cơ chế tác dụng của probiotics

cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics cơ chế tác dụng của probiotics

Trường Đại Học Nha Trang

Viện công nghệ sinh học và môi trường

I.Tổng quan về probiotics

1 Khái niệm

Probiotics là “vsv sống được

bổ sung vào thức ăn mang

lại những tác dụng tốt cho

cơ thể động vật bằng cách

duy trì sự cân bằng vi

khuẩn đường ruột.”

Probiotics được cung cấp qua

sữa mẹ, rau, các sản phẩm

từ sữa (sữa chua,phomats)

và các loại thực phẩm khác

(socola, ngũ cốc )

I.2 Tiêu chí lựa chọn vi sinh vật làm

probiotic

• Có khả năng bám dính vào niêm mạc đường tiêu hóa (GI) của vật chủ

• Dễ nuôi cấy

• Không sinh chất độc và không gây bệnh cho vật chủ

• Có khả năng tồn tại độc lập trong một thời gian dài

• Có khả năng sinh enzyme hoặc các sản phẩm cuối cùng

mà vật chủ có thể sử dụng được

• Chịu được pH thấp ở dạ dày và muối mật ở ruột non

• Biểu hiện hiệu quả có lợi đối với vật chủ

I.3 Các chế phẩm probiotic phổ biến

hiện nay

• Probiotics phổ biến là các chế phẩm chứa vi khuẩn sinh acid lactic (LAB) như : lactobacilli,

bifidobacteria, enterococci

• Các LAB có hiệu quả mạnh chống lại các tác nhân

gây bệnh như: E.coli spp, Samonella spp,

Pseudomonas spp, và Campylobacter spp

• Một số chủng khác được sử dụng làm probiotics như:

Bacillus subtilis, một số cầu khuẩn Gram dương:

E.faecium, Streptococcus, nấm men Tuy nhiên các

chủng này có hiệu quả kém hơn so với LAB

I.3 Các chế phẩm probiotic phổ biến hiện nay: lactobacillus, streptococus, bifidobacteria, bacillus,

sacharomyces boulardii (Nấm men)…

lactobacillus

Streptococcus Bifidobacteria

Nấm men

I.Tổng quan về probiotics (tt)

- Ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn

gây bệnh trong đường ruột (E coli,

Salmonella…)

- Thúc đẩy sức khỏe của niêm mạc ruột

- Kích thích hệ thống miễn dịch trong

cơ thể

Ảnh hưởng của probiotic có thể là

trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua hệ

vi sinh vật đường ruột

II Cơ chế hoạt động của probiotic

1 Cạnh tranh dinh dưỡng

2 Cạnh tranh vị trí bám với vi sinh vật gây

II.1 Competing for nutrients

• Tất cả các vi sinh vật đều cần sắt để tăng

trưởng

• Siderophore là một chất có khả năng gắn với các ion sắt, hòa tan sắt dễ dàng cho vi sinh vật

• Các VSV vô hại sinh siderophore có thể sử

dụng như probiotic để cạnh tranh sắt với các

VK gây hại

Loại bỏ được đối thủ cạnh tranh dinh dưỡng và năng lượng dùng cho VK probiotic và cho vật chủ

II.2.1 The antagonism of receptor sites

on the host epithelium

• Các tế bào biểu mô, đường ruột,

miệng và âm đạo, là tế bào chủ cho

hàng triệu vị trí gắn thụ thể của vi

khuẩn khác nhau

• Khi probiotics liên kết với vị trí

gắn thụ thể trên tế bào biểu mô,

làm thay đổi niêm mạc của tế bào

• II.2.1.1 Phương pháp test sự bám dính của

là dòng tế bào Caco_2, HT_29 hoặc tế bào tiết ra dịch nhầy HT_29_MTX

Kết quả

• Tính dính bám phụ thuộc vào:chủng riêng biệt, độ tuổi của tế bào nuôi cấy

• Không ảnh hưởng đến sự sản xuất cytokine của tb biểu mô

• Vi khuẩn bám dính trên niêm mạc ruột nhờ cơ chế đặc trưng (chất bám dính và các phân tử thụ thể của ruột) và cơ chế không đặc trưng (dựa vào

những yếu tố hóa học)

• Một vài thành phần cấu tạo của vi khuẩn: protein thành tế bào, carbohydrates, và axit lipoteichoic được xem là có liên quan đến tính dính bám của probiotics vào ruột

II.2.1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến đặc tính

dính bám của probiotics

Đặc tính dính bám của probiotics là đặc trưng

theo chủng và những nhân tố như: đặc tính và thành phần của thành tế bào, từng vật chủ cụ

thể là yếu tố quan trọng quyết định tính dính

bám

Ngoài ra một vài nhân tố khác cũng gián tiếp ảnh hưởng đến những đặc tính dính bám

factor Study design effect references

pH thấp Sự dính bám của probiotic vào

tế bào biểu mô Caco-2

Tăng sự dính bám

Sự thay đổi tính dính bám phụ thuộc vào chủng

(8, 24) (64)

Các nhân tố ảnh hưởng (tt)

Sự có mặt của

acid đối kháng

Sự dính bám của acid làm thay đổi dịch nhầy của Bifidobacterium

Sự có mặt của acid đối kháng có thể làm tăng độ bám dính

(15)

Sự có mặt của

mật đối kháng

Sự dính bám của mật đối kháng làm thay đổi dịch nhầy của Bifidobacterium

Sự có mặt của mật đối kháng có thể làm tăng độ bám dính

(25)

VSV nội sinh Sự dính bám vào niêm mạc

trong sự có mặt của sinh vật trong phân hay màng nhầy

Hệ sinh vật nội sinh không ảnh hưởng đến sự dính bám vào niêm mạc trong in vitro

Sự tổ hợp của nhiều probiotic có thể hỗ trợ đến tính dính bám

(54)

Sự dính bám của probiotic vào tế bào biểu mô ruột lợn IPEC-J2

Các chủng probiotic có thể làm giảm tính dính bám của các chủng khác

(44)

Liên kết của độc

tố

Sự dính bám của Lactobacillus GG dòng tế bào biểu mô Caco-2

Sự dính bám giảm khi độc tố liên kết với tế bào

(39)

Các nhân tố ảnh hưởng (tt)

Các enzymes

tiêu hóa

Sự dính bám của probiotic vào niêm mạc

Làm giảm tính dính bám trong hầu hết các trường hợp

(52)

Sự dính bám của Propionibacterium acidipropionici vào tế bào ruột

Không ảnh hưởng đến tính dính bám

(76)

Sự có mặt của

lignans

Sự dính bám của probiotic thương mại vào màng nhầy

Tăng tính dính bám của một số chủng

(44)

II.2.1.7 Tính dính bám và hạn chế những đặc

tính của probiotic bất hoạt

• VK probiotics bất hoạt bởi nhiệt cũng có khả

• VD: tăng nhiệt có thể cải thiện các chủng

probiotics nhưng cũng có thể gây bất lợi đến các thuộc tính dính bám của các chủng khác

II.2.1.8 Vai trò của độ tuổi và thời gian

bệnh trong bám dính

• Sự biến đổi của các vi sinh vật đường tiêu hóa dẫn đến một số bệnh đường tiêu hóa và các bệnh khác Hơn nữa, độ tuổi được gợi ý là có liên quan đến sự khác biệt trong thành phần các vi sinh vật đường tiêu hóa, đặc biệt là Bifidobacteria…

• Do một vài nguyên nhân đặc tính dính bám của niêm mạc ruột có thể thay đổi suốt thời gian bệnh Khả năng xâm nhiễm của một vài probiotic ở các đối tượng bệnh cũng được đánh giá

Probiotics Thiết kế thí nghiệm Kết quả Tham

Sự bám dính của Bifidobacteria ở người cao tuổi giảm so với người trưởng thành

(30)

Bifidobacteria

thương mại

Trong in vitro sự dính bám vào niêm mạc trẻ

em, người trưởng thành

và người cao tuổi

Sự dính bám vào niêm mạc của những người cao tuổi giảm so với người trưởng thành và trẻ em

Sự dính bám vào niêm mạc trẻ bị dị ứng giảm so với những trẻ khỏe mạnh

(27,29)

Các probiotic

thương mại

Sự dính bám vào niêm mạc và mô ruột kết được cắt từ những bệnh nhân bị rối loạn ruột nặng

Sự dính bám phụ thuộc vào bệnh tật

(57,59)

Các probiotic

thương mại

Sự dính bám vào niêm mạc trẻ bị nhiễm

Rotavirus

Sự nhiễm Rotavirus không ảnh hưởng tới sự bám dính

Các chủng probiotic được khôi phục từ các sinh thiết cho thấy có sự xâm nhiễm tạm thời

Chủng probiotic được khôi phục từ 3/9 các sinh thiết, có sự xâm nhiễm tạm thời

(42)

a Kết tụ

b Độ dính bám

o Sự dính bám các biểu mô đường ruột và chất nhầy

có liên quan đến sự kích thích của hệ thống miễn dịch (80, 114), và sự dính bám vào niêm mạc ruột cũng rất quan trọng cho xâm nhiễm tạm thời (114),là một điều kiện tiên quyết quan trọng của probiotic để kiểm soát

sự cân bằng của hệ vi sinh vật đường ruột

o Chất nhầy đường ruột có một vai trò kép, nó bảo vệ niêm mạc của các loại vi sinh vật đích trong khi cung cấp một vi trí liên kết ban đầu, nguồn dinh dưỡng, và

là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn sinh sôi nảy nở

của các loài Lactobacillus có thể kích hoạt nó

tạo thành một rào cản ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh

d Yếu tố quyết định sự dính bám

Các cơ chế dính bám liên quan đến yếu tố thụ động, lực tĩnh điện và kỵ nước, acid lipoteichoic, và các cấu trúc đặc trưng như là polysaccharides và lectin

Thành phần protein có liên quan đến sự dính bám của các chủng probiotic lên các tế bào ruột

e Sự tổ hợp trong probiotic

Sự tổ hợp giữa các chủng probiotics khác nhau

có thể hiệu quả hơn so với các chủng đơn lẻ Tuy nhiên, hiệu quả có thể bị vô hiệu nếu các chủng không được chọn lọc một cách khoa học, chặt chẽ

Đã có một chứng minh rằng: sự kết hợp của các chủng probiotic có thể bổ sung hoặc cải thiện hoạt tính cho từng chủng riêng biệt trong tổ hợp đó

e Sự tổ hợp trong probiotic (tt)

Khi sử dụng probiotics tổ hợp giúp tăng cường khả năng dính bám lên niêm mạc ruột của từng chủng probiotics riêng rẻ

Vì vậy, cần thiết để nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của các sản phẩm nuôi cấy và trao đổi chất trong độ dính bám của các chủng probiotic

để tìm ra các tổ hợp tôt nhất để sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm chức năng

III.Production of Antimicrobial

Compounds

• LAB cạnh tranh với các vi sinh vật khác trong ổ sinh thái

đặc trưng bằng cách sản xuất các hợp chất đối kháng và thay đổi môi trường của chúng thông qua việc sản xuất các hợp chất trao đổi thứ cấp

• Các hợp chất kháng khuẩn điển hình gồm: hợp chất trọng lượng phân tử thấp < 1,000da như các acid hữu cơ, reuterin, reutericyclin, hydro peroxide, acetoin, diacyl và nhóm các bacteriocin có trọng lượng phân tử cao > 1,000da

• Mỗi chất kháng khuẩn có khả năng nhận biết vi khuẩn đích gây hại

• Sự có mặt của VK sinh các chất kháng khuẩn trong ruột của vật chủ, trên bề mặt hoặc trong môi trường nuôi đã tạo ra

một hàng rào ngăn chặn sự sinh sôi của các mầm bệnh

Bảng II: Tóm tắt các hợp chất kháng khuẩn được sản xuất bởi

Nguồn vi sinh vật

Reuterin ® Lactobacillus

reuteri

-

Bacteriocins Nicin - - Bảo quản,

Cyclo- Gly- L -Leu - Lactobacillus

pentosus

Kháng Nấm

L -Phe-trans-4-OH- L -Pro - Lactobacillus

plantarum

(MiLAB 393)

Kháng Nấm

Khác

khuẩn rộng Tetrahydro -4- hydroxy-4-

methyl-2H-pyran-2-one

Mevalonolactone Lactobacillus

plantarum

Kháng Nấm 5-methyl-2,4-

III.1 Sản xuất các hợp chất kháng

khuẩn trọng lượng phân tử thấp

a Production of Organic Acids

• Trong quá trình tăng trưởng kị khí (anaerobic growth) vi khuẩn lên men trong đường tiêu hóa tạo ra các acid hữu

cơ

• Hàm lượng và loại acid hữu cơ được sản xuất phụ thuộc vào loài và điều kiện tăng trưởng của vi khuẩn

• Theo cách lên men carbohydrate Lactobacilli được chia

ra ba nhóm: lên men đồng hình (homofementative), lên men dị hình tùy tiện (facutatively heterofermentative) và

dị hình bắt buộc (obligatively heterofermentative)

• Lên men đồng hình: lactobacilli lên men hexose sinh các acid lactic thông qua con đường glycolysis

• Lên men dị hình tùy tiện: lactobacilli lên men hexose tạo các acid lactic, acid acetic, ethanol và acid formic

• Lên men dị hình bắt buộc:

- Lactobacilli lên men hexoses tạo các acid lactic,acid acetic, ethanol, CO2.Trong khi pentoses được lên men tạo acid lactic và acid acetic

- Các lactobacilli có sinh một loại khí từ sự phân giải cacbohydrate hoặc lactobacilli đó sản xuất một số chất

lạ (exotic) như 1,2 propanediol

• Hình thức lên men đơn giản nhất là lên men đồng hình LAB, chỉ lên men đường hexose tạo lactate

• Trong điều kiện hạn chế đường hoặc oxy thì có khả năng lên men dị hình tạo ra lactate, acetate và một lượng nhỏ ethanol

• Các acid hữu cơ có hiệu quả kháng khuẩn trên

mầm bệnh Còn butyrate, propionate, formate có thể điều chỉnh được vi khuẩn có khả năng gây

bệnh

• Một số các tác nhân gây bệnh sử dụng các acid béo bay hơi như chất chỉ thị chọn lọc ‘preferential’ để xâm nhập

• Vd:- S.Typhimurium có hai thành phần BarA/SirA giúp điều chỉnh môi trường đường ruột và điều chỉnh sự biểu hiện của TTSS-1(Type Three Secretion System 1)

- Hệ thống tiết này mã hóa cho các cơ quan, tác động các protein cần thiết cho Salmonella xâm nhập vào các tế bào biểu mô không thực bào

• Acetate và formate có hoạt tính kích thích và tạo điều kiện cho sự xâm nhập trong S.Typhimurium

• Butyrate và propionate làm giảm khả năng gây bệnh của

SPI-1 (Salmonella pathogenicity island 1) – mã hóa

TTSS-1.Có khả năng biến đổi môi trường giúp giảm sự

xâm nhập và phát tán bào tử Salmonella trong sản xuất

thức ăn động vật

• Các acid hữu cơ tạo pH của đường ruột giúp hiệu quả kháng khuẩn mạnh

- Tại pH thấp acid hữu cơ phân ly liên tục.pH ảnh

hưởng trực tiếp đến tổng số acid không phân ly

khuếch tán qua màng vi khuẩn

- Sự phân ly cao của các proton và anion hữu cơ bên trong tế bào làm yếu lực di chuyển của proton qua màng vi khuẩn.vì không có gradien proton có lực ATPase F1/F10 nên làm giảm khả năng sản xuất

ATP của vi khuẩn

• Acid hữu cơ làm thiếu hụt ATP nội bào,gây ra sự

thấm qua màng, giải phóng LPS ra khỏi màng tế

bào vi khuẩn.Làm cho màng bị mẫn cảm với các tác nhân như: bacterioxin, chất tẩy rửa, mật

a.1 Lactic acid

• Sản phẩm lên men chính của LAB là L- lactate,được sử dụng bảo quản các sản phẩm thịt và kiểm soát mầm

bệnh trên các sản phẩm và bề mặt thịt

• Acid lactic có khả năng thấm qua màng mạnh

(membrane permeabilizer), là nguyên nhân gây tổn

thương, phá hủy màng tế bào E.coli

• Theo tính thấm, hoạt động của axit lactic có thể tạo điều

kiện thuận lợi cho các hoạt động của các yếu tố kháng khuẩn khác

• Cơ chế tác động kháng khuẩn của lactate là làm giảm

pH của một tế bào vi khuẩn thông qua sự phân ly các

acid hữu cơ và lọc các cation hóa trị hai để chuỗi LPS mới ổn định

b Hydrogen Peroxide

• Lactobacilli sản xuất hydro peroxide khi trong môi

trường nuôi có mặt oxy

• Hydro peroxide là phân tử quan trọng điều tiết hệ vi sinh vật âm đạo (vaginal) và gây độc cho các mầm bệnh

• Có hoạt tính kháng khuẩn mạnh trong cả invitro và

invivo nhờ tác dụng oxy hóa mạnh mẽ trên tế bào vi

khuẩn (hydroxyl triệt để)

• Nhiều loài lactobacilli có khả năng sinh hydro peroxyde trong đường ruột, đặc biệt là trong ruột non

c CO2

• CO2 chủ yếu được hình thành từ lên men lactic dị hình

• CO2 có thể trực tiếp tạo ra trong môi trường kị khí và độc hại đối với một số vi sinh vật hiếu khí thông qua hoạt động của

chúng trên trên màng tế bào

• Hoạt động kháng khuẩn của phân tử CO2 được cho là do sự ức chế của enzyme decacboxyl và sự tích lũy của CO2 trong màng lipit gây ra rối loạn tính thấm của màng

• CO2 có thể có hiệu quả chống lại sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm, kháng vi khuẩn gram âm, có hiệu quả

về phương diện thương mại hóa áp dụng cho các sản phẩm làm lạnh

c Reuterin and Reutericyclin

Reuterin là hợp chất kháng khuẩn đặc trưng được sản

xuất bởi Lactobacillus spp

• Reuterin hoạt động trong phạm vi pH rộng,có khả năng chịu được protease và lipases, và có hoạt tính kháng

khuẩn kháng lại các mầm bệnh có trong thực phẩm

• Trong giai đoạn tăng trưởng, Reuterin không sản xuất do

sự giảm trao đổi chất của đường Khi các tế bào tham gia vào giai đoạn tăng trưởng, Reuterin bắt đầu tích lũy Hơn nữa, Reuterin tích lũy khi tiếp xúc với các tế bào mục

tiêu

Reutericyclin là một dẫn xuất acid tetrameric sản

xuất bởi chủng L.reuteri Bao gồm một đầu ưa

nước mang điện tích âm và hai chuỗi bên kị nước

• Reutericyclin được cho là tạo nên các kênh,lỗ trên màng vi khuẩn,tuy nhiên các nghiên cứu sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang (fluorescent dyes) cho thấy proton điện thế xuyên màng,hình thành lỗ và điện thế kali xuyên qua màng

Reutericylin không tạo nên các lỗ màng nhưng

làm mất khả năng proton xuyên màng chọn lọc

gây phân tán PMF (proton motive force)