Метабиотики: новые технологии для поддержания здоровья


Взаимодействие между макроорганизмом и его симбиотической микрофлорой происходит в основном посредством ряда низкомолекулярных соединений, которые способны активировать, подавлять или изменять процессы, функции и реакции макроорганизма как на тканевом, так и на клеточном уровне.

У здоровых людей главным источником этих биоактивных молекул являются симбиотические микроорганизмы кишечника. По предварительным оценкам число таких веществ, которые продуцируются микроорганизмами и обладают биологической и фармакологической активностью, составляет около 25 тысяч. Нарушение гомеостаза этих молекул служит фактором риска различных заболеваний.

В последнее десятилетие среди медицинского научного сообщества получила распространение идея о том, что для поддержания и восстановления микроэкологии человеческого организма следует использовать не только живые пробиотики, но и отфильтрованные продукты их метаболизма и/или их структурные компоненты. Такие соединения получили называние метабиотиков (прочие названия: лизаты, ультрализаты).

К группе метабиотиков относят:

  • бактериоцины и микроцины;
  • короткоцепочечные жирные и некоторые другие органические кислоты;
  • биогенные поверхностно-активные вещества;
  • ряд сложных полисахаридов;
  • некоторые пептидогликаны;
  • липо- и гликопротеины, включая определенные ферменты;
  • многие витамины;
  • гамма-аминомасляную и глутаминовую кислоту;
  • холины, алкилхолины и фосфорилхолин;
  • цАМФ и цГМФ;
  • некоторые стероиды, видоизмененные в процессе вторичного бактериального метаболизма;
  • инсулиноформные и другие гормоноподобные белки;
  • ДНК бактериальных хромосом, транспозоны, плазмиды и т.д.


ОСНОВНЫЕ ПРОДУКТЫ БАКТЕРИАЛЬНОГО МЕТАБОЛИЗМА

Короткоцепочечные жирные кислоты являются основным продуктом микробной ферментации углеводов, жиров и белков. K ним относятся, в частности, уксусная, пропионовая, масляная и другие кислоты.

Уксусная кислота (CH3COOH) является энергетическим субстратом для клеток тканей и органов (мышечной ткани, сердца, почек, головного мозга и других); оказывает антигипоксическое действие на слизистую оболочку кишечника, повышая усвоение кислорода; совместно с молочной кислотой регулирует уровень pН, повышая колонизационную резистентность; повышает моторную и секреторную активность кишечника; обладает послабляющим эффектом.

Пропионовая кислота (CH3CH2COOH) также участвует в обеспечении колонизационной резистентности за счет блокировки адгезии патогенных и условно-патогенных микроорганизмов; является субстратом в процессе глюконеогенеза и синтеза биогенных аминов. Пропионовая и масляная кислоты являются необходимыми компонентами для синтеза некоторых гормонов и нейромедиаторов (серотонина, эндорфинов).

Масляная кислота (C3H7COOH) играет важную роль в стимуляции роста и обновления клеток слизистой оболочки кишечника, являясь основным энергетическим субстратом для клеток кишечника; участвует в образовании слизистого слоя, о значении которого говорилось выше; а также модулирует метаболические и сигнальные процессы в ЖКТ.

В целом короткоцепочечные жирные кислоты являются энергетическим субстратом для различных органов и тканей организма человека, увеличивают всасывание воды и солей (хлорида натрия, калия, магния), регулируют кислотно-щелочной баланс (снижают рН в толстой кишке), поддерживают микробное равновесие и целостность слизистой оболочки кишечника, обладают антиканцерогенным действием, участвуют во многих процессах обмена веществ, могут взаимодействовать с клетками человека, участвуя в модификации гистонов и метилировании ДНК.

Еще одним из важнейших продуктов метаболизма пробиотических микроорганизмов являются полисахариды. Их функции в организме человека достаточно обширны: они потенцируют рост бифидо- и лактобактерий, при этом подавляя условно-патогенную флору; оказывают иммуномодулирующее действие путем модуляции фагоцитарной активности макрофагов и продукции провоспалительных цитокинов; участвуют в энергетическом обмене. Одним из наиболее изученных полисахаридов, являющихся метаболитом нормофлоры, является инулин. К его свойствам относятся стимулирующий эффект на рост и активность бифидо- и лактобактерий, способность потенцировать усвоение кальция в толстом кишечнике, описаны его антиканцерогенные, антиатеросклеротические и профилактические эффекты в отношении снижения риска развития сахарного диабета.

Витамин В12 обладает высокой биологической активностью, входя в состав многочисленных ферментов в качестве кофактора, принимает участие в процессах созревания эритроцитов и кроветворения, снижает концентрацию «вредного» холестерина в крови, является необходимым компонентом биосинтеза нуклеиновых кислот и функционирования нервной системы.

Трегалоза выполняет защитную внутриклеточную роль при стрессе, возникающем при воздействии на организм многочисленных факторов внутренней и внешней среды.

Из вспомогательных веществ важное значение имеют тиамин (витамин В1) и пиридоксин (витамин В6). Выполняя функцию коферментов, они участвуют в многочисленных обменных процессах организма, необходимы для нормального роста и развития кишечной микрофлоры.



СВОЙСТВА МЕТАБИОТИКОВ

Являясь фактически сигнальными молекулами, метабиотики оказывают влияние на микробиом и его взаимодействие с клетками человека путем модуляции метаболических, иммунных и нервно-рефлекторных реакций.


Влияние на иммунитет

Структурные компоненты (пептидогликаны, экзополисахариды, ЛПС, нуклеиновые кислоты и др.) и метаболиты (дофамин, серотонин, метаболиты гистамина и триптофана и др.) пробиотических микроорганизмов имеют специфические рецепторы и мишени в различных звеньях иммунной системы.

Метабиотики активируют фагоцитоз, увеличивают производство и активность иммунокомпетентных клеток и лейкоцитов, повышают выработку лизоцима, интерферона и иммуноглобулинов, оказывая, таким образом, системное влияние на врожденный и приобретенный иммунитет.


Антимикробный эффект

Бактериоцины – вещества белковой природы, продуцируемые бактериями некоторых видов, угнетающие развитие родственных микроорганизмов, однако в отличие от антибиотиков для них характерен узкий диапазон действия. В настоящее время известно более 20 видов бактериоцинов. Антимикробный эффект этой группы веществ известен и широко использовался на протяжении всей истории человечества – это продление срока годности пищевых продуктов путем ферментации с образованием молочной кислоты с сопутствующим снижением рН. В настоящее время исследователи рассматривают бактериоцины в качестве потенциальных антимикробных лекарственных веществ и консервантов, подавляющих рост и развитие патогенных и условно-патогенных бактерий и дрожжевых грибов.

Принципиально важным фактором в действии бактериоцинов является избирательность воздействия на микрофлору человека, что нормализует микробное сообщество при некоторых патологиях у человека.


Антиоксидантная активность

Микробные структурные компоненты и метаболиты (пептиды, полисахариды, глютатион, масляная кислота, витамин В12, тиамин) способствуют снижению окислительного стресса за счет прямого или косвенного увеличения синтеза антиоксидантных ферментов организма-хозяина; связывают ионы металлов, участвующие в окислительных реакциях; участвуют в регуляции синтеза свободных радикалов клетками организма-хозяина; восстанавливают полезную микробиоту хозяина и ингибируют размножение патогенных микроорганизмов и связанные с ними метаболические нарушения и оксидативный стресс.


Таким образом, метабиотики могут рассматриваться в качестве перспективной группы препаратов для коррекции дисбиотических нарушений и для восстановления врожденного и приобретенного иммунитета.


Литература:

Михайлова Е.А., Локошко Д.В., Большакова Е.М. Метабиотики как средство коррекции дисбиотических состояний кишечника. современный взгляд на проблему // В сборнике: Приоритетные направления развития науки и образования. Сборник статей XIII Международной научно-практической конференции. Пенза, 2020. С. 208-213.

Тохириён Б., Вековцев А.А., Булашко О.Н., Котова Т.В., Позняковский В.М. Биотехнологическая программа в форме БАД для поддержки индигенной микрофлоры кишечника // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2020. Т. 8. № 2. С. 65-73.

Плоскирева А. А. Метаболитная терапия нарушений микробиоценозов различных биотопов организма человека // Лечащий врач. 2016; 6: 21 – 24.

Шендеров Б.А., Ткаченко Е.И., Лазебник Л.Б., Ардатская М.Д., Синица А.В., and Захарченко М.М.. "Метабиотики - новая технология профилактики и лечения заболеваний, связанных с микроэкологическими нарушениями в организме человека" Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология, no. 3 (151), 2018, pp. 83-92.