Об инновационности разработок пробиотиков с микроэлементами

РАЗРАБОТКА БАКТЕРИАЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С МИКРОЭЛЕМЕНТАМИ

Новый подход к разработке йодированных и селенированных продуктов за счет использования ферментной системы пробиотических микроорганизмов.

Прим.: Следует отметить, что предлагаемые нашей компанией бактериальные концентраты с микроэлементами появились на Российском рынке относительно недавно. Однако многие потребители сразу же отметили их высокую эффективность при профилактике и лечении алиментарных заболеваний, нормализации микробиоценоза кишечника, укреплении иммунитета и т.д. Кроме того, полученные в последнее время сведения о результатах применения данных биоконцентратов в лечебно-профилактических целях, указывают на необходимость их более широкого использования в комплексной терапии различных заболеваний, особенно иммунологической природы. Все это требует отдельных исследований, которые безусловно будут проведены. В данном же разделе описаны моменты, послужившие исходными основаниями для разработки инновационных бактериальных препаратов, а также результаты экспериментов, подтверждающие эффективность разработок.

Многие  иногда спрашивают, в чем уникальность пробиотиков с микроэлементами, ведь существует масса препаратов, содержащих йод, селен, железо и т.п. Понимаем, что вся эта биодоступность микроэлементов, их органическая форма, связанное состояние и т.д. с первого раза не понятны потребителям. Однако попробуем объяснить некоторые детали более подробно…

Ну во-первых, на сегодняшний день отсутствуют препараты на основе пробиотических микроорганизмов (пробиотики), обогащенных микроэлементами, в частности йодом и селеном. Конечно, ранее уже были разработаны способы получения микроорганизмов, обогащенных селеном, но эукариотических, полученных путем культивирования дрожжей. Однако все эти способы имели ряд недостатков: там либо значительно повышались трудозатраты из-за использования в качестве источника селена его диоксида (SeO₂), являющегося летучим соединением, либо из-за неуправляемости процесса получалось нестабильное содержания селена в дрожжах, что абсолютно неприемлемо.

В отношении йода ранее также проводились подобные работы. Известен способ производства йодированного молочного белка – казеина, предусматривающий йодирование тирозина, содержащегося в казеине, под воздействием однохлористого йода, а также способ получения йодированного кефира, предусматривающий внесения источника йода – йодказеина с дальнейшим процессом сквашивания и ферментации. Однако в первом случае даже регулярное потребление йодказеина не решает проблему гипотиреоза, т.к. даже при достаточном поступлении йода в организм извне, его усвояемость может значительно снизиться из-за нарушений в функционировании органов пищеварительной системы, а во втором случае биологическая ценность продукта элементарно снижается из-за отсутствия пробиотических микроорганизмов, способных приживаться в ЖКТ.

Так вот, полученные результаты свидетельствуют, что бифидо- и пропионовокислые бактерии являются наиболее перспективными объектами для биотехнологического получения органических форм йода и селена, что повышает биодоступность данных микроэлементов и значительно понижает их токсичность.

СЕЛЕНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

Необходимо подчеркнуть, что большая часть селена в животных тканях присутствует в виде селенометионина и селеноцистеина, т.е. органическая форма селена заключена в химической связи с аминокислотами

Органический селен. Проведенные исследования показали, что при наращивании биомассы пробиотических микроорганизмов в питательной среде на основе творожной сыворотки, содержащей селен, образуются селенсодержащие аминокислоты, повышаются антимутагенные свойства и экзополисахаридный потенциал бифидобактерий и пропионовокислых бактерий. Как видно из таблицы 1, внесение  питательную среду селенита натрия не снижает рост пробиотических микроорганизмов, количество жизнеспособных клеток остается на высоком уровне и к концу культивирования составляет 10¹¹-10¹² КОЕ в 1 см³. Следует отметить, что более высокую устойчивость к селену проявляют пропионовокислые бактерии.

Таблица 1 - Влияние селенита натрия на рост пропионовокислых бактерий

С учетом удовлетворения суточной потребности взрослого человека в селене количество вносимого в питательную среду селенита натрия установлено из расчета 15-20 мкг/мл. При этом достигается активный рост микроорганизмов.

Известно, что селенит-ионы при поступлении в клетку прокариот восстанавливаются до селеноводорода и его алкильных производных, которые потом включаются в серусодержащие аминокислоты, а затем в селенопротеины с образованием органических форм селена. Согласно современным представлениям селен поступает в клетку с участием тех  же транспортных систем, что и сера, и включается в обмен серы, заменяя ее в метионине и цистеине. 

Применительно к остатку селеноцистеина механизм такого включения детально исследован. Установлено, что он определяется наличием в составе мРНК триплета UGA в сочетании со специфическим нетранслируемым  петлевым фрагментом Se-CYS. В процессе включения остатка селеноцистеина в белок участвует специфическая сериновая UGA-тРНК длиной 95 нуклеотидов и 4 фактора трансляции Sel-A, В, С и D. У прокариот этот нуклеотидны участок расположен в непосредственной близости от триплета UGA в отличие от эукариот. Селенсодержащие белки входят в состав внутриклеточной гидрофильной макромолекулярной (белковой) фракции биомассы.

Отдельно напомним, что иммунная система опирается на набор специфических селенопротеинов (например, глутатионпероксидаз), содержащих селеноцистеин в своих активных центрах и, как известно, зависит от обильной поставки Se для их полной экспрессии и ферментативной активности.

Следует отметить, что селенометионин не синтезируется высшими организмами и единственным источником является биомасса прокариот и дрожжей. Вероятно этим объясняется способность бифидобактерий и пропионовокислых бактерий, как микроорганизмов прокариотической природы, накапливать селен. 

В ходе экспериментальных исследований было установлено, что обогащение пробиотических микроорганизмов в процессе культивирования селенитом натрия способствует повышению их антимутагенной активности (см. фиг. 3). При обогащении селеном антимутагенная активность пробиотических микроорганизмов повышается и достигает максимального значения 83% для пропионовокислых бактерий и 59,6% для бифидобактерий при концентрации селенита натрия 20 мкг/мл.

Влияние селенита натрия на антимутагенную активность пропионовокислых бактерий (1) и бифидобактерий (2)

Также при обогащении селеном происходит накопление в продукте экзополисахаридов (ЭПС), обеспечивающих увеличение вязкости и влагоудерживающей способности биомассы, что повышает выход готового продукта.  Как видно из табл. 3, с увеличением концентрации селенита натрия в среде культивирования пробиотических микроорганизмов наблюдается постепенное увеличение концентрации экзополисахаридов и вязкости культуральной жидкости. Следует отметить, что биосинтез ЭПС у пропионовокислых бактерий выше на 67%, чем у бифидобактерий.

Подробнее по теме см.:

• Получение кисломолочного пробиотического продукта, обогащенного селеном
• Способ получения селенсодержащей биологически активной добавки

ЙОДИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

Органический йод - это йод, находящийся в химической связи с каким-либо органическим веществом (аминокислоты, сахара, полисахариды)

Здесь авторами изобретения решалась задача о возможности использование ферментной системы пробиотических микроорганизмов для йодирования с целью производства продуктов, не только содержащих органический йод, но и оказывающих положительное влияние на состояние желудочно-кишечного тракта.

Как известно, реакция йодирования может протекать при расщеплении белков. Ферменты, выделяемые пробиотическими микроорганизмами, способны расщеплять белки питательной среды до аминокислот, в т.ч. до тирозина и гистидина. Последние способны образовывать с йодом прочные соединения. Реакция йодирования может проходить и при синтезе белков микроорганизмами.

Также анализ литературных данных показал, что нарушение функций щитовидной железы возникают при некоторых заболеваниях желудочно-кишечного тракта, например при недостаточной всасываемости йода в тонком отделе кишечника. Поэтому исследования были направлены на устранение самой причины йодной недостаточности.

Технический результат изобретения заключается в повышении усвояемости йода организмом, сохранение высокого содержания йода в продукте при хранении, а также в повышении биологической ценности и антимутагенной активности готовых продуктов. Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве инокулята используют закваску пропионовокислых бактерий штамм P. freudenreichii subsp. Shermanii (или закваску бифидобактерий Bifidobacterium longum 379M).

Отличительными признаками изобретения являются новые условия осуществления процесса ферментации, а именно внесение в питательную среду раствора йодистого калия и заквашивание закваской на чистых культурах пробиотических микроорганизмов. Использование пробиотических микроорганизмов, которые являются регуляторами микробиоценоза кишечника, от деятельности которого зависит состояние всего организма, позволит наладить механизм проникновения йода в щитовидную железу, обеспечит поступление в организм лучше усваиваемой органической (!) формы йода.

Результаты исследования показали, что при внесении раствора йодистого калия в среду, содержащую тирозин, гистидин, происходит реакция замещения йода в бензольном кольце ароматических аминокислот.

 Важный момент!

В организме человека (животного) происходит ферментативный гидролиз йодосодержащих белков /пептидов/ с освобождением свободных йодированных аминокислот (монойодтирозин, дийодтирозин, йодгистидин), последние легко всасываются в кишечнике и потребляются любой тканью организма, в отличие например, от вводимого йодида калия.

Дегалогеназы печени отщепляют связанный йод от этих аминокислот, высвобождая ион йода в кровяное русло постепенно, по мере надобности, этим самым достигается исключение импульсного характера роста концентрации иона йода в крови, что наблюдается в случае потребления йодида калия, чем обеспечивается щадящий режим работы щитовидной железы. Аналогично в высвобождении организмом связанного йода в составе аминокислот принимает участие дегалогеназа щитовидной железы. Клетки печени содержат ферменты, способные модифицировать йодосодержащие аминокислоты, исключая их из участия в метаболизме йода.

Модифицирование йодосодержащих аминокислот посредством гликозилирования, сульфатирования, переамирования позволяют выводить их из организма через почки. Баланс процессов дегалагирования и модификации йодосодержащих кислот позволяет обеспечивать щитовидную железу йодом в количествах, адекватных потребляемым, ставя эти процессы под естественный нейрогуморальный контроль.

В результате экспериментальных исследований установлено, что культуральная жидкость и клетки пропионовокислых бактерий и бифидобактерий обладают антимутагенным действием в отношении мутагенеза, индуцируемого 4-нитрохинолин-N-оксидом. Наиболее сильное антимутагенное действие обнаружено у культуральной жидкости и клеток пропионовокислых бактерий, достигающее соответственно 35% и 71,6% ингибирования. Возможно это объясняется тем, что пропионовокислые бактерии синтезируют значительные количества антиокислительных ферментов: супероксиддисмутазы, пероксидазы и каталазы. Одновременное присутствие этих ферментов позволяет клетке удалять супероксидные и пероксидные радикалы, образованные в окислительных реакциях.

Эксперименты на крысах

Для подтверждения эффективности способа производства йодированных продуктов на основе бактериальных концентратов пропионовокислых бактерии и бифидобактерий была также проведена экспериментальная проверка последних на крысах линии Вистар. О степени усвояемости йода судили по содержанию тиреоидных гормонов в сыворотке крови и гистоморфологическим исследованиям щитовидных желез крыс Вистар.

В экспериментах введение мерказолила животным в дозе 25 мг/кг в течении 14 дней привело к гипотиреозу. Результат показали, что применение йодированных концентратов в течении 14 дней способствует восстановлению показателей тироксина трийодтиронина в сыворотке крови до уровня таковых интактных животных при мерказолиловом гипотиреозе. Введение йодированных концентратов более эффективно по сравнению с введением «КI 200». Наличие данного эффекта можно объяснить тем, что ферментная система микроорганизмов способствует более полному усвоению йода организмом животных.

Отмечено, что действие йодированного концентрата пропионовокислых бактерий более эффективно по сравнению с йодированным концентратом бифидобактерий, т.к. содержание связанного тироксина и трийодтиронина у первого выше. Возможно это объясняется тем, что пероксидаза, синтезируемая пропионовокислыми бактериями, катализирует реакцию присоединения йода.

Также следует отметить, что применение йодированных бактериальных концентратов  в дозе 50 мкг/кг в течении двух недель восстанавливает у животных функциональную зависимость щитовидной желез до уровня интактных животных.

ИТАК: использование закваски на чистых культурах пропионовокислых бактерий и бифидобактерий способствует образованию прочных (!) йодсодержащих органических соединений, которые хорошо усваиваются организмом, и содержащийся в их составе йод участвует в образовании тиреоидных гормонов. Кроме того, разработанные продукты обладают высокой биологической ценностью и антимутагенной активностью.

Подробнее по теме см.:

• Получение йодированного кисломолочного пробиотическогоих продукта

Так была обоснована новизна и изобретательский уровень при разработке «Селенпропионикса», «Йодпропионикса» и кисломолочных йодированных и селенированных продуктов

По вопросу инновационности разработок см. также:

Будьте здоровы!