Влияние ПНЖК рыбьего жира на рост и холестериндеградирующую активность бифидобактерий

Рыбий жир – это уникальное натуральное вещество, необходимость потребления которого доказана учеными разных стран [1]. Постоянно находятся новые варианты положитель- ного влияния рыбьего жира на организм человека. Уникальность рыбьего жира обусловлена тем, что в морепродуктах жирные кислоты на 10-20 % представлены такими ненасыщенными жирными кислотами, как эйкозопентаеновая (ЭПК – 20:5 n3) и докозогексаеновая (ДКГ – 22:6 n3), количество которых во много раз превышает их содержание в других продуктах питания [2, 3]. Доклинические и клинические исследования показали, что назначение рыбьего жира заметно снижает частоту возникновения инфарктов, поскольку присутствующие в рыбьем жире ЭПК и ДКГ ингибируют циклооксигеназу в клетках тканей, снижают биосинтез простагландинов, задействованных в процессах агрегации тромбоцитов, конверсии арахидоновой кислоты в эйкозаноиды, и участвуют в биохимических и физиологических процессах, определяющих сердечно-сосудистый гомеостаз [4, 5].

В последние годы опубликованы многочисленные статьи, подтверждающие эффектив- ность омега-3 жирных кислот при сердечно-сосудистых заболеваниях из-за их способности снижать содержание холестерина и триглицеридов в крови [6-8]. Следовательно, омега-3 жирные кислоты ЭПК и ДКГ являются важными компонентами функционального питания.

Уровень различных полиненасыщенных жирных кислот (далее - ПНЖК) в крови напря- мую зависит от питания. На основании многочисленных исследований и эпидемиологических наблюдений, охвативших несколько сотен тысяч человек, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и ряд национальных медицинских организаций рекомендовали для предотвращения сердечно-сосудистых заболеваний ежедневное потребление 500-1000 мг ЭПК + ДКГ на человека. Американская кардиологическая ассоциация (American Heart Association) рекомендует потребление ω-3 длинноцепочечных ПНЖК для пациентов с ишемической болезнью сердца [2].

В настоящее время в научной литературе нет данных о влиянии рыбьего жира на микрофлору желудочно-кишечного тракта. Можно предположить, что ПНЖК рыбьего жира могут выступать в качестве субстрата для микроорганизмов, участвующих в регуляции липидного обмена. В последние годы накоплено значительное количество данных о том, что резидентная и транзиторная микрофлоры хозяина, синтезируя, трансформируя или разрушая экзогенные или эндогенные стерины, активно участвуют в холестериновом метаболизме [9].

Изменение липидного состава крови всегда отмечается на фоне глубоких микроэкологи- ческих нарушений в кишечнике. Они проявляются в виде повышенного количества аэробов, гемолитических кишечных палочек, стафилококков, грибов с одновременным снижением числа лакто- и бифидобактерий [11]. В проведенных ранее исследованиях установлено, что полиненасыщенные жирные кислоты кедрового и льняного масла стимулируют рост бифидо- бактерий и повышают их холестеринметаболизирующие свойства [12, 13].

Целью работы является исследование влияния рыбьего жира на рост и холестериндеградирующие свойства бифидобактерий.

Объектами исследований служили штаммы бифидобактерий Bifidobacterium longum DK- 100, Bifidobacterium longum B379M, Bifidobacterium bifidum 8₃, полученные из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов НИЦ «Курчатовский институт» - ГосНИИгенетика, активизированные биотехнологическим методом, разработанным в ФГБОУ ВО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (ВСГУТУ) [10].

Для культивирования пробиотических микроорганизмов применяли питательную среду на основе осветленной сыворотки с внесением ростовых компонентов, разработанную в ВСГУТУ [10].

В качестве функционального ингредиента использовали медицинский рыбий жир в ми- целлярной форме в концентрациях 0,5; 1,0; 1,5 %. В качестве инокулята - активизированную культуру бифидобактерий стационарной фазы роста в количестве 5 % от объема питательной среды. Культивирование бактерий проводили при температуре (37±1) °С.

О накоплении биомассы бифидобактерий судили по изменению оптической плотности, которую измеряли при длине волны 500 нм.

Концентрацию холестерина в питательной среде определяли ферментативным методом [23]. В качестве источника холестерина использовали очищенную сыворотку крови. Количество жизнеспособных клеток бифидобактерий определяли методом посева клеточных суспензий из соответствующих разведений на кукурузно-лактозную среду [24].

Полиненасыщенные жирные кислоты с длиной цепи от С18 до С22 представляют собой уникальные природные вещества, которые в виде производных липидов являются структурными компонентами клеточных мембран, выполняют энергетические и регуляторные функции [14]. Полиненасыщенные жирные кислоты могут выступать в качестве веществ, обладающих бифидогенным эффектом [9].

В первой серии опытов было изучено влияние различных концентраций рыбьего жира на наращивание биомассы Bifidobacterium longum B379M.

Результаты экспериментальных исследований, представленных на рисунке 1, показывают значительный прирост биомассы Bifidobacterium longum B379M при увеличении дозировки рыбьего жира от 0,5 до 1,0 %. Увеличение концентрации рыбьего жира до 1,5 % дает незначительное повышение оптической плотности.

Количественный учет клеток бифидобактерий представлен на рисунке 2. Установлено, что с повышением концентрации рыбьего жира в питательной среде также увеличивается скорость размножения бифидобактерий.

Как видно из данных рисунка 2, количество жизнеспособных клеток бифидобактерий в стационарной фазе роста, при концентрации рыбьего жира 1,5 % составляет 10¹³ КОЕ в см³, что на два порядка выше, чем в контрольном образце.

Такая же динамика наблюдается при изучении влияния рыбьего жира на рост Bifidobacterium longum DK-100.

Отмечено, что наибольший стимулирующий эффект рыбьего жира на активность бифидобактерий выявлен у Bifidobacterium bifidum 8_3. Полученные данные представлены на рисунке 3.

Данные, представленные на рисунке 3, показывают, что при концентрации рыбьего жира в питательной среде в количестве 1,5 %, выход биомассы Bifidobacterium bifidum 8₃ значительно увеличивается по сравнению с другими штаммами бифидобактерий.

Полученные результаты согласуются с литературными данными о том, что внесение омега-3 жирных кислот в питательную среду приводит к активизации роста бифидобактерий [15, 16]. ЭПК и ДГК представляют собой уникальные природные вещества, которые являются структурными компонентами клеточных мембран и выполняют различные биологические функции. Клеточная мембрана является основным структурно-функциональным компонетом живой клетки, и большинство процессов превращения вещества и энергии происходит именно на клеточных мембранах [14].

Механизм взаимодействия ЭПК и ДГК жирных кислот с клетками бифидобактерий можно объяснить их адсорбцией и включением в состав наружной мембраны, изменением физико-химических свойств поверхности клетки, а также свойств липидного бислоя. Как правило, грамположительные бактерии, к которым относятся бифидобактерии, более чувстви- тельны к жирным кислотам, чем грамотрицательные, которые защищены липополисахаридами внешней мембраны. В данном контексте важно отметить, что ЭПК и ДГК в определенных концентрациях являются ростовыми факторами для бифидобактерий и их можно отнести к пребиотикам.

Исследования зарубежных ученых показали эффективность применения пробиотиче- ских микроорганизмов для снижения холестерина [17-22]. Полученные результаты подтверждают, что ростстимулирующий и холестериндеградирующий эффект полиненасыщенных жирных кислот определяется строением, т. е. количеством и положением двойных связей, видовой и штаммовой принадлежностью бифидобактерий и условиями культивирования.

Таким образом, результаты настоящей работы открывают широкие перспективы для создания биопрепаратов, сочетающих пробиотические микроорганизмы и рыбий жир, что позволит повысить их функциональные свойства.

В результате проведенных исследований установлено, что полиненасыщенные жирные кислоты рыбьего жира обладают бифидогенными и холестериндеградирующими свойствами. Подобрана оптимальная концентрация рыбьего жира – 1,5 % от объема питательной среды, обеспечивающая максимальный выход биомассы и наиболее высокое количество жизнеспособных клеток бифидобактерий.

Экспериментально доказано, что добавление рыбьего жира в питательную среду увеличивает холестериндеградирующую активность бифидобактерий в 2,3-2,5 раза. Установлено, что Bifidobacterium bifidum 8₃ проявляет более высокий стимулирующий и гипохолестеринемический эффект.

• Пробиотики с Омега-3 (-6) ПНЖК
• Бифидогенные свойства жиров животного происхождения
• Способ получения бактериального концентрата и его применение в качестве пробиотической биологически активной добавки к пище
• Влияние Омега-3 и Омега-6 жирных кислот льняного масла на метаболизм бифидобактерий
• Качество и конкурентноспособность пробиотической биологически активной добавки, содержащей омега-3 и омега-6 жирные кислоты
• Оценка качества пробиотической биологически активной добавки с кедровым маслом
• Влияние липидов на качество пробиотического концентрата
• Взаимосвязь ПНЖК и микробиоты и ее роль в канцерогенезе

• Холестеринметаболизирующая активность кишечных бактерий
• Холестеринметаболизирующая активность пробиотических микроорганизмов (pdf)
• Снижение холестерина бифидобактериями B. longum
• Бифидобактерии, экзема и гиперхолестеринемия
• Иммунопатология атеросклероза и кишечная микробиота
• Пробиотики и атеросклероз

1. Proceedings of International Conf. Innovative food technologies in the storage and processing of agricultural raw materials: fundamental and applied aspects (Voronezh: Krasnodar Research Institute of Storage and processing of agricultural products). – Р. 61–65.
2. Shikh E.V., Makhova A.A. Long-chain ω-3 polyunsaturated fatty acids in the prevention of diseases in adults and children: a view of the clinical pharmacologist // Problems of Nutrition. -2019. – N 88 (2). – Р. 91–100.
3. Shulgina L.V., Davletshina T.A., Pavlovsky A.M. et al. Composition of lipids and fatty acids in muscle tissue of chub mackerel scomber japonicas // Izvestiya TINRO. – 2019. - Vol. 196 (1).–Р. 193–203 (In Russian)
4. Zaporozhskaya L.I, Gammel I.V. Characteristics and biological role of essential polyunsaturated fatty acids // Meditsinskiy Sovet/ - 2012.–N 12. – P. 134–137.
5. Vaskovsky V.E., Gorbach T.A., Esipov A.V. et al. Preparations of omega-3 fatty acids and their medical application // Pacific Medical Journal. - 2019. –N 2. – Р. 15–19.
6. Di Nicolantonio J.J., Niazi A.K., McCarty M.F. et al. Omega-3s and cardiovascular health // The Ochsner journal. - 2014. – N 14 (3). – Р. 399–412.
7. Mohebi-Nejad A., Bikdeli B. Omega-3 supplements and cardiovascular diseases // Tanaffos. - 2014.– № 13 (1). – Р. 6–14.
8. Innes J.K., Calder P.C. Marine Omega-3 (N-3) Fatty Acids for Cardiovascular Health // News for International Journal of Molecular Sciences. - 2020.–N 21 (4). – Р. 1362.
9. Khamagaeva I.S. Prospects for the use of probiotic microorganisms in modern biotechnology // Bulletin of the ESSUTM. – 2014. - № 5 (50). – Р. 111–116.
10. Khamagaeva I.S. Theoretical substantiation and development of technology of fermented milk products based on the use of β-galactosidase and bifidobacteria: abstract. diss. ... Candidate of Technical Sciences doctors of Technical Sciences: 05.18.04, 05.18.10 / Khamagaeva Irina Sergeevna; [Place of defense: Moscow Technological Institute of Meat and Dairy Industry]. - M., 1989. - 34 p.
11. Ovnotkinova O.Sh., Nikonov E.L., Gioeva. I.Z. The role of microbiota in pathogenesis of dyslipidemia and associated metabolic disorders // Evidence-based gastroenterology. - 2017. – N 2. – Р. 29–34.
12. Khamagaeva I.S., Tsybikova A.H., Zambalova N.A. et al. Producing of bacterial concentrates with high cholesterol lowering activity // Foods and Raw Materials. - 2016. – № 4 (1). – Р. 27–35.
13. Khamagaeva I.S., Zambalova N.A., Buyantuevа L.V. Influence of omega-3 and omega-6 fatty acids on the metabolism of bifidobacteria // Bulletin of the ESSUTM. - 2014. – № 2 (47). – Р. 72–78.
14. Otman S.A.M., Pshenichnikova A.B., Shvets V.I. Effect of Exogenous Fatty Acids on the Growth and Production of Exopolysaccharides of Obligately Methylotrophic Bacterium Methylophilus quaylei //Applied Biochemistry and Microbiology. – 2012. - Vol. 48, N 2. - Р. 226–231.
15. Kallinan K., Wang B., Li X.Y. et al. A host–microbiome interaction mediates the opposing effects of omega-6 and omega-3 fatty acids on metabolic endotoxins // Scientific researcher. - 2015. - N 11 (5). – Р. 11276.
16. Watson H., Mitra S., Croden F.C. et al. A randomised trial of the effect of omega-3 polyunsaturated fatty acid supplements on the human intestinal microbiota // Gut. - 2017. - N 67 (11). – Р. 1–10.
17. Haberer P., du Toit M., Dicks L.M. et al. Effect of potentially probiotic lactobacilli on faecal enzyme activity in minipigs on a high–fat, high-cholesterol diet-a preliminary in vivo trial // Food Microbiology. - 2003. - N 87 (3). – Р. 287–291.
18. Jeun J., Kim S., Cho S.Y. et al. Hypocholesterolemic effects of Lactobacillus plantarum KCTC3928 by increased bile acid excretion in C57BL/6 // Mice Nutrition. - 2010. – N 26 (3). – Р. 321–330.
19. Kumar R., Grover S., Batish V.K. Hypocholesterolaemic effect of dietary inclusion of two putative probiotic bile salt hydrolase-producing Lactobacillus plantarum strains in Sprague-Dawley rats // Br. J. Nutrition. - 2011. – N 105 (4). – Р. 561–573.
20. Long M.T., Shah N.P. Bile salt deconjugation ability, bile salt hydrolase activity and cholesterol coprecipitation ability of lactobacilli strains // International Dairy Journal. - 2005. – N 15 (4). – Р. 391–398.
21. Park Y.H., Kim J.G., Shin Y.W. et al. Effect of dietary inclusion of Lactobacillus acidophilus ATCC 43121 on cholesterol metabolism in rats // Microbiology and Biotechnology. - 2007. – N 17 (4). - Р. 655–662.
22. Singh T.P., Malik R.K., Katkamwar S.G. et al. Hypocholesterolemic effects of Lactobacillus reuteri LR6 in rats fed on high-cholesterol diet // Food Science. - 2015. – N 66 (1). – Р. 715.
23. Tkachuk V.A. Clinical biochemistry : textbook / Edited by V.A. Tkachuk. - M.: GEOTAR-Media, 2008. – P. 264 p.
24. Krasnikova L.V., Gunkova P.I. General and food microbiology: Textbook. P. I. - SPb.: ITMO University, 2016. - P. 134.