Антимикробные свойства

АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА ПРОБИОТИКОВ

Антимикробные вещества, синтезируемые пробиотиками

Известно, что антагонистическая активность кишечных бактерий обеспечивается как неспецифическими механизмами, такими как продукция короткоцепочечных жирных кислот и конкуренция за питательные вещества и сайты прикрепления к кишечному эпителию, так и синтезом бактериоцинов различных классов (F.A.C.Martinez, 2013). См. например: Антагонистическая активность бифидобактерий.

Защитные и иммунные функции кишечной микрофлоры (нормофлоры) направлены на поддержание колонизационной резистентности и микробного антагонизма по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам. Это обеспечивается антитоксическим и сорбционным действием нормофлоры и синтезируемыми бактериями веществами: секреторным иммуноглобулином IgA, короткоцепочечными жирными кислотами (КЖК), другими органическими кислотами, регулирующими внутрипросветный уровень рН, микробным лизоцимом (мурамидаза), перекисью водорода. Защитные свойства микрофлоры кишечника опосредованы также антибиотикоподобными микробными пептидными субстанциями – микроцинами, обладающими широким спектром антибактериальной активности и составляющими группу эндогенных антибиотиков, а также бактериоцинами...

Действительно, некоторые пробиотики обладают способностью синтезировать ряд антимикробных веществ. Во-первых это упомянутые выше короткоцепочечные жирные кислоты (молочная, уксусная, пропионовая и др.), угнетающие рост микроорганизмов, за счет понижения водродного показателя pH среды. Также к антимикробным метаболитам относится такое неорганическое соединение, как перекись водорода (H₂O₂)...

Однако самыми высокоорганизованными антимикробными веществами являются бактериоцины  и бактериоциноподобные вещества.

Бактериоцины устойчивы к высоким температурам, сохраняют активность в широком диапазоне pH. Данные вещества не имеют цвета и запаха. Бактериоцин способен образовывать поры в мембранах при низких концентрациях. Данные соединения подвержены диструкции со стороны протеолетических ферментов. Бактериоцины рассматривают перспективной альтернативой антибиотиков (Cotter et al., 2013). Бактериоцины обладают активностью к близкородственным штаммам продуцента (Cleveland et al., 2001; Kemperman et al., 2003; De Vuyst et al., 2007). Существуют бактериоцины со спектром действия на гнилостные, условно-патогенные и патогенные микроорганизмы.

Основными широко используемыми в прикладных исследованиях в настоящее время бактерицинами являются: низин, бифидоцин Б, бифилонг, бифидин, плантарицин, лактоцин, диацетин и др.

Бактериоцины разделены на три основные категории: (Ермоленко, 2009)

1) Лантибиотики. Это небольшие пептиды (<5 кДа), в их составе присутствуют редкие серосодержащие аминокислоты, такие как лантионин и β-метиллантионин. Они синтезируются на рибосомах и подвергаются пост-трансляционной модификации.

2) Не содержащие лантионин термоустойчивые пептиды. Данный вид синтезируется на рибосомах, а далее происходит минимальная пост-трансляционная модификация. В данной группе выделяют три подвида: одинаковые пептиды, двупептидные бактериоцины, тиол-активированные пептиды.

3) Термочувствительные белки.

Существуют бактериоцины с липидными и углеводными компонентами.

Механизмы действия пробиотических бактерий

Пробиотические бактерии оказывают многочисленные и разнообразные действия на организм человека. На химус, патогенные бактерии, комменсальную микрофлору, энтероциты и иммунокомпетентные клетки пробиотики могут оказывать как прямое, так и непрямое действие, которое обусловлено изменениями в микробном биоценозе кишечника. Считается доказанным их конкурентное взаимодействие с патогенными и условно-патогенными микроорганизмами. Некоторые пробиотики оказывают прямое воздействие на слизистую оболочку тонкой кишки, ее трофические и ферментативные резервы [6, 7, 9].

Разнообразные механизмы местного влияния пробиотических бактерий условно могут быть кластеризированы на три группы: 1) действие на патогенные бактерии; 2) на эпителий слизистой оболочки пищеварительного тракта; 3) действие на неспецифические механизмы защиты и иммунную систему [8, 11, 13, 14, 15].

Основные механизмы действия пробиотических бактерий:

1. Антимикробная активность:

• подавление адгезии патогенной флоры;
• повышение кислотности в просвете кишечника;
• продукция бактериоцинов и микроцинов;
• ингибиция бактериальной инвазии.

2. Улучшение барьерной функции слизистой оболочки кишечника:

• увеличение продукции слизи;
• поддержание целостности молекулярно-клеточного барьера.

3. Иммуномодуляция:

• влияние на эпителиальные клетки;
• на дендритные клетки;
• на моноциты/макрофаги;
• на лимфоциты (Т-, В-лимфоциты, NК-клетки).

Бактерицидное действие пробиотических бактерий

Одним из механизмов пробиотических бактерий, посредством которого они препятствуют колонизации патогенными бактериями, является продукция сероводорода, перекиси водорода и различных кислот (уксусной, молочной, соляной, бензойной), обусловливающих снижение рН в просвете кишечника [16]. Во-вторых, пробиотики, продуцируя антимикробные молекулы, включая короткоцепочечные жирные кислоты, бактериоцины и микроцины, могут непосредственно ингибировать рост бактериальных и грибковых колоний или индуцировать гибель патогенов.

Антимикробные вещества, продуцирующие грамположительные бактерии, называют бактериоцинами, а те, которые продуцируют грам­отрицательные бактерии, - микроцинами [10,12,15]. Следует отметить, что все пробиотики: бифидобактерии Bifidobacterium, пропионовокислые бактерии Propionibacterium, лактобациллы Lactobacillus, бактерии рода Lactococcus, стрептококки вида Streptococcus thermophilus, относятся исключительно к грамположительным бактериям.

Бактериоцины (bacteriocins,  греч. bakterio(n) — палочка и лат. caedere — убивать) - экзотоксины, специфические белки, синтезируемые некоторыми видами бактерий, которые токсичны для клеток других штаммов этого же или близких видов бактерий (прим.: вид бактерий — это совокупность особей, объединенных по близким свойствам, но отличающихся от других представителей рода). Способность синтезировать бактериоцины и устойчивость (иммунитет) к ним контролируются плазмидами. Плазмиды — небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно. Как правило, плазмиды встречаются у бактерий и представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы.

Бактериоцины оказывают бактерицидное и бактериостатическое действие на грамположительные и грамотрицательные патогенные бактерии, нарушают синтез бактериальной мембраны и обладают порообразующим действием, а микроцины ингибируют ферменты, участвующие в процессах синтеза функциональных бактериальных протеинов.

Прим.: Бактериостатической дозой называется наименьшая концентрация антибиотика, в присутствии которой угнетает­ся видимый рост бактерий. Наимень­шая концентрация антибиотика, вызывающая полную гибель испытуемых бактерий, называется минимальной бактерицидной концентрацией.

Изучение бактериоцинов и микроцинов пробиотических бактерий в настоящее время только началось, однако стоит отметить, что перспективы очень большие:

Пробиотики выделяются синтезом бактериоцинов различных классов. Их антибиотическая активность давно известна и широко используется в пищевой промышленности как естественное средство против развития нежелательной микрофлоры в продуктах питания. Для этого в пищевые среды вносят специальные стартовые культуры микроорганизмов, культуральные жидкости и бактериальные закваски пробиотических бактерий с антибиотическими свойствами, а также др. продукты микробиологического производства с антимикробной активностью против патогенов различного класса.

В фармацевтике на микробные бактериоцины обращают пока недостаточное внимание (возможно, в силу малоизученности), хотя, возможно, именно они, действующие порой даже против лекарственноустойчивых штаммов (см.: L. parafarraginis против патогенов), смогут дать начало новому поколению антибиотиков. Так например, классические молочные пропионовокислые бактерии могут производить бактериоцины, которые подавляют рост и выживаемость возбудителей (!) листериоза и иерсиниоза, а также, в отличие от лактобактерий, подавляют рост грам-отрицательных бактерий, дрожжей и плесневых грибов (Подробнее см.: Антимикробные свойства пропионовокислых бактерий).

Подробнее по теме см. также:

СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ермоленко Е.И., Донец В.Н., Дмитриева Ю.В., Ильясов Ю.Ю., Громова Л.В. Влияние пробиотических энтерококков на функциональные характеристики кишечника крыс при дисбиозе, индуцированном антибиотиками. / Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 11. 2009. №1. С. 157-167.
2. Cleveland J, Montville T, Nes I. Chikindas ML. Bacteriocins: safe, natural antimicrobials for food preservation. / Int. J. Food Microbiol. 2001. V. 71. Р. 20.
3. Cotter P., Ross R., Hill C. Bacteriocins – a viable alternative to antibiotics. / Nat. Rev. Microbiol. 2013. V. 11. Р. 95-105.
4. De Vuyst L, Leroy F. Bacteriocins from lactic acid bacteria: production, purification, and food applications. / J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2007. V. 13. Р. 194-199.
5. Kemperman R, Kuipers A, Karsens H, Nauta A, Kuipers O, Kok J. Identification and characterization of two novel clostridial bacteriocins, circularin A and closticin. / Appl. Environ. Microbiol. 2003. V. 69. Р. 1589-1597.
6. Урсова Н.И. Пробиотики в комплексной коррекции дисбактериоза кишечника у детей / Н.И. Урсова [Текст] // Лечащий врач: Журнал для профессионалов в медицине. — 2008. — № 1. — С. 12-14.
7. Angelakis E. Related actions of probiotics and antibiotics on gut microbiota and weight modification / E. Angelakis, V. Merhej, D. Raoult [Text] // Lancet Infect. Dis. — 2013 Oct. — 13(10). — 889-99; doi: 10.1016/S1473-3099(13)70179-8.
8. Bermudez-Brito M. Probiotic mechanisms of action / M. Bermudez-Brito, J. Plaza-Diaz, S. Munoz-Quezada, C. Gomez-Llorente, A. Gil [Text] // Ann. Nutr. Metab. — 2012. — 61(2). — 160-74; doi: 10.1159/000342079.
9. Ciccarelli S. Management strategies in the treatment of neonatal and pediatric gastroenteritis / S. Ciccarelli, I. Stolfi, G. Caramia [Text] // Infect. Drug Resist. — 2013, Oct 29. — 6. — 133-161; doi: 10.2147/IDR.S12718.
10. Desriac F. Bacteriocin as weapons in the marine animal-associated bacteria warfare: inventory and potential applications as an aquaculture probiotic / F. Desriac, D. Defer, N. Bourgougnon, B. Brillet, P. Le Chevalier, Y. Fleury [Text] // Mar. Drugs. — 2010, Apr 4. — 8(4). — 1153-77; doi: 10.3390/md8041153.
11. Dongarra M.L. Mucosal immunology and probiotics / M.L. Dongarra, V. Rizzello, L. Muccio, W. Fries, A. Cascio, I. Bonaccorsi, G. Ferlazzo [Text] // Curr. Allergy Asthma Rep. — 2013 Feb. — 13(1). — 19-26; doi: 10.1007/s11882-012-0313-0.
12. Gillor O. The dual role of bacteriocins as anti- and probiotics / O. Gillor, A. Etzion, M.A. Riley [Text] // Appl. Microbiol. Biotechnol. — 2008 Dec. — 81(4). — 591-606; doi: 10.1007/s00253-008-1726-5..
13. Hoffmann D.E. Science and regulation. Probiotics: finding the right regulatory balance / D.E. Hoffmann, C.M. Fraser, F.B. Palumbo, J. Ravel, K. Rothenberg, V. Rowthorn, J. Schwartz [Text] // Science. — 2013, Oct 18. — 342(6156). — 314-5; doi: 10.1126/science.1244656.
14. Landy J. Commentary: the effects of probiotics on barrier function and mucosal pouch microbiota during maintenance treatment for severe pouchitis in patients with ulcerative colitis / J. Landy, A. Hart [Text] // Aliment. Pharmacol. Ther. — 2013 Dec. — 38(11–12). — 1405-6; doi: 10.1111/apt.12517.
15. Ng S.C. Mechanisms of action of probiotics: recent advances / S.C. Ng, A.L. Hart, M.A. Kamm, A.J. Stagg, S.C. Knight [Text] // Inflamm. Bowel Dis. — 2009. — Vol. 15, № 2. — P. 300-310; doi: 10.1002/ibd.20602.
16. Servin A.L. Antagonistic activities of lactobacilli and bifidobacteria against microbial pathogens / A.L. Servin [Text] // FEMS Microbiol. Rev. — 2004 Oct. — 28(4). — 405-40. PMID: 15374659.

Будьте здоровы!