parabiotyki?

Parabiotyki znane są z wielu nazw takich jak: paraprobiotyki, probiotyki inaktywowane lub też „probiotyk-duch”. W przeciwieństwie do probiotyków, drobnoustroje wchodzące w ich skład są celowo inaktywowane, aby utraciły swoją żywotność. Pomimo tej różnicy, celem zarówno probiotyków, jak i parabiotyków jest wykazywanie pozytywnego wpływu na zdrowie konsumenta. [2]

Metody produkcji parabiotyków

Paraprobiotyki ze względu na inaktywację drobnoustrojów mogą okazać się łatwiejsze w dodatku do produktów spożywczych. Nie muszą one spełniać bowiem ważnego kryterium dla probiotyków, jakim jest żywotność drobnoustrojów. 

Istnieje kilka metod inaktywacji komórek probiotyków:

• Ogrzewanie tradycyjne — pozwala na uszkodzenie błony komórkowej, a tym samym denaturację białek i pękanie DNA.
• Ogrzewanie omowe — polega na przepuszczaniu zmiennego prądu elektrycznego przez próbkę. Prowadzi to do szybkiego i równomiernego nagrzewania próbki. Inaktywacja spowodowana jest uszkodzeniem nietermicznym, które zwiększa przepuszczalność błony oraz uszkodzeniem termicznym. W konsekwencji prowadzi to do śmierci komórki.
• Wysokie ciśnienie hydrostatyczne — metoda stosowana w połączeniu z ogrzewaniem. Może powodować pękanie błony komórkowej, zniszczenie struktury i koagulację białek (skupianie cząstek w większe zespoły). W konsekwencji powoduje to utratę funkcji biologicznych.
• Ultradźwięki o dużym natężeniu (HIUS) — wiąże się z wykorzystaniem sił fizycznych. Powodują one powstawanie pęcherzyków pod wpływem ultradźwięków, a następnie uszkodzenie DNA i lizę (rozpad) komórek. [2]

Opracowanie własne na podstawie: Siciliano R. A i wsp. 2021

Wykorzystanie parabiotyków w żywności

Paraprobiotyki mogą być wykorzystywane w przetwórstwie mleczarskim ze względu na to, że pozostają stabilne w szerokim zakresie pH i temperatur. Pozwala to na dodanie ich do produktów mlecznych o niskim pH (np. jogurt) i jednoczesnym zachowaniu odpowiednich właściwości oraz pełnionych funkcji. [2,14] Zbadano do tej pory właściwości produktów przy dodaniu parabiotyków do jogurtu oraz fermentowanego napoju mlecznego. W produktach tych zachowały one swoje właściwości. Po spożywaniu przez konsumenta zadziałały pozytywnie na jego zdrowie. Miały wpływ przede wszystkim na osłabienie objawów IBS, wzmocnienie odporności oraz poprawieniu nastroju i jakości snu. [2]

Zarówno w kontekście probiotyków, jak i paraprobiotyków, trudność dla producentów stanowi dodawanie ich do niemlecznych produktów. Jedną z nielicznych prób, którą wykonano, było dodanie szczepu L.gasseri CP2305 do napojów słodzonych oraz sportowych. Ich spożycie skutkowało poprawą nastroju i zmniejszeniem stresu oraz poprawą negatywnych objawów ze strony układu pokarmowego. [4] Dodano także szczep L.casei 01 inaktywowany przez ogrzewanie omowe do napoju winogronowo-serwatkowego. Jego spożycie redukowało poposiłkową hiperglikemię u dorosłych. [21] Ostatnim zbadanym produktem jest woda, do której dodano L.pentosus b240. Jej spożycie poprawiło odpowiedź immunologiczną u osób starszych poprzez przyspieszenie wydzielania immunoglobulin (IgA) w ślinie. Oprócz produktów spożywczych parabiotyki podawane są w formach suplementu diety bądź leku. [2]

Wpływ parabiotyków na zdrowie

Zespół jelita wrażliwego (IBS)

Badania wskazują na zmniejszenie objawów IBS po spożywaniu produktów z określonymi szczepami żywych mikroorganizmów. [15,16] Mniejszą skuteczność wykazują przy tym parabiotyki.

Pomimo to, spożywanie produktów z dodatkiem parabiotyków zdaje się dawać obiecujące efekty u osób mających problemy z wypróżnieniem. Zauważono, że mają one działanie korzystne przy zaparciach, jak i biegunkach. W zależności od charakteru rozluźniają lub zagęszczają masy kałowe. Osoby mające problemy z wypróżnieniem, często odczuwają dolegliwości bólowe związane z defekacją. Przekłada się to także na złe samopoczucie. W większości przypadków, po spożyciu parabiotyku ze szczepem Lactobacillus gasseri CP2305, zmniejszył się dyskomfort związany z bólem. Chorzy mieli lepsze samopoczucie związane z wypróżnieniem. [4]

Spożywanie produktów z inaktywowanymi mikroorganizmami ma również wpływ na poprawę jakości życia osób z IBS. Szczepy, które powodują zmniejszenie dolegliwości w przebiegu IBS to:

• lizat probiotyczny Escherichia coli DSM 1725 i Enterococcus faecalis DSM 16440 (Pro-Symbioflor);
• Bifidobacterium bifidum MIMBb75;
• Lactobacillus acidophilus LB (Lacteol Fort);
• Lactobacillus gasseri CP2305. [4,5,6,7]

U osób z IBS przyjmujących preparat ze szczepem Bifidobacterium bifidum MIMBb75 zauważalny był przede wszystkim zmniejszony ból brzucha. Wiąże się to z obniżeniem częstości wzdęć oraz bólu związanego z wypróżnieniem. Badani odczuwali również zmniejszone parcie na mocz. Zarówno u chorych z mieszanym rodzajem IBS, jak i bez podtypu IBS, satysfakcja z wypróżnień uległa znacznej poprawie. Spożywanie parabiotyku przekładało się także na poprawę nastroju, co istotne jest w przypadku osób cierpiących na problemy jelitowe. [5]

Podanie suplementu z lizatem probiotycznym wykazuje skuteczność w łagodzeniu objawów tylko podtypu IBS-D (z dominującą biegunką). Złagodzenie bólu brzucha było istotnie związane z poprawą konsystencji stolca, tj. spadkiem liczby dni z biegunką. [6] Skutecznym preparatem w leczeniu przewlekłej biegunki okazał się także lek, którego głównym składnikiem jest inaktywowany szczep Lactobacillus acidophilus LB. [7]

Poprawę jakości życia zauważa się także w próbach placebo. Jest to jednak zdecydowanie mniejszy odsetek osób niż po faktycznym podaniu parabiotyków.

Układ immunologiczny

Probiotyki odgrywają istotną rolę w kwestii prawidłowego kształtowania odporności oraz jej odbudowy po przebytej chorobie i leczeniu. Drobnoustroje probiotyczne w pozytywny sposób oddziaływają na procesy odpornościowe zachodzące w komórkach jelit. W większości przypadków podawanie antybiotyku łączy się wraz z podawaniem probiotyku. Ma on ochronny wpływ na drobnoustroje jelitowe i skutki uboczne antybiotykoterapii. [17] Wykonano badania, które pozwalają na stwierdzenie, że 'probiotyki-duch’ także wpływają na poprawę układu odpornościowego. [2]

Po spożywaniu paraprobiotyków ze szczepem L.plantarum L-137 zauważono przede wszystkim wzrost proliferacji (mnożenia się) komórek jednojądrzastych krwi obwodowej. Są to immunologiczne komórki krwi wchodzące w układ fagocytarny: limfocyty, monocyty i granulocyty. Skutkowało to ogólną poprawą stanu zdrowia poprzez wzmocnienie układu odpornościowego. Wzrósł także stosunek Th1/Th2. Pozwala to na założenie, że spożywanie tego parabiotyku przekłada się na możliwe zmniejszenie ryzyka chorób zakaźnych i alergicznych wywołanych słabą odpowiedzią immunologiczną typu Th1. U zdrowych osób po spożyciu paraprobiotyku zauważono zmniejszoną częstość występowania infekcji górnych dróg oddechowych. L.plantarum L-137jest także silnym induktorem IL-12. Zadaniem interleukiny 12 jest między innymi różnicowanie limfocytów T w kierunku Th1. Taka funkcja sprawia, że wykorzystanie tego szczepu w produkcji parabiotyku staje się istotne w kwestii profilaktyki i leczenia chorób o podłożu immunologicznym. [10,11]

Ze względu na szerokie spektrum działania probiotyków ze szczepami LGG (Lactobacillus rhamnosus GG) zbadano także ich cechy po termicznym inaktywowaniu. Badanie to zostało wykonane tylko na zwierzętach. Wykazało, że zarówno żywe, jak i nieżywe formy mogą mieć korzystne dla zdrowia działanie. Spożywanie inaktywowanego LGG skutkowało zmniejszeniem cytokin prozapalnych wytwarzanych podczas zakażenia przez E.coli. Z drugiej strony zwiększyły się mediatory przeciwzapalne w wątrobie, osoczu i płucach. [12]

W badaniach na zwierzętach badano także podawanie parabiotyku w kontekście terapii infekcji wirusowych. Potwierdzono, że szczep MCC1849 indukuje wytwarzanie IgA w jelicie cienkim, surowicy i w płucach. Dzięki temu możliwa jest modyfikacja nie tylko odporności błony śluzowej jelit, a także odporności oddechowej i ogólnoustrojowej. U szczurów parabiotyk L.paracasei skutecznie tłumił wirusa grypy w płucach. [8,9] 

Inaktywowane szczepy, które wykazują pozytywne działanie na układ immunologiczny to:

• Lactobacillus paracasei MCC1849;
• Lactobacillus plantarum L-137;
• Lactobacillus rhamnosus GG;
• L.pentosus b240. [8,9,10,11,12]

Stres i nastrój

Zdrowie psychiczne definiowane jest zgodnie z WHO jako dobrostan, w którym jednostka realizuje swoje możliwości, potrafi poradzić sobie z różnorodnymi sytuacjami życiowymi, jest w stanie uczestniczyć w życiu społecznym oraz produktywnie pracować. Zdrowie psychiczne społeczeństwa zaczyna pogarszać się wraz z biegiem lat. Choroby psychiczne zaczynają stanowić światowy problem. [19] Wiele badań wskazuje na korelację stanu naszych jelit z tym, jakie emocje odczuwamy oraz jaki mamy nastrój. Mózg i jelita, mimo że znajdują się daleko od siebie — ściśle są ze sobą powiązane poprzez układ nerwowy, hormonalny i immunologiczny. Układ ten nazywany jest osią mózg-jelito-mikrobiota. Zakłócenia pomiędzy mózgiem a jelitami powoduje zmiany w odpowiedzi na stres, czego skutkiem jest stan zapalny i rozwój choroby. Z tego powodu, zdrowie jelit przekłada się na nastrój, odczuwanie stresu i szeroko pojęte zdrowie psychiczne. [20]

Pomimo niewielu badań dotyczących wpływu paraprobiotyków na poprawę nastroju, część z nich daje obiecujące wyniki. Ich działanie wykazuje korzyści w porównaniu do osób przyjmujących placebo. Zauważono, że spożywanie produktów z dodatkiem paraprobiotyków poprawia nastrój, jednocześnie łagodząc stres. [9,13,14,18] Po spożyciu preparatu ze szczepem MCC1849 szczególnej poprawie uległy czynniki takie jak życzliwość i wigor, które zbadane były zgodnie z kwestionariuszem POMS 2 (Profile of Mood States). [14] Spożycie preparatu ze szczepem MCC1848 spowodowało poprawę wyników w zakresie „przyjazności” i „zrelaksowania”. [13] Osoby, które w okresie badania były narażone na stres, po podaniu inaktywowanego probiotyku odczuwały większe zrelaksowanie. Badania te dotyczyły głównie studentów narażonych na stres podczas sesji egzaminacyjnych. [13,18] Parabiotyki, które okazały się skuteczne w poprawie nastroju
i złagodzeniu stresu to:

• Lactobacillus paracasei MCC1849;
• Lactobacillus helveticus MCC1848;
• Lactobacillus gasseri CP2305. [9,13,14,18]

Podsumowanie i wnioski

Parabiotyki są inaktywowaną formą szczepów probiotycznych bakterii. W porównaniu do probiotyków mają wiele zalet. Ich spożycie nie powoduje wielu negatywnych skutków ubocznych, jakie mogą pojawić się po spożyciu probiotyku. Ze względu na fakt, że są formą poddaną wysokiej temperaturze, to charakteryzują się większą stabilnością w produktach. Zaletą jest to, że nie trzeba przechowywać ich w warunkach chłodniczych. Wynika to z faktu, że szczepy nie muszą być żywotne jak w przypadku probiotyków. Pozwala to na dodanie ich do innych produktów żywnościowych niż produkty mleczne. Pomimo tych korzyści istnieje jednak niewiele badań wskazujących na skuteczność parabiotyków. Niezbędny jest jeszcze szereg wielu badań, aby potwierdzić skuteczność parabiotyków. Należy także zbadać wykorzystanie parabiotyków otrzymanych różnymi metodami. Możliwe, że takie same paraprobiotyki, ale otrzymane inną metodą, nie będą wykazywały takich samych cech funkcjonalnych. Na stan aktualnej wiedzy probiotyki wykazują znacząco lepsze korzyści zdrowotne oraz są lepiej przebadane niż parabiotyki. [1,2,3]

Bibliografia:

1. Basavaprabhu H. Nataraj, Syed Azmal Ali, Pradip V. Behare and Hariom Yadav. Postbiotics-parabiotics: the new horizons in microbial biotherapy and functional foods. Microbial Cell Factories 19, 168. doi: 10.1186/s12934-020-01426-w
2. Rosa Anna Siciliano, Milena Brasca, Anna Reale, Maria Fiorella Mazzeo, Stefano Morandi, Tiziana Silvetti. Paraprobiotics: A New Perspective for Functional Foods and Nutraceuticals. Nutrients 13, 1225. doi: 10.3390/ nu13041225
3. Vallejo-Cordoba B, Castro-López C, García HS, González-Córdova AF, Hernández-Mendoza A. Postbiotics and paraprobiotics: A review of current evidence and emerging trends. Adv Food Nutr Res. 2020;94:1-34. doi: 10.1016/bs.afnr.2020.06.001
4. Sawada D., Sugawara T., Ishida Y., Aihara K.,  Aoki Y., Takehara I., Takano K., Fujiwara S.. 2016. Effect of continuous ingestion of a beverage prepared with Lactobacillus gasseri CP2305 inactivated by heat treatment on the regulation of intestinal function. Food Research International, volume 79, 33-39.
   doi: 10.1016/j.foodres.2015.11.032
5. Andresen V, Gschossmann J, Layer P. Heat-inactivated Bifidobacterium bifidum MIMBb75 (SYN-HI-001) in the treatment of irritable bowel syndrome: a multicentre, randomised, double-blind, placebo-controlled clinical trial. Lancet Gastroenterol Hepatol 2020; 5: 658–66.
6. Mack I, Schwille-Kiuntke J, Mazurak N, Niesler B, Zimmermann K, Mönnikes H, Enck P. A Nonviable Probiotic in Irritable Bowel Syndrome: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled, Multicenter Study. Clin Gastroenterol Hepatol. 2022 May;20(5):1039-1047.e9. doi: 10.1016/j.cgh.2021.06.028
7. Xiao SD, Zhang DZ, Lu H, Jiang SH, Liu HY, Wang GS, Xu GM, Zhang ZB, Lin GJ, Wang GL. Multicenter, randomized, controlled trial of heat-killed Lactobacillus acidophilus LB in patients with chronic diarrhea. Adv Ther. 2003 Sep-Oct;20(5):253- doi: 10.1007/BF02849854
8. Arai S, Iwabuchi N, Takahashi S, Xiao J-z, Abe F, Hachimura S (2018) Orally administered heat-killed Lactobacillus paracasei MCC1849 enhances antigen-specific IgA secretion and induces follicular helper T cells in mice. PLoS ONE 13(6):e0199018. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0199018
9. Murata, J. Kondo, N. Iwabuchi, S. Takahashi, K. Yamauchi, F. Abe, K. Miura.Effects of paraprobiotic Lactobacillus paracasei MCC1849 supplementation on symptoms of the common cold and mood states in healthy adults. 2018. Beneficial Microbes. https://doi.org/10.3920/BM2017.0197
10. Hirose Y, Murosaki S, Yamamoto Y, Yoshikai Y, Tsuru T. Daily intake of heat-killed Lactobacillus plantarum L-137 augments acquired immunity in healthy adults. J Nutr. 2006 Dec;136(12):3069-73. doi: 10.1093/jn/136.12.3069
11. Hirose Y, Yamamoto Y, Yoshikai Y, Murosaki S. Oral intake of heat-killed Lactobacillus plantarum L-137 decreases the incidence of upper respiratory tract infection in healthy subjects with high levels of psychological stress. J Nutr Sci. 2013 Dec 6;2:e39. doi: 10.1017/jns.2013.35
12. Li N, Russell WM, Douglas-escobar M, Hauser N, Lopez M, Neu J. Live and heat-killed Lactobacillus rhamnosusGG: effects on proinflammatory and anti-inflammatory cytokines/chemokines in gastrostomy-fed infant rats. Pediatr Res. 2009 Aug;66(2):203-7. doi: 10.1203/PDR.0b013e3181aabd4f
13. Mutoh, I. Kakiuchi, A. Hiraku, N. Iwabuchi, K. Kiyosawa, K. Igarashi, M. Tanaka, M. Nakamura, and M. Miyasaka. Heat-killed Lactobacillus helveticus improves mood states: a randomised, double-blind, placebo-controlled study. Beneficial Microbes 2023 14:2, 109-117 
14. Cássia P Barros, Jonas T Guimarães, Erick A Esmerino, Maria Carmela KH Duarte, Márcia C Silva, Ramon Silva, Beatriz M Ferreira, Anderson S Sant’Ana, Monica Q Freitas, Adriano G Cruz. Paraprobiotics and postbiotics: concepts and potential applications in dairy products. Current Opinion in Food Science Volume 32. 2020. strony 1-8. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2019.12.003
15. Guglielmetti S, Mora D, Gschwender M, Popp K. Randomised clinical trial: Bifidobacterium bifidum MIMBb75 significantly alleviates irritable bowel syndrome and improves quality of life— a double­blind, placebo­controlled study. Aliment Pharmacol Ther 2011; 33: 1123–32.
16. Whelan K, Quigley EM. Probiotics in the management of irritable bowel syndrome and inflammatory bowel disease. Curr Opin Gastroenterol. 2013 Mar;29(2):184-9. doi: 10.1097/MOG.0b013e32835d7bba
17. Kuśmierska A., Fol M. 2014. Właściwości immunomodulacyjne i terapeutyczne drobnoustrojów probiotycznych. Problemy Higieny i Epidemiologii. 95(3). Strony 529-540.
18. Nishida, D. Sawada, T. Kawai, Y. Kuwano, S. Fujiwara, K. Rokutan, Para‐psychobiotic Lactobacillus gasseri CP2305 ameliorates stress‐related symptoms and sleep quality, Journal of Applied Microbiology, Volume 123, Issue 6,1 6,1 2017, Pages 1561–1570, https://doi.org/10.1111/jam.13594
19. Gromulska L. 2010. Zdrowie psychiczne w świetle dokumentów Światowej Organizacji Zdrowia. Przegląd Epidemiologiczny. Zdrowie publiczne. 64: 127-132.
20. Oziom J., Budrewicz S. 2019. Rola mikrobioty jelitowej w patogenezie i przebiegu wybranych schorzeń układu nerwowego. Polski Przegląd Neurologiczny 15 (1), 1–11.
21. Barros C.P., Grom L.C., Guimaraes J.T., Balthazar C.F., Rocha R.S., Silva R., Almanda C.N., Pimentel T.C., Venacio E.L., Collopy Junior I., Maciel P.M.C., Freitas M.Q., Esmerino E.A., Silva M.C., Duarte M.C., Sant’Ana A.S., Cruz A.G. 2021. Paraprobiotic obtainted by ohmic heating added in whey-grape juice is effective to control postprandial glycemia in healthy adults. Food Research International 140; 109905. doi: 10.1016/j.foodres.2020.109905