Исторические аспекты происхождения нового класса бактериальных препаратов - пробиотиков

Наше время можно назвать «наступающей эпохой пробиотиков». Они становятся самыми многообещающими продуктами, с которыми мировая наука связывает новые возможности в сохранении здоровья и продлении жизни животных в XXI веке и в будущем [6].

Пробиотики - естественная альтернатива синтетическим химическим веществам и загрязнению природы [7].

Кишечник – это самый важный для иммунной функции орган: приблизительно 60% иммунных клеток организма находятся в его слизистой оболочке [8].

По прогнозам специалистов, в ближайшие 20 лет доля пробиотиков и продуктов так называемого функционального питания, куда включены живые микроорганизмы, достигнет 30% на продуктовом рынке (сегодня- всего 3%) [9].

Развитие идеи И.И. Мечникова по целенаправленному изменению состава микрофлоры желудочно-кишечного тракта путем введения культур молочно-кислых бактерий в качестве антагонистов гнилостных микробов оформилось в направление и привело к созданию нового класса бактериальных препаратов – пробиотиков.

В 1974 г. Р.В. Паркер назвал пробиотиками микробные препараты (микроорганизмы или их компоненты), регулирующие микрофлору кишечника.В дальнейшем на основе живых бифидо- и лактобактерий были созданы различные препаративные формы (лактобактерин, бифидумбактерин, ацидофилин, колибактерин и др.), которые до настоящего времени широко используются для восстановления нормальной микрофлоры и лечения желудочно-кишечных заболеваний [10].

Бифидобактерии, бациллы и лактобактерии предупреждают развитие дисбактериоза. В процессе их жизнедеятельности образуются витамины В1, В2 и К, а также молочная и уксусная кислоты. Кислая среда способствует лучшему всасыванию жиров, витаминов, железа и кальция, задерживает размножение патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

В настоящее время многие ученые рассматривают совокупность микроорганизмов как микробную экосистему. Нормальная микробная экосистема благоприятна для организма животного. Потенциально патогенные микробы могут присутствовать в экосистеме, но экологический баланс такой, что они остаются в количестве, безопасном для организма [11].

Кишечной микрофлоре принадлежит важная роль в нормальной кишечной перистальтике, а также а расщеплении и всасывании продуктов обмена липидов, белков и углеводов.

Состав микробной флоры желудочно-кишечного тракта зависит от питания, условий и качества жизни (психологического климата). Достаточно сменить питание и условия жизни, и сразу же меняется состав микроорганизмов.

Нарушение нормального состава микрофлоры желудочно-кишечного тракта, обеднение ее полезными бактериями снижает защитные функции, естественную сопротивляемость, приводит к возникновению различных заболеваний и отрицательно сказывается на пищеварении и обмене веществ у животного.

Важнейшая роль в восстановлении нормального микробиоценоза кишечника принадлежит бактерийным препаратам на основе живых микроорганизмов, представителей нормальной микрофлоры, - пробиотикам. В настоящее время появилось новое понятие – биотерапевтические агенты (БТА), представляющие собой препараты микроорганизмов на основе штаммов лактобифидобактерий. Бифидумбактерин, лактобактерин, кисло-молочный бифидумбактерин относятся к категории БТА.

Очень перспективно применение пробиотиков, изготовленных на основе различных штаммов сенной палочки, содержащих споры этих бактерий. Эти препараты подавляют рост и размножение сальмонелл, шигелл, микробов рода протея, стафилококков, грибов рода кандида, кампилобактера и энтеропатогенных кишечных палочек. Сходным действием обладает энтерол (лечебные дрожжи), обладающий антагонистическим действием к клостридиям, некоторым грибам, шигеллам, эширихиям, псевдомонадам. Параллельно проводятся коррекция моторной функции кишечника, противовоспалительная терапия, стимулирование реактивности организма [12].

Пробиотики являются эффективными лечебно-профилактическими средствами. Их применяют для нормализации экологических систем животного. Эти препараты имеют ряд преимуществ по сравнению с антимикробными средствами других групп. Они физиологичны, имеют выраженную антимикробную активность в отношении патогенных и условно-патогенных бактерий, оказывают иммуностимулирующее и пртивовоспалительное действие, осуществляют коррекцию моторной функции кишечника. К ним в меньшей степени формируются устойчивые штаммы микроорганизмов. Пробиотические препараты весьма эффективны для обеспечения постоянства микробиологических экосистем.

Микроорганизмы, используемые в качестве пробиотиков, классифицируют на 4 группы:

- аэробы – спорообразующие бактерии рода Bacillus;

- анаэробы – спорообразующие бактерии рода Сlostridium;

- бактерии, продуцирующие молочную кислоту (Bifidobacrerium, Lactobacillus, Enterococcus, неспорообразующие);

- дрожжи – используются в качестве сырья при изготовлении пробиотиков [13].

Большинство специалистов отмечают, что постоянное присутствие в кишечнике адгезированных на его стенке резидентных микроорганизмов предотвращает размножение патогенов, их внедрение в энтероциты и прохождение через кишечную стенку. Кишечные бактерии защищают хозяина от патогенов, а также формируют переднюю линию слизистой защиты.

В результате сложных биохимических процессов, протекающих в ЖКТ, микроорганизмы, усваивая поступающие питательные вещества, размножаются, растут и быстро увеличивают свою биомассу. Отмирая, они перевариваются и усваиваются организмом, являясь источником белка.

Полезное действие пробиотиков и пробиотических продуктов известно с начала ХХ в., когда И.И. Мечниковым была создана простокваша с живыми ацидофильными бактериями. В 1918 г. Nissle предложил использовать препарат из кишечной палочки для лечения расстройств пищеварительной системы. В нашей стране пробиотики, содержащие эшерихии, стали употребляться с середины прошлого века. Затем, в 70-х гг. были сконструированы и внедрены в практику отечественные бифидумбактерин и лактобактерин, нашедшие широкое применение для коррекции дисбактериоза кишечника. Дальнейшее направление получило расширение ассортимента пробиотических штаммов, входящих в биопрепараты. Новые биотехнологии, позволяющие создать препараты активного действия, внедрены с конца 20-го начала 21-го вв. Традиционно пробиотики используются для подавления патогенной, условнопатогенной и восстановления нормальной микрофлоры кишечника при острых кишечных инфекциях и дисбактериозах. Но, как показали исследования последних лет, действие пробиотиков не ограничивается коррекцией микрофлоры, их клиническая эффективность основана также на иммуномодулирующих функциях и участии в обмене веществ. Выявленные точки приложения пробиотиков позволяют расширить показания к их назначению и конструировать препараты с заданными свойствами [14].

1.1.2 Позиционирование термина «пробиотик» с точки зрения биотехнологии

Пробиотики в современном понимании – это бактерийные препараты из живых микробных культур, предназначенные для коррекции микрофлоры животных и лечения ряда заболеваний. Термин «пробиотик», обозначающий живые микроорганизмы – представители нормальной микрофлоры, которые выживают при прохождении через желудочно–кишечный тракт животного и оказывая на него благоприятное воздействие.

Пробиотики – это живые микроорганизмы и вещества микробного происхождения, оказывающие при естественном пути введения положительный эффект через регуляцию микрофлоры кишечника животных [15].

Пробиотик – это стимулятор роста для животных.

Споры пробиотика вместе с кормом попадают в пищевод, затем преодолевают жизнеспособными кислую среду желудка и, попадая в щелочную среду тонкого кишечника, прорастают в вегетативные клетки выделяя при этом большое количество пищеварительных ферментов, чем способствуют более полному расщеплению и перевариванию корма.

Рациональная терапия и профилактика инфекционных болезней бактериальной и вирусной этиологии должны базироваться на знаниях микробной этиологии любого организма.

Сформировавшиеся дисбактериозы кишечника трудно поддаются лечению и для полного выздоровления требуется длительное время. Учитывая, что число факторов, способствующих развитию заболеваний, сопровождающихся дисбактериозами у людей и животных велико и спектр их возрастает, разработка эффективных методов профилактики и лечения дисбактериозов кишечника различной этиологии является одной из важных проблем медицины и ветеринарии [16].

Для эффективного лечения желудочно-кишечных болезней животных необходимо проведение терапии, направленной на поддержание и сохранение, формирование или коррекцию видового и численного состава резидентной микрофлоры желудочно-кишечного тракта.

В настоящее время наиболее распространенными и приемлемыми средствами поддержания микроэкологии человека на оптимальном уровне и ее коррекции считаются пробиотики. Подобная терапия сопровождается, как правило, позитивными сдвигами в системе неспецифической защиты организма и приводит к повышению сопротивляемости организма квоздействию неблагоприятных факторов.

Идея коррекционого воздействия на внутреннюю среду организма животных путем целенаправленного изменения состава симбиотической микрофлоры принадлежит основоположнику отечественной микробиологии И. И. Мечникову. Предложенный им метод энтерального введения живых культур молочнокислых бактерий в качестве антагонистов гнилостных микробов явился началом современных, исследований в области бактериотерапии и профилактики различных патологических состояний, патогенетически связанных с нарушением состава нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта.

О пользе для здоровья пробиотиков свидетельствуют наличие устойчивого рынка разнообразных продуктов, содержащих живые бактерии, а также многочисленные публикации, подтверждающие с научной точки зрения механизмы пробиозиса — выгодного содружества животных организмов с определенными группами микроорганизмов. Хотя большинство бактерий, обладающих пробиотическими свойствами, являются представителями семейств Lactobacillus и Bifidobacterium, все чаще в таком качестве стали использоваться и спорообразующие бактерии, в особенности из рода Bacillus.

Сегодня в мире широко распространено профилактическое и терапевтическое применение пробиотиков. Пробиотики - живые микроорганизмы, которые при применении их в адекватных количествах оказывают благотворное влияние на здоровье макроорганизма путем изменения свойств нормальной микрофлоры.

Лактобактерии являются факультативными анаэробами, тоесть могут переносить небольшое количество кислорода внешней среды, но лучше растут без него, а бифидобактерии – облигатными анаэробами, тоесть вообще не переносят кислород.

На защитную функцию лактобацилл и их роль в формировании защитных сил организма впервые указал русский ученый И.И. Мечников, который является основоположником идеи использования кисломолочных продуктов, содержащих лактобациллы, для нормализации процессов, протекающих в кишечнике при участии микроорганизмов. Препараты, содержащие лактобактерии, успешно используются в качестве эффективного и безопасного средства для профилактики и лечения множества заболеваний.

Пробиотики относятся к группе медицинских иммунобиологических препаратов на основе живых бактерий, антагонистически активных в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов - возбудителей острых кишечных инфекций и токсикоинфекций. Пробиотики в свою очередь тоже подразделяются на группы. На рисунке 1 показаны четыре группы пробиотических препаратов.

Применение пробиотиков является примером заместительной терапии. Этим и обусловлено наличие целой группы препаратов пробиотиков, отличающихся не только формой, медико-биологическими характеристиками, но и, главным образом, видом включенных в препарат представителей нормальной микрофлоры. Считается целесообразным использование пробиотических препаратов из нескольких родов (видов) и штаммов бактерий, введение в препарат компонентов, повышающих резистентность организма или обладающих иммуномодулирующим действием [17].

В отличие от антибиотиков и химиопрепаратов пробиотики не оказывают негативного влияния на представителей нормомикрофлоры желудочно-кишечного тракта и слизистых оболочек человека и животных, а, наоборот, при дисбиотических изменениях способствует ее качественному и количественному восстановлению до нормальных значений. В составе препаратов пробиотиков, помимо бактерий обладающих антагонистической активностью, содержатся также различные биологически активные вещества, являющиеся продуктами их метаболизма. В числе таких метаболитов могут быть: бактериоцины, антибиотики, аминокислоты, ферменты, пептиды и полипептиды, полисахариды, витамины и нуклеотиды.

Разнообразие микроэкологических нарушений нормальной микрофлоры, обуславливающих дисбактериоз, требует для их коррекции различные по составу пробиотики. Пробиотики разделяют на следующие группы препаратов:

- препараты, содержащие живые микроорганизмы;

- препараты, содержащие структурные компоненты микроорганизмов- представителей нормальной микрофлоры или их метаболиты;

- препараты микробного или иного происхождения, стимулирующие рост и активность микроорганизмов представителей нормальной микрофлоры;

- препараты, содержащие комплекс живых микроорганизмов, их структурных компонентов и метаболитов в различных сочетаниях и соединений, стимулируюших рост представителей нормальной микрофлоры.

Рисунок 1. Группы пробиотических препаратов

Совершенствование существующих пробиотиков, расширение спектра их номенклатуры и использование в качестве эффективных лечебных препаратов в комплексной терапии инфекционных заболеваний является важной и актуальной задачей современной медицины [18].

В настоящее время совершенствование этих препаратов осуществляется по следующим направлениям: поиск новых высокоактивных штаммов бифидо- и лактобактерий; разработка пробиотиков на основе ассоциированных микробных культур; использование ауто- и донорских штаммов индигенных микроорганизмов для конструирования новых препаратов, получение антибиотикорезистентных штаммов и создание на их основе бакпрепаратов для предупреждения развития химиотерапевтического дисбактериоза, оптимизация технологических процессов производства, разработка эффективных и экономичных питательных сред и лекарственных форм препаратов.

Механизм действия бактериальных препаратов обусловлен способностью микроорганизмов, входящих в их состав, выживать в кислой среде, эффективно прикреплятся к эпителиоцитам слизистой стенки кишечника и колонизировать ее, продуцировать антимикробные вещества, вызывать стимуляцию иммунной системы, подавлять рост и размножение патогенных микробов и восстанавливать нормальную микрофлору кишечника. Таким образом, пробиотические препараты оказывают влияние на такие процессы, как коррекция микрофлоры, стабилизация проницаемости кишечника, рост патогенных бактерий и их конкуренцию, элиминация, усиление иммунных реакций организма и метаболической активности микрофлоры.

Противопоказания для назначения бактериальных препаратов, как правило, отсутствуют, однако в ряде случаев их применение требует осторожности. Такие препараты содержат среду высушивания, которая может вызывать аллергические реакции. В настоящее время, как в Казахстане, так и за рубежом при конструировании пробиотиков используют два принципа выбора микроорганизмов-антагонистов. По мнению большинства специалистов, при разработке пробиотиков основополагающим принципом является создание таких препаратов на основе микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры человека; бифидо-, коли-, лактобактерий, бактериоидов и т.д. Эти микроорганизмы колонизируют слизистую кишечника. Значение данных микроорганизмов бесспорно, что признается всеми исследователями. Некоторые авторы утверждают, что пробиотики должны изготавливаться только на основе микроорганизмов из числа представителей резидентной (эндогенной) нормофлоры, для чего необходимы подбор природных или селекция высокоактивных штаммов. Наиболее известными микроорганизмами, которые используют в качестве основы данных препаратов, являются лактобациллы [19].