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Microbiologia dei probiotici

Appunti di Microbiologia dei probiotici basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Lazzi dell’università degli Studi di Parma - Unipr, facoltà di Agraria, Corso di laurea in scienze e tecnologie alimentari. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Microbiologia dei probiotici docente Prof. C. Lazzi

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diversità microbica

Le forze che modellano la nell’intestino umano sono:

■ l’ambiente chimico poiché l’intestino offre meno nicchie chimiche rispetto ad altri habitat ed

è grazie all’ambiente chimico che i m.o. possono ottenere energia dal trasferimento di

elettroni dal carbonio organico:

○ al carbonio organico nel caso della fermentazione;

○ al carbonio inorganico nel caso della metanogenesi;

○ al solfato per la riduzione del solfato.

Inoltre la riduzione del numero di nicchie può derivare dalle peristalsi.

■ la modificazione del genoma consiste nell’acquisizione di un gene da trasferimento laterale

di gene che è stato recentemente dimostrato essere indotto dall’interazione tra il cibo e il

microbiota intestinale.

La crescita di batteri dipende da

➢ fattori dell’ospite genetici, dietetici, malattie;

➢ fattori ambientali come il tipo di substrato disponibile, pH e potenziale redox;

➢ fattori batterici come la capacità di adesione, enzimi, capacità metabolica e interazioni

microbiche.

Il Ruolo del microbiota nell’intestino comprende diverse funzioni:

❏ funzioni metaboliche (fermentazione di substrati disponibili), la principale è collegata alla

fermentazione di carboidrati indigesti con produzione di acidi grassi a corta catena e gas;

❏ funzioni trofiche (acidi grassi a corta catena stimolano in vivo la proliferazione e

differenziazione di cellule epiteliali nel tenue e crasso e la stabilità del sistema immunitario);

❏ funzioni protettive (prevenzione da colonizzazione intestinale di patogeni);

❏ I batteri intestinali hanno un ruolo anche nella sintesi di vit B e K, metabolismo di acidi biliari e

colesterolo, metabolismo di tossine e sostanze carcinogene nella dieta.

Lo stomaco e l’intestino tenue sono responsabili della digestione e assorbimento della maggior parte

dei nutrienti mentre il crasso ha limitate capacità digestive.

colon

I carboidrati non digeriti che arrivano al giornalmente sono 10-60 g più 2-3 g di carboidrati

endogeni. Nel colon i m.o. fermentano amido resistente, zuccheri non assorbiti, polisaccaridi

cellulosici e non, mucine negli acidi grassi a corta catena e gas (CO2, CH4 e H2).

L’amido resistente è quella frazione di amido che non viene idrolizzato da parte di enzimi nel tenue.

Può essere fermentato completamente o parzialmente nel colon e rappresenta circa il 10%

dell’amido assunto con la dieta occidentale. L’amido resistente è composto per il 100% da amilosio,

la frazione lineare dell’amido, che risulta più difficilmente attaccabile dagli enzimi digestivi.

Metabolismo del microbiota intestinale I microrganismi nell’ intestino possono ricavare energia da

diverse vie metaboliche:

➔ fermentazione è la via di produzione di energia dominante per il microbiota;

➔ metanogenesi (Archea) o acetogenesi (batteri);

➔ respirazione anaerobia riduzione di solfato con produzione di S o H2S.

La fermentazione di fibre produce acidi grassi a corta catena ma anche CO2 e H2. L’H prodotto viene

eliminato attraverso 3 vie: flatulenza, assorbimento nel sistema circolatorio ed escrezione

respiratoria, metabolismo del microbiota del colon.

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Per quanto riguarda la fermentazione diversi substrati subiscono una diversa fermentazione con

diversi prodotti finali. (Carboidrati acidi grassi a corta catena, acetato, propionato e butirrato;

Proteine differenti metaboliti di cui alcuni tossici, ammoniaca, ammine, acidi organici, composti

solforati, composti fenolici e indolici).

L’attività saccarolitica è di grande importanza nel crasso in quanto la maggior parte dei m.o. sono

saccarolitici. Nella dieta i carboidrati digeribili sono amidi e zuccheri, quelli non digeribili fibre, amidi

resistenti e oligosaccaridi. La maggior parte degli zuccheri semplici sono assorbiti nel tenue, ma la

mancanza di enzimi che scindano i carboidrati non digeribili fa in modo che non vengano assorbiti,

ma fermentati nel colon dal microbiota anaerobio con produzione principalmente di acidi grassi a

corta catena.

Le principali specie saccarolitiche appartengono ai Bacteroides, Bifidobatteri, Ruminococcus,

Lactobacillus e Clostridium. I batteri saccarolitici sono altamente adattati per la crescita in presenza

di carboidrati complessi attraverso la loro capacità di produrre una varietà di polidrolasi e glicosidasi.

In molti casi l’acetato è il più abbondante acido grasso a corta catena seguito da propionato e

butirrato. In particolare Firmicutes producono prevalentemente butirrato mentre Bacteroidetes

acetato e propionato.

La fermentazione avviene nel colon prossimale soprattutto e nel crasso circa il 95% degli acidi grassi

a corta catena prodotti vengono rapidamente assorbiti dai colonociti mentre il 5% viene escreto con

le feci.

Anche nel metabolismo delle proteine vengono prodotti acidi a corta catena (acetato poi butirrato e

propionato ed una varietà di acidi grassi a corta catena ramificati). Dalla dieta infatti al colon

giungono 3-9g al giorno di proteine esogene e 4-6g endogene.

La fermentazione proteica avviene nella regione distale del colon dove le fonti di carboidrati sono

esaurite e il pH è prossimo alla neutralità. I batteri proteolitici dominanti nel colon sono Bacteroides

→ possiedono un’attività delle peptidasi molto forte e predominano a pH 6,5 e Clostridium.

La degradazione di proteine e AA è accompagnata da metaboliti potenzialmente tossici come

ammine, composti fenolici e composti solforati volatili. La principale via del metabolismo proteico

nel colon è la deamminazione che porta alla produzione di acidi a corta catena e ammoniaca, ma

anche acidi grassi a catena ramificata come isobutirrato e 2-metilbutirrato. Questi acidi grassi a

catena ramificata sono prodotti prevalentemente da AA ramificati quali valina, isoleucina e leucina e

sono spesso usati come marker fecali della fermentazione proteica.

La deaminazione di AA aromatici porta a composti fenolici; i batteri coinvolti sono Clostridium,

Bacteroidetes, Enterobacter, Bifidobacterium, Lactobacillus.

La decarbossilazione di AA e peptidi porta alla formazione di una larga varietà di amine. I batteri

coinvolti sono della classe Clostridia.

Molti composti rilasciati dalla fermentazione delle proteine sono considerati citotossici e vengono

rilasciate sostanze mutagene con danneggiamento dell'epitelio intestinale.

Gli Acidi grassi a corta catena sono rapidamente assorbiti dalla mucosa intestinale e nel colon

prossimale per diffusione passiva. Acetato, propionato, butirrato sono ossidati dalle cellule mucosali

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prossimale per diffusione passiva. Acetato, propionato, butirrato sono ossidati dalle cellule mucosali

per ottenere energia:

⇒ il butirrato è la principale fonte di energia per le cellule epiteliali, contribuisce a regolare

l’espressione genica dell’ospite, gioca un ruolo chiave nell’infiammazione ed è coinvolto nella

differenziazione delle cellule nell’intestino;

⇒ l’acetato viene usato dai muscoli periferici e per la sintesi di acidi grassi o colesterolo nel

fegato;

⇒ il propionato arriva al fegato. L'acetato e il propionato modulano il metabolismo del glucosio

poiché il loro assorbimento induce una risposta glicemica più bassa post prandiale.

Il microbiota intestinale svolge funzione protettiva nella prevenzione dell’adesione e penetrazione

dei patogeni mediante esclusione competitiva (occupando i siti di adesione), consumo di nutrienti,

produzione di sostanze antimicrobiche e stimolo produzione dei vari composti antimicrobici.

Differenti studi dimostrano che la composizione del microbiota colonico può essere suddiviso in tre

sezioni:

A. l’intestino di un bambino ancora non nato è considerato sterile e la

Periodo neonatale:

colonizzazione batterica avviene durante la nascita per inoculazione da:

Microbiota materno:

1. il microbiota della prole è molto simile a quello della madre (è

stato visto che il microbiota di gemelli adulti mono e dizigoti erano simili a quelli

dell’altro gemello suggerendo che la colonizzazione del microbiota da una madre

condivisa è più importante nel determinare il loro microbiota da adulti); durante il parto

naturale il bambino è esposto alla complessa popolazione microbica del canale vaginale,

cosa che influisce sullo sviluppo del microbiota intestinale tanto che il microbiota

intestinale del bambino è simile a quello vaginale della madre. Nel primo trimestre di

gravidanza la diversità dei batteri vaginale cambia, specie abbondanti diventano rare e

viceversa. Una specie dominante nella vagina di una donna gravida è Lactobacillus

johnsonii, solitamente presente nell’intestino dove produce proteasi che degradano la

caseina in oligopeptidi. Durante il parto il bambino lo ingerirà e ne sarà coperto;

probabilmente questo inoculo prepara il neonato a digerire il latte materno.

Ambiente:

2. i bambini partoriti con parto cesareo hanno una differente composizione

microbica se comparata con quella dei bambini provenienti da parti naturali. Il parto

naturale determina esposizione a batteri vaginali e fecali (Lactobacillus, Prevotella,

Atopobium), quello cesareo a comunità della pelle e dell’ambiente ospedaliero

(Staphylococcus, Clostridium, Corynebaterium e Propionibacterium).

Dieta:

3. la colonizzazione di infanti allattati al seno avviene prevalentemente da parte di

bifidobatteri grazie alla presenza di oligosaccaridi complessi nel latte materno che

stimolano la loro crescita. La colonizzazione di infanti alimentati con latte in formula

avviene ad opera di anaerobi come clostridi. In generale i bambini con parto naturale e

allattati al seno sono caratterizzati da una minor incidenza di malattie e mortalità. Dal

momento che alla nascita l’intestino contiene ossigeno, quando viene inoculato, i

colonizzatori sono aerotolleranti e consumando O2 creano le condizioni per la crescita di

anaerobi obbligati (Bifidobacterium, Clostridi, Bacteroides). Introducendo cibo solito il

microbiota cambia avvicinandosi a quello di un adulto.

Periodo adulto:

A. il microbiota dell’intestino di un individuo sano è dominato da batteri

anaerobi obbligati ed i membri appartengono a 4 phyla: Firmicutes, Bacteroides, Proteobatteri,

Actinobacteria. →

Il microbiota intestinale dell’adulto possiede un certo grado di resilienza abilità a resistere

allo stressa e la tendenza a tornare allo stato iniziale (prima dello stress). Questo concetto è

correlato alla ricchezza (livello di biodiversità) e alla diversità funzionale: se una specie non

resiste un tratto metabolico non scompare. [Livello di biodiversità ricchezza in biotipi

mantiene tratto metabolico funzionale nell’intestino].

Nonostante la stabilità a livello del phylum le specie cambiano tra individui sani alta diversità

tra microbioti negli individui): la comunità microbica dell’intestino è infatti caratterizzata da

elevata diversità ma anche se le specie batteriche variano tra gli individui, i geni e le vie

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elevata diversità ma anche se le specie batteriche variano tra gli individui, i geni e le vie

metaboliche sono conservati e costituiscono una sorta di “core microbiome”. 3

Dalle analisi di un elevato numero di soggetti di diversa nazionalità si è scoperta l’esistenza di

diversi enterotipi nell’intestino, ciascuno identificato dalla variazione nei livelli di uno dei tre

generi: Bacteroides, Prevotella e Ruminococcus. Questi enterotipi differiscono per il modo di

generare energia da substrati fermentabili disponibili nel colon e per la produzione di vitamine.

1. L’enterotipo 1 ricava energia primariamente da carboidrati e proteine attraverso

fermentazione; dal momento che i generi hanno un ampio spettro saccarolitico (in grado

di fermentare più/diversi zuccheri) e poiché i geni che codificano enzimi coinvolti nella

degradazione di questi substrati sono molto presenti in questo enterotipo. Inoltre i

generi coinvolti nell’enterotipo 1 producono più enzimi della vit B7.

2. L’enterotipo 2 degradano le glicoproteine muciniche presenti nello strato mucoso

dell’intestino, vengono prodotti più enzimi per la sintesi della vit B1.

3. L’enterotipo 3 degrada mucine; è inoltre arricchito in trasportatori di membrana,

principalmente di zuccheri, evidenziando l’efficiente legame con la mucina e la sua

conseguente idrolisi così come l’assorbimento degli zuccheri semplici, prodotti da questi

generi.

Un fattore chiave per determinare la composizione del microbiota dell’intestino è la dieta: nei

soggetti sani infatti gli enterotipi sono fortemente associati alla dieta. In particolare

l'enterotipo è associato alla dieta a lungo termine:

➢ elevati livelli di Bacteroides si riscontrano in diete proteiche e con grassi animali;

➢ Prevotella per diete ricche in carboidrati.

Dal confronto tra la dieta di un bambino proveniente dall’africa rurale ed uno proveniente

dall'Europa si è riscontrato che nella dieta del primo (bassa in grassi e proteine animali, ricca in

amido fibra, e polisaccaridi da piante, prevalentemente vegetariane) c’è una maggiore

ricchezza di Bacteroidetes sono poveri in firmicutes, ricchi nel genere Prevotella e x-y

Laribacter che presentano una serie di geni batterici per l’idrolisi di cellulosa e xilani, geni che

mancano completamente nei bambini europei. Inoltre si riscontra maggiore presenza di acidi

grassi a corta catena, minore presenza di enterobatteriacee. È stato ipotizzato che il

microbiota dell’intestino si sia co-evoluto con la dieta dei bambini africani ricca in polisaccaridi,

permettendo loro di massimizzare l’in-take energetico dalle fibre e di proteggerli da

infiammazioni e da malattie coloniche non infettive.

Alla composizione del microbiota intestinale contribuiscono: abitudine giornaliere, genetica

dell’ospite, colonizzazione recente, farmaci, salute/malattia e la dieta. Per quanto riguarda la

dieta i prodotti whole-grain hanno un elevata quantità di fibra alimentare che non può essere

digerita da enzimi umani, perciò raggiunge il colon dove viene metabolizzata dal microbiota,

influenzando la crescita di diversi gruppi batterici (aumento bifidobatteri e firmicutes,

diminuzione Bacteroidetes); una dieta vegetariana comporta un maggior numero di

Bacteroidetes mentre gli onnivori hanno un maggior numero di clostridi e producono acido

butirrico.

La ricchezza del microbioma è correlata con marker metabolici: l’analisi del microbiota

dell’intestino di un vasto gruppo di soggetti ha permesso di individuare 2 gruppi di individui

che differiscono in base al numero di geni microbici dell’intestino (ricchezza). Questi due

gruppi sono:

1. LGC (low gene content) Il microbiota dei soggetti LGC tende ad essere dominato da

Bacteroides; questo gruppo di individui mostra una maggiore incidenza di obesità e

sindromi metaboliche.

2. HGC (high gene content).

Soggetti obesi LGC, seguendo una dieta controllata aumentano la diversità del microbiota

avvicinandosi ai HGC e migliorando le sindromi metaboliche. Questo suggerisce che la dieta ha

un impatto sullo stato LGC e sullo sviluppo delle sindromi.

Periodo dell’anzianità:

B. l’intestino invecchiando è soggetto ad un numero di cambiamenti

fisiologici. Il deterioramento dei denti, la perdita di appetito il lungo tempo di transito

intestinale e la dieta influiscono sul microbiota intestinale riducendo la capacità di adesione

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intestinale e la dieta influiscono sul microbiota intestinale riducendo la capacità di adesione

alla mucosa intestinale, aumentando la mucosa proteica con produzione di sostanze tossiche.

Si assiste ad una dominanza delle comunità di Bacteroides, diminuzione della diversità,

diminuzione di bifidobatteri con un spostamento verso il quarto gruppo dei clostridi.

I microrganismi del gut sono difficili da coltivare per la stretta anaerobiosi e dal momento che non si

conosce a pieno la domanda di nutrienti.

I m.o. dell’intestino sono difficili da coltivare (anaerobi obbligati e bisogna conoscere i nutrienti

adatti). metodi per studiare il microbiota intestinale:

Esistono due

1. Sviluppo di culturomics; La culturomics è una strategia proposta nel 2012 basata sull’uso

di combinazioni di caratteristiche culturali diversificate (atmosfera, temperatura di

incubazione e tempo, composizione media della coltura in termini di pH, nutrienti,

minerali e antibiotici) con l’obiettivo di riprodurre per quanto possibili le naturali

condizioni nell’intestino. Lo stesso campione analizzato attraverso culturomics e poi

attraverso metagenomica manca nel secondo caso di alcune specie; probabilmente

perché presenti in basse concentrazioni e quindi non rilevabili dal metodo

metagenomico.

2. Approccio molecolare;

Ad oggi esistono isolati per ciascuna specie (tra le più abbandonati) ma che comunque

rappresentano solo il 50% del totale della diversità microbica dell’intestino. Il microbiota fecale è

accettato come una lontana approssimazione dell’ecologia del microbiota colonico.

Nell’ambito della coltivazione del microbiota intestinale un enorme passo in avanti è stato effettuato

nel 2000 con l’introduzione dell’analisi delle sequenze della piccola subunità ribosomiale RNA (SSU

rRNA) che ha provveduto a porre le basi molecolari della tassonomia molecolare ora in uso.

I batteri che sono raggruppati nei phylum Actinobacteria, Bacteroides, firmicutes, Proteobatteri,

sono i più diversi e abbondanti microrganismi nel tratto gastrointestinale adulto.

Actinobacteria

1. Tra gli distinguiamo:

● bifidobatteri, microrganismi anaerobi catalisi negati e saccarolitici (produttori acetato e lattato

da zuccheri senza però produzione di CO2) che aderiscono all’intestino mediante una struttura

polisaccaridica cellulare, esprimono pili in vivo e producono batteriocine e peptidi

antimicrobici;

● coriobacteriales il cui genere dominante è Collinsella anaerobio obbligato che fermenta una

vasta gamma di carboidrati inclusi zuccheri complessi come amido e glicogeno producendo

etanolo, H2 formato e lattato ed insieme ai bifidobatteri è il principale utilizzatore di lattosio,

può inoltre deconiugare acidi biliari;

● actinomycetales scarsa abbondanza, i generi principali sono Propionibacterium e

Corinebacterium; questi batteri tipicamente colonizzano la pelle umana e sono stato riscontrati

in abbondanza in neonati nati da parto cesareo; sono presenti nel tratto gastrointestinale alto,

sono i principale batteri proteolitici ed i principale produttori di B12.

Bacteroides

1. sono batteri del tipo Gram -, sono comuni abbondanti e diversi nel tratto

gastrointestinale. Il primo batterio è stato isolato come patogeno (appendicite). Anche se

ancora oggi sono considerati patogeni opportunisti, studi hanno dimostrato che molte specie

sono adeguate al tratto gastrointestinale, dove vivono in grande abbondanza. Attuano delle

conversioni metaboliche essenziali per l’ospite come: degradazione di proteine o zuccheri

complessi e deconiugazione di acidi biliari.

Sono presenti varie famiglie tutte accomunate dalla produzione di acido succinico, acido

acetico e acido propionico come maggiori metaboliti. Includono specie sia saccarolitiche che

non saccarolitiche.

Firmicutes

2. sono il gruppo più vario e abbondante del microbiota del tratto gastrointestinale

(80% del microbiota del GIT). Si dividono in 4 classi: Bacilli, Clostridia, Negativicutes ed

Erysipelotrichia. Lezioni Pagina 7

Molti batteri dei Firmicutes sono sporigeni (Clostridium spp. e Bacillus spp.) e questo consente

loro un alto tasso di sopravvivenza nel tratto gastrointestinale e oltre. Inoltre possono essere

sia probiotici (Lactobacillus spp.) che patogeni (Clostridium difficile).

Troviamo diverse classi quali:

➢ Clostridia i m.o. più abbondanti del tratto gastrointestinale appartengono alla classe Clostridia

e nello specifico alle famiglie delle:

○ Ruminococcacee anaerobi obbligati, degradano zuccheri complessi producendo acetato

come maggior prodotto della fermentazione. Troviamo batteri tra i maggior produttori di

butirrato in questa famiglia (Faecalibacterium prausnitzii utilizza zuccheri e molecole

complesse per produrre butirrato, lattato e formiato).

○ Lachnospiracee famiglia che comprende 24 diversi generi. Molti membri della famiglia

sono produttori di butirrato. La diminuzione della produzione di butirrato ad opera dei

batteri appartenenti a questa famiglia è associata alla presenza di problemi di salute →

(cancro colon rettale, coliti..). Possiamo trovare batteri appartenenti al genere Blautia

utilizzano idrogeno e diossido di carbonio per produrre acetato. Questi batteri sono

abbondanti nel sistema gastrointestinale e si trovano soprattutto negli anziani.

➢ Bacilli (order Lactobacillales) questa classe include i generi Lactobacillus, Enterococcus e

Streptococcus i quali sono dominanti nella parte superiore del tratto gastrointestinale dove

trasformano zuccheri semplici in lattato attraverso la fermentazione.

Proteobatteri

3. batteri appartenenti a questo phylum (Gram -) sono comunemente riscontrati

in campioni del tratto gastrointestinale ma non sono molto abbondanti (solitamente sono solo

l’1% del microbiota totale).

Ci sono diverse classi di Proteobatteri (Alpha-, beta-, gamma-, delta-..). I gruppi più abbondanti

sono le Enterobatteriacee e i Gammaproteobatteri. Escherichia coli è il battere più presente e

rappresentativo delle Enterobatteriacee. E. coli è anaerobio facoltativo e può essere sia

probiotico che patogeno. Lezioni Pagina 8

Cosa sono i probiotici

venerdì 25 maggio 2018 18:00

Cosa sono i probiotici?

Sono microrganismi vivi che quando somministrati in quantità adeguate, conferiscono un beneficio

salutistico all’ospite. Questa definizione proposta dalla FAO è la più accettata nella comunità

scientifica. Al momento la definizione non è accettata dall’EFSA o dall’amministrazione cibo e

droghe USA, poiché insistono che l’health claim nella definizione non è misurabile a causa del fatto

che i mercati commerciali hanno superato la capacità della scienza di confermare l’evidenza. Come

conseguenza, nessun health claim confermato è stato approvato per alcun probiotico in USA o in

EU.

Il concetto che batteri di origine alimentare possano essere benefici per la salute emerse all’inizio

del ventesimo secolo ed è attribuito a Metchnikoff, che disse: “ la dipendenza dei microbi intestinali

dal cibo rende possibile adottare misure per modificare la flora dei nostri corpi e rimpiazzare i

microbi dannosi con microbi utili”; “indagini sistematiche dovrebbero essere fatte sulla relazione del

microbiota intestinale con l’invecchiamento precoce e sull’influenza delle diete che prevengono la

putrefazione intestinale nel prolungamento della vita e del mantenimento delle forze del corpo”.

Perché probiotici?

Gli scienziati stanno imparando sempre di più ogni giorno sul ruolo dei microbi nel tenere le persone

in salute e sulla moltitudine di benefici per la salute associati con il consumo del giusto tipo e livello

di microrganismi probiotici. Ricerche hanno suggerito che i probiotici possono:

 migliorare le funzioni digestive;

 aiutare contro gli effetti collaterali di terapie antibiotiche;

 aiutare a ridurre il rischio di alcune comuni malattie infettive acute;

 migliorano la tolleranza del lattosio;

 aumentano la funzione immunitaria.

Alcuni studi riportano inoltre che certi probiotici possono avere un ruolo nel ridurre lo sviluppo di

allergie in bambini, diminuire la colonizzazione da parte di Helicobacter pylori dello stomaco e

gestire la ricaduta in alcune condizioni di infiammazioni gastriche.

I requisiti affinché un microbo sia considerato probiotico sono semplici:

Il microbo deve essere vivo quando somministrato;

- I benefici che apporta devono essere documentati;

- Deve essere somministrato a livelli che mostrano l’apporto del beneficio.

-

Una definizione più completa dei minimi requisiti a cui deve rispondere un prebiotico prevede:

→ Che il probiotico venga identificato a livello del genere, specie e tipo, usando appropriate

tecniche molecolari e fisiologiche;

→ Il ceppo dovrebbe essere depositato in una collezione colturale riconosciuta a livello

internazionale cosicché gli scienziati siano in grado di ripetere la ricerca pubblicata sul ceppo e

di servirsene come ceppo di riferimento;

→ Deve essere inoltre testato in vitro e su animali per capire meglio gli attributi fisiologici del

ceppo.

→ Prima dell’uso, la sicurezza del microrganismo deve essere pienamente considerata. La

sicurezza è collegata al loro uso intenzionale, che include: la considerazione di pazienti o

consumatori potenzialmente vulnerabili, dose e durata del consumo e sia il modo che la

frequenza della somministrazione. I probiotici sono vivi quando vengono somministrati, e

diversamente da altri ingredienti di cibi e farmaci, possiedono un potenziale di infettività e di

produzione di tossine in loco. La valutazione della sicurezza di probiotici comprende la

considerazione di svariati fattori: documentare la storia dell’isolamento e la classificazione

tassonomica del probiotico candidato, controlli di produzione che eliminano la

contaminazione di probiotici da microbi e altre sostanze, assenza di associazioni del probiotico

con infettività e tossicità, accertato a livello del ceppo, assenza di geni di resistenza antibiotica

trasferibili, stato fisiologico della popolazione consumatrice (considerazioni speciali devono

essere fatte per l’uso da parte di popolazioni vulnerabili, incluse bambini appena nati e i

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essere fatte per l’uso da parte di popolazioni vulnerabili, incluse bambini appena nati e i

malati critici), dose somministrata, metodo di somministrazione, assenza di sostanze allergene

(es. proteine del latte) per prodotti diretti a soggetti allergici.

→ Inoltre devono essere condotti studi controllati che documentino un beneficio per la salute

dell’ospite target.

Ruolo dei probiotici nella salute

Per secoli, la tradizione folkloristica ha suggerito che prodotti lattieri fermentati contenenti culture

vive e attive fossero benefici. Recenti studi scientifici hanno supportato questa visione tradizionale,

suggerendo che i probiotici possono rivestire un ruolo importante in una dieta sana. I probiotici non

sono essenziali per una dieta sana ma alcuni benefici rilevanti sono collegati ad alcuni ceppi.

Hanno quindi un ruolo nel mitigare alcune malattie, come per esempio nel caso della capacità di

supportare il sistema immunitario nelle età avanzate, ma anche per il resto delle età, diminuendo il

rischio di contrarre comuni malattie infettive. Gli usi per cui vengono proposti sono contro: diarrea

infettiva, diarrea antibiotico-associata, IBS,IBS e pouchite, enterocolite necrotizzante, vaginosi

batterica, malattie atopiche, miglioramento del sistema immunitario, infezioni H pylori, carie

dentali, diarrea radiazione-indotta, riduzione di rischio di malattie cardiovascolari, costipazione,

artrite reumatoide. In particolare nei trattamenti contro diarrea infettiva aiutano nella terapia

reidratante, possono ridurre il rischio di enterocolite necrotizzante in neonati pretermine, offrono

un metodo effettivo e sicuro di prevenzione della diarrea del viaggiatore, possono, anche se

modestamente, trattare dermatiti atopiche pediatriche non troppo severe, viene raccomandata

l’aggiunta di probiotici in alimenti per neonati contro allergie e ipersensitività del cibo, Lactobacillus

in particolare ha un effettivo ruolo contro la diarrea acuta nei bambini.

Bisogna poi considerare la capacità di tenere i probiotici vivi ai livelli richiesti nel prodotto finale fino

alla fine della sua shelf-life. La fisiologia dei probiotici dipende dalle condizioni di produzione

(condizioni di fermentazione, concentrazione tecnologica, tecnologia di preservazione), dai

parametri di produzione (fattori temporali durante la conservazione, contenuto di umidità,

ossigeno, pH, acidi organici, altri batteri o ingredienti funzionali, T, packaging), parametri dell’ospite

(sopravvivenza nel sito di azione, microbiota dell’ospite, produzione di bile, acido e enzimi

pancreatici). Tutti questi fattori sono specie e ceppo specifici ed infine il livello di probiotici

riscontrato in un alimento dipende anche dal metodo di enumerazione.

I probiotici hanno una doppia funzione:

a. Le cellule vive interagiscono con la microflora intestinale;

b. mentre sia quelle vive che quelle morte interagiscono con la mucosa gastrointestinale

modulando la risposta infiammatoria. Le cellule morte con questa funzione sono dette ghost-

biotic.

La lista di requisiti prima riportata non includeva attributi quali: capacità di adesione alle cellule

intestinali, resistenza alla bile e agli acidi, produzione di batteriocine, attività anti-patogeniche,

origine umana, sopravvivenza al transito intestinale. Questo perché la schiera di potenziali scopi

salutistici, ospiti e metodi di rilascio sono così diversi che altre caratteristiche al di fuori di quelle

elencate prima sono importanti solo per un sottoinsieme di probiotici, o perché non è chiaro se

queste valutazioni sono veramente predittive della funzionalità in vivo.

Quali probiotici? In generale Lactobacillus spp., genere Bifidobacterium, Streptococcus spp.,

Saccharomyces boulardii. Il genere Lactobacillus include diversi GRAM+ anaerobi facoltativi o

microaerofili con forma a Y. Rappresentano una gran parte dei batteri acido lattici (LAB, che sono la

famiglia) ( incluse le specie Lactococcus, Lactobacillus, Enterococcus ecc.) che possono convertire gli

zuccheri esosi in acido lattico così da formare un ambiente acido che inibisce la crescita di diverse

specie dannose. Nell’uomo i Lactobacilli sono normalmente presenti nella vagina, nel tratto

gastrointestinale e sono insieme al Bifidobacterium uno dei primi batteri a colonizzare l’intestino

dell’infante dopo il parto. In particolare il parto cesareo può alterare la colonizzazione dell’intestino

del bambino appena nato, evento critico che influenza diversi processi fisiologici e di sviluppo, il

funzionamento del sistema immunitario e neuroendocrino, con effetti a lungo termine sulla salute.

Un microbiota non sano può promuovere la traslocazione di componenti batterici patogeni dalla

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Un microbiota non sano può promuovere la traslocazione di componenti batterici patogeni dalla

mucosa intestinale alla circolazione sistemica, dove attivano immunità innata caratterizzata dalla

produzione di citochine pro infiammatorie, che determinano infiammazione e funzione intestinale

anormale.

I lattobacilli (come acidophilus, casei, paracasei, brevis, plantarum) sono comunemente selezionati

come probiotici dal momento che esprimono proprietà cruciali come: alta tolleranza ad acidi e bile,

capacità di aderire alle superfici intestinali, sopravvivenza a bassi pH e al succo gastrico, inibizione di

specie potenzialmente patogene (grazie all’attività antimicrobica), resistenza agli antibiotici,

produzione di esopolisaccaridi, rimozione di colesterolo.

Il genere Bifidobacterium include vari Gram + non motili, anaerobi. Sono abitanti endosimbiotici del

tratto gastrointestinale e della vagina. Ceppi di questo genere sono usati come probiotici grazie alla

loro resistenza ai meccanismi dei sali biliari (infantis, adolescentis, bifidus, longum, breve). Le

compagnie spesso usano nomi commerciali per alcuni di questi bifidobatteri (bifidus actiregularis

es.).

È stato dimostrato che le varie specie Bifidobacterium, insieme ad altri probiotici, sono in grado di

trattare: costipazione, diarrea del viaggiatore, diarrea antibiotici-associata, mantenimento della

remissione di infiammazioni intestinali, moderano colite ulcerativa, prevenzione e trattamento di

enterocolite necrotizzante nei neonati, riduzione di sviluppo di eczema, allergie alimentari, capacità

di abbassamento del colesterolo.

Il genere Lactococcus comprende LAB Gram+ usati nell’industria casearia per la produzione di

prodotti fermentati ed è altresì raccomandato come probiotico; Lactococcus lactis per esempio può

aderire alle cellule epiteliali vaginali e produrre nisina.

Il genere Saccharomyces include vari lieviti come: cerevisiae, bayanus, boulardii usati come

probiotici. S. Boulardii in particolare viene usato in forma liofilizzata per trattare la diarrea, inoltre

ha mostrato effetti positivi in pazienti con sindrome dello stomaco irritabile, nel prevenire e trattare

le ricadute di infiammazioni dello stomaco, per trattare moderati sintomi di colite ulcerative. D’altra

parte non può essere somministrato a pazienti immunocompromessi poiché potrebbe causare

fungemia o infezioni locali.

Per quanto riguarda il genere Enterococcus e Streptococcus fanno parte anch'essi dei LAB. Alcuni

ceppi causano infezioni, altri fanno parte del microbiota dell'uomo e altri ancora hanno proprietà

probiotiche.

La specie E. faecium viene usata come probiotico, anche se alcuni ceppi sono patogeni opportunisti

che potrebbero rappresentare una fonte di geni di virulenza e antibiotico-resistenti ed è per questo

che non sono considerati sicuri per l’uomo ma per gli animali rappresentano una componente

probiotica importante. Le varie specie appartenenti al genere Enterococcus sono ubiquitarie e

producono una varietà di composti come: composti aromatici, enzimi e batteriocine. Contribuiscono

alla texture, sapore, aroma e sicurezza di diversi cibi come nel caso di formaggi e altri prodotti

fermentati fatti a livello artigianale. Vengono usati come starter e sono stati proposti come

probiotici (anche se generalmente il genere è correlato a varie malattie: infezioni urinarie e

endocarditi ed è opportunista; c'è il rischio che trasmetta resistenza antimicrobica e geni virulenti ai

ceppi umani). I probiotici appartenete a questo genere sono somministrati agli umani al fine di

trattare diarrea, abbassare i livelli di colesterolo o migliorare la risposta immunitaria. L'uso di questi

probiotici dovrebbe essere monitorato attentamente per via dello sviluppo di potenziali

problematiche (opportunista, malattie, trasferimento geni virulenti etc.).

Il genere Bacillus include Gram+, sporigeni, aerobi o anaerobi facoltativi con proprietà probiotiche

come B. subtilis, coagulans (prevenzione e trattamento diarrea antibiotici-associats), subtilis, cereus.

B. subtilis può essere somministrato come probiotico agli animali ed è stato proposto per trattare la

diarrea negli umani (solo a pazienti non immunocompromessi).

Escherichia coli, nonostante sia conosciuto per un suo sierotipo estremamente virulento, è un

abitante comune dell’intestino tenue. E. coli Nissle 1917, usato con altri probiotici tratta

costipazione e malattie infiammatorie gastriche e potrebbe migliorare disordini gastro-intestinali,

coliti ulcerative, morbo di Crohn e anche tumore al colon.

Lezioni Pagina 3


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AUTORE

Emns

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4 mesi fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze e tecnologie alimentari
SSD:
Università: Parma - Unipr
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Emns di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Microbiologia dei probiotici e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Parma - Unipr o del prof Lazzi Camilla.

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